水利工程中擋土墻設計的缺陷及解決措施

蔡曉東

【摘要】：本文通過對水利工程中的擋土墻設計時常遇到的問題進行分析研究，得出幾點相應的設計體會，希望對相關行業和從業人員帶來借鑒和參考。

【關鍵詞】：水利工程 擋土墻設計 缺陷措施

1.引言：

施工設計的好壞直接關系到經濟建設和持續發展，尤其是水利工程更是和人們的生活息息相關。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量問題，比如設計部合理、操作的微小差異，以及機械設備的正常磨損等，從而導致發生相關質量事故，嚴重情況下甚至威脅到國家和人民的生命、財產安全。優化水利工程中擋土墻的設計顯得越來越重要，因此檔土墻的設計中要合理解決設計時常見的問題，從根本上消除水利工程中擋土墻質量缺陷問題。

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、混凝土預制塊作為砌體或采用片石混凝土?？孔陨淼闹亓勘ＷC土壓力作用下穩定性。重力式擋土墻設計：（1）選定初步尺寸。（2）要結合實際場地，按主動土壓力大小，根據墻背傾角的不同，可選擇仰斜、豎直和俯斜三種類型。（3）按穩定性和結構要求把選到類型作分析計算，并根據穩定條件修改尺寸，反復試算可得到多種設計方案，最終直到滿足設計條件， 初設尺寸以重力式為例如圖（1）所示。由于結構簡單、便于施工、取材方便，得到廣泛應用。缺點是重力式擋土墻高超過5米時，由于體量較大，穩定性較差，材料用量較多，成本較高。

圖（1）重力式擋土墻設計尺寸

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構，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定性。扶壁式擋土墻特點是構造簡單、施工方便，墻身斷面較小，自身質量輕，可以較好的發揮材料的強度性能。懸臂式擋土墻構成為立板和底板，能適應承載力較低的地基。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 以上的墻高的穩定性，適用于缺乏石料及地震地區。

3.工程實例

某市處于三江交匯處，為了整治抵御洪水的侵襲，通過對河段的調查與復核，建造水利樞紐，集于航運、發電一體，選擇地理位置較適宜，四周環水的某段河道河床處建設水電站?？偯娣e約 107平方千米，河道隔開分為南北兩條將，屬于市內老城商業區在南河岸，市政中心在北河岸。經過勘察與設計，根據計方案把廠房設置在南岸，河床上設置 28 孔溢流閘壩，裝置四臺機組單機容量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，設置船閘在北河左岸，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根據地質勘探資料選擇擋土墻

地質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，設計方案比選、扶壁式和空腹衡重式擋土。最終確定較優的結構形式。

3.2設計方案的選擇

通過分析三種擋土墻的抗滑穩定性計算，擋土墻高度的平方與水平被動壓力存在正比的關系。計算三種設計方案抗滑穩定，基礎應力、安全系數、工程量以及造價如表（1） 所示。擋土墻穩定性計算中，抗傾覆能力和抗滑能力相關參數需要準確確定，作為擋土墻結構計算參數。擋土墻抗滑能力驗算時，按照試算法計算確定擋土墻截面尺寸。結合所處地質條件、墻身材料，根據以往的經驗，確定值驗算擋土墻的的截面尺寸，作為初步擬定。根據表（1）的參數對比表，下面分析三種擋土墻設計方案優劣。

4..選擇較優的結構形式

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際的運用是：靠自身的重量保證土壓力作用下穩定性，但擋土墻高度的增加，體積也會增加（重量），由于地質勘探資料顯示沖積層為粘土，雨天時，沒有處理好擋土墻的排水問題，粘土含水量增加時，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，能夠增加抗滑和抗傾覆能力，適應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設置 1 塊腹肋板，厚度為 0. 8 m ，能夠承受更大的應力，頂部的寬度增加至2.8 m ， 腹肋板到底板之間支撐面板。從經濟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，墻呈空腹狀態，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，根據墻高的0.25倍設計寬度，約 5 m左右。以0.6倍計算基面到平臺的距離共同的墻高約 13m左右。根據公路橋輪壓純混凝土設計厚度，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上部厚度均約1.5m，背板平臺下部分為 3 m。空腹內每間隔 1 m設置 0. 8 m 厚的腹板，增加擋土墻剛度。迎水面設置直徑為80mm 的進水孔，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，實施拆遷需要耗費的費用較大。大樓附近居民樓密集。邊坡開挖時，按照平均坡度 1： 1.5開挖，以墻高是 20 m 為例，基地的寬度應更窄，安全系數U更加保險。

5.結束語

水利工程擋土墻在施工建造過程中，需要保證穩定性，充分發揮在水利工程中的作用。要注意結合施工需求，合理設計，注意做好擋土墻的結構穩定性計算，從而選擇適應的擋土墻結構型式，有利于工程的安全性，也有利于工程施工節約工程造價。

【參考文獻】：

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

【2：】姚寶呈 談水利工程中擋土墻的設計應用[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計的常遇問題[J]新材料新裝飾2014.（8）425-426