水利工程中擋土墻設(shè)計(jì)的缺陷及解決措施

蔡曉東

【摘要】：本文通過對水利工程中的擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)常遇到的問題進(jìn)行分析研究，得出幾點(diǎn)相應(yīng)的設(shè)計(jì)體會(huì)，希望對相關(guān)行業(yè)和從業(yè)人員帶來借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】：水利工程 擋土墻設(shè)計(jì) 缺陷措施

1.引言：

施工設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)建設(shè)和持續(xù)發(fā)展，尤其是水利工程更是和人們的生活息息相關(guān)。近些年來，水利工程開始大量興建，還有許多人為或者自然的原因造成質(zhì)量問題，比如設(shè)計(jì)部合理、操作的微小差異，以及機(jī)械設(shè)備的正常磨損等，從而導(dǎo)致發(fā)生相關(guān)質(zhì)量事故，嚴(yán)重情況下甚至威脅到國家和人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全。優(yōu)化水利工程中擋土墻的設(shè)計(jì)顯得越來越重要，因此檔土墻的設(shè)計(jì)中要合理解決設(shè)計(jì)時(shí)常見的問題，從根本上消除水利工程中擋土墻質(zhì)量缺陷問題。

2 水利工程三種擋土墻的型式

2.1重力式擋土墻

重力式擋土墻的材料主要由塊石、毛石砌筑、混凝土預(yù)制塊作為砌體或采用片石混凝土。靠自身的重量保證土壓力作用下穩(wěn)定性。重力式擋土墻設(shè)計(jì)：（1）選定初步尺寸。（2）要結(jié)合實(shí)際場地，按主動(dòng)土壓力大小，根據(jù)墻背傾角的不同，可選擇仰斜、豎直和俯斜三種類型。（3）按穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)要求把選到類型作分析計(jì)算，并根據(jù)穩(wěn)定條件修改尺寸，反復(fù)試算可得到多種設(shè)計(jì)方案，最終直到滿足設(shè)計(jì)條件， 初設(shè)尺寸以重力式為例如圖（1）所示。由于結(jié)構(gòu)簡單、便于施工、取材方便，得到廣泛應(yīng)用。缺點(diǎn)是重力式擋土墻高超過5米時(shí)，由于體量較大，穩(wěn)定性較差，材料用量較多，成本較高。

圖（1）重力式擋土墻設(shè)計(jì)尺寸

2.2懸臂式和扶壁式擋土墻

懸臂式與扶臂式擋土墻是屬于輕型結(jié)構(gòu)，主要使用鋼筋混凝土的材料，以鋼筋混凝土擋土墻中最常用的兩種形式，底板上的填土重量保證墻體本身的穩(wěn)定性。扶壁式擋土墻特點(diǎn)是構(gòu)造簡單、施工方便，墻身斷面較小，自身質(zhì)量輕，可以較好的發(fā)揮材料的強(qiáng)度性能。懸臂式擋土墻構(gòu)成為立板和底板，能適應(yīng)承載力較低的地基。立板和底板各司其職，承受墻后的土壓力與地下水壓力主要依靠立板，內(nèi)底板與外底板以立板底部為固定端的懸臂板。能夠維持 5m 以上的墻高的穩(wěn)定性，適用于缺乏石料及地震地區(qū)。

3.工程實(shí)例

某市處于三江交匯處，為了整治抵御洪水的侵襲，通過對河段的調(diào)查與復(fù)核，建造水利樞紐，集于航運(yùn)、發(fā)電一體，選擇地理位置較適宜，四周環(huán)水的某段河道河床處建設(shè)水電站?？偯娣e約 107平方千米，河道隔開分為南北兩條將，屬于市內(nèi)老城商業(yè)區(qū)在南河岸，市政中心在北河岸。經(jīng)過勘察與設(shè)計(jì)，根據(jù)計(jì)方案把廠房設(shè)置在南岸，河床上設(shè)置 28 孔溢流閘壩，裝置四臺(tái)機(jī)組單機(jī)容量13MW，用土堤封堵北河岸河床，上游可以形成十幾公頃的水面便于航運(yùn)，設(shè)置船閘在北河左岸，閘壩上可以作為交通橋，方便兩岸的車輛行駛。南北河床與岸坡高差在15.5～20.5 m 之間，連接船閘、廠房、閘壩和岸坡。

3.1根據(jù)地質(zhì)勘探資料選擇擋土墻

地質(zhì)勘探資料顯示南河右岸，易失水和干裂，地層屬于人工填土厚度為2～3 m。夾雜為16.4～17 m 的沖積層粘土。因此擋土墻的整體高度約為 21 m 。 由于該處擋土墻的高度比較大，設(shè)計(jì)方案比選、扶壁式和空腹衡重式擋土。最終確定較優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式。

3.2設(shè)計(jì)方案的選擇

通過分析三種擋土墻的抗滑穩(wěn)定性計(jì)算，擋土墻高度的平方與水平被動(dòng)壓力存在正比的關(guān)系。計(jì)算三種設(shè)計(jì)方案抗滑穩(wěn)定，基礎(chǔ)應(yīng)力、安全系數(shù)、工程量以及造價(jià)如表（1） 所示。擋土墻穩(wěn)定性計(jì)算中，抗傾覆能力和抗滑能力相關(guān)參數(shù)需要準(zhǔn)確確定，作為擋土墻結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)。擋土墻抗滑能力驗(yàn)算時(shí)，按照試算法計(jì)算確定擋土墻截面尺寸。結(jié)合所處地質(zhì)條件、墻身材料，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，確定值驗(yàn)算擋土墻的的截面尺寸，作為初步擬定。根據(jù)表（1）的參數(shù)對比表，下面分析三種擋土墻設(shè)計(jì)方案優(yōu)劣。

4..選擇較優(yōu)的結(jié)構(gòu)形式

4.1漿砌石重力式擋土墻

漿砌石重力式擋土墻如圖（2）所示，制約漿砌石重力式擋土墻在實(shí)際的運(yùn)用是：靠自身的重量保證土壓力作用下穩(wěn)定性，但擋土墻高度的增加，體積也會(huì)增加（重量），由于地質(zhì)勘探資料顯示沖積層為粘土，雨天時(shí)，沒有處理好擋土墻的排水問題，粘土含水量增加時(shí)，粘聚力急劇降低。

圖（2）漿砌石重力式擋土墻

4.2扶壁式擋土墻

扶壁式的擋土墻能夠承受較大的壓力，墻高超過 10m 時(shí)，能夠增加抗滑和抗傾覆能力，適應(yīng)重要的大型土建工程。主要依靠底板之上的填土重量，平衡土體的水平壓力、面板與底板交界處的拉力及面板承受的拉力，但是，擋土墻需要配置鋼筋承擔(dān)一部分拉力。面板頂部的厚度為 1 m ，逐漸向下加厚，到底部為 2 m，使底部寬度為18m， 為了有效的增加面板的剛度，每間隔 4 m設(shè)置 1 塊腹肋板，厚度為 0. 8 m ，能夠承受更大的應(yīng)力，頂部的寬度增加至2.8 m ， 腹肋板到底板之間支撐面板。從經(jīng)濟(jì)利益考慮不是工程最佳選擇。

4.3空腹衡重式擋土墻

空腹衡重式擋土墻全部采用混凝土澆筑，墻呈空腹?fàn)顟B(tài)，空腹可以開孔充水或用渣土填充，目的增加擋土墻的重量。減少土體的壓力。背板作卸荷平臺(tái)，根據(jù)墻高的0.25倍設(shè)計(jì)寬度，約 5 m左右。以0.6倍計(jì)算基面到平臺(tái)的距離共同的墻高約 13m左右。根據(jù)公路橋輪壓純混凝土設(shè)計(jì)厚度，可見圖（4）厚度與底板、迎面主板的上部厚度相同均約1.2 m。迎面主板的下部厚度與背板平臺(tái)上部厚度均約1.5m，背板平臺(tái)下部分為 3 m。空腹內(nèi)每間隔 1 m設(shè)置 0. 8 m 厚的腹板，增加擋土墻剛度。迎水面設(shè)置直徑為80mm 的進(jìn)水孔，平衡滲透的壓力，增加墻體的總重。南河右岸的壩線上下游，距河岸幾十米處有一棟剛竣工不久的大樓，實(shí)施拆遷需要耗費(fèi)的費(fèi)用較大。大樓附近居民樓密集。邊坡開挖時(shí)，按照平均坡度 1： 1.5開挖，以墻高是 20 m 為例，基地的寬度應(yīng)更窄，安全系數(shù)U更加保險(xiǎn)。

5.結(jié)束語

水利工程擋土墻在施工建造過程中，需要保證穩(wěn)定性，充分發(fā)揮在水利工程中的作用。要注意結(jié)合施工需求，合理設(shè)計(jì)，注意做好擋土墻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計(jì)算，從而選擇適應(yīng)的擋土墻結(jié)構(gòu)型式，有利于工程的安全性，也有利于工程施工節(jié)約工程造價(jià)。

【參考文獻(xiàn)】：

【1】諶洪燁 論水利工程擋土墻的設(shè)計(jì)[J]河南水利與南水北調(diào)2013.（16）44-45

【2：】姚寶呈 談水利工程中擋土墻的設(shè)計(jì)應(yīng)用[J]四川水泥 2014.07.15244-245

【3】胡建躍 剖析水利工程中的擋土墻設(shè)計(jì)的常遇問題[J]新材料新裝飾2014.（8）425-426