水工結構擋土墻設計和應用

張楠楠

摘 要：擋土墻在如今水利工程中發揮重大作用，主要是為了能夠有效預防上游發生邊坡塌方、倒毀等情況。因此本研究結合潤河水利工程項目的水土結構擋土墻設計應用情況展開實例研究，結合該工程項目提出水利工程擋土墻的設計標準，并對擋土墻的構造措施以及應用技術要求進行概述，為類似水工結構擋土墻的設計應用項目提供參考價值。

關鍵詞：水土結構;擋土墻;應用

中圖分類號：TV33? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）11-0089-02

擋土墻通常指的是作為支承路基或是防土填土、山坡土體以及土體失穩變形的構造物，運用于水利工程施工項目中，通常采用重力式、懸臂式、扶壁式以上三種[1]。由于在實際設計應用擋土墻中擁有較少的占地面積，簡易結構且較低造價，與方便的施工操作工程等技術優點，所以被廣泛應用于水利工程項目中[2]。接下來將以潤河水利工程項目的水土結構擋土墻設計應用情況為例，對水土結構擋土墻設計進行分析。

1 項目背景

阜陽市小潤河治理工程西起柴集鎮西南部（K31+238），東南至大潤河（K0+000），全長約31.2km。該工程擬對現狀河道進行清淤、拓寬，并修建相應的綠化景觀等。目前自然地面高程在24.7～31.8m之間，河底高程在20.9～29.0m之間。原潤河起源于臨泉縣長官鎮西南部的劉寨，流經臨泉、阜南、潁州和潁上四縣區，全長174km，總流域面積1293.6km2，1965年經規劃，將上游喬油坊以上330km2，經界南河截入谷河，中段劉莊閘以上403km2經陶孜河下段截入蒙河分洪道，潤河下段在中上游截源后流域面積為560.6km2，于潁上縣潤河集注入淮河，潤河下段河道總長45.41km。目前潤河流域面積包括原潤河中下段以及陶孜河截引段，共計1097.6km2（其中陶孜河截引段流域面積134km2）[3]。小潤河流域原有2個出口，其一為現狀的經李集閘在潤河的吳家渡上游入潤河;其二為經中清河，在劉屯莊入潤河，目前存在個別的堵壩。小潤河是潤河的主要支流，是連通泉河及淮河兩條水系的重要通道，為促進其綜合治理，發揮工程的綜合效益，初步確定通過小潤河綜合治理及泉河三十里河處興建西湖樞紐工程的總體方案。

2 擋土墻穩定驗算

對該工程項目的擋土墻進行穩定驗算，其根本目標是為了可以有效確保擋土墻不會受到鏈體的穩定破壞，擋土墻發生穩定破壞的情況有多種，包括了滑動、傾覆、不均勻下沉等多種破壞情況。為了有效避免破壞擋土墻的穩定性，需要驗算擋土墻的整體穩定性[4]。

（1）對項目擋土墻的抗滑穩定進行驗算，保證擋土墻不會出現滑動破壞情況[5]。以《建筑地基基礎設計規范》有關規定，對本次工程項目的擋土墻穩定性進行驗算，運用基本荷載組合成功計算得出不同系數的響應取值。對于自重及土壓情況下的分項系數均根據前面所提選取0.9，不利情況下取值1.2，可改變荷載的分項系數為1.4。偏心距及基底應力計算公式如下：

ZN=（MY-MH）/NY? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：（e）表示偏心距。

（2）對項目擋土墻的抗傾穩定進行驗算，確保擋土墻不會所受傾覆穩定破壞情況。計算公式如下[6]：

（2）

式中：擋土墻的抗傾覆穩定安全系數用K0表示;不同力對于擋土前的前趾點造成的抗傾覆力矩以及傾覆力矩分別用M1、M2表示;擋土墻的抗傾覆安全穩定系數的允許值用[K0]表示。

對項目擋土墻的承載力進行驗算，確保不會發生擋土墻受力不均所致前傾變位情況。在室外地面的活荷載力一般情況下取值為10KN/M2，較小荷載作用力情況下可以取值5.0KN/M2。對于土測壓力的計算系數，一般情況下可以取值靜止土壓力系數為0.5，考慮到支座可以認為作為發生的無側向位移，作為靜止土壓力，隨著中間跨越度的逐漸增加位移，與主動土壓力也比較傾向。

3 水工結構擋土墻應用技術要點

3.1墻體分縫及止水

為了有效避免發生地基下沉與溫度作應力所致裂縫情況，對于擋土墻設計需要沿著長度方向，設計伸縮縫以及沉降縫。想要墻體穩定安全系數確定，需要根據《水閘設計規范》（SL265-2001）及《水工擋土墻設計規范》（SL379-2007），水閘及翼墻穩定安全系數如下，閘室基底應力最大值與最小值之比的允許值為基本組合不大于2.0，特殊組合不大于2.5（見表1）。

對于擋土墻在施工過程中的混凝土強度等級及抗凍抗滲等級，主要部位混凝土抗滲、抗凍和強度設計等級（見表2）。

3.2墻體排水措施

根據施工經驗對于墻體設計排水措施，擋土墻處于非防滲范圍內，為了對擋土墻的地下水位有效降低，能夠對于墻體的后測靜水壓有效減少，并排出墻后的積水及地下水。想要擋土墻排水通常需要將靜水壓減少后，對于填土強度指標提升才能夠對墻體土壓力有效減少。尤其對于寒冷地區還需要對墻體的含水量以及地下水補給不斷降低，從而達到預期的擋土墻水平凍脹作用。可以根據本次工程項目的擋土墻高，設計1～2排的墻面排水孔，一般情況下設計2～3m的排水孔橫豎水平間距，5～8m的孔徑，從而對排水過程中有效避免墻后填土情況。實際工程中也為了進一步方便施工，可以將PVC管預埋排水孔內，并將多層針刺無紡布填補于管口用于反濾保護。

在擋土墻的地基設計過程中，對于地基允許承載力通過根據地質資料，閘基、翼墻持力層為第2層粉質粘土層，地基承載力標準值110kPa;其下臥層依次為第3層粉質粘土，地基承載力標準值220kPa;第4層粉土、第5層粉質粘土，地基承載力標準值210kPa。閘室、擋土墻基底反力最大值分別為90.31kPa、151.44kPa，天然地基不滿足建筑物的要求，需進行地基處理。與工程項目閘室各部位配筋核算情況（見表3），因此本水利工程項目擬定的閘室結構尺寸滿足要求。

3.3墻體抗凍脹技術措施

對于寒冷地區的擋土墻需要注意防凍脹破壞，一般發生于冬春季節的交替融化時期，以非凍脹土的設計理論，設計擋土墻的斷面尺寸，但是對于墻后的水平凍脹力度較非凍脹壓力要明顯更大的情況下，則會導致擋土墻失穩。預防發生水平凍脹力較大也會導致增加擋土墻的地基應力，獲得的地基應力大小值較允許值更是明顯超出，所致墻體發生前傾沉陷情況。

4結語

總而言之，對于水利工程項目來說擋土墻作用至關重要，密切相關人們的日常生活。擋土墻設計作為隱蔽類工程，在一般的工程質檢中通常難度較大，所以設計過程中需要與綜合工程項目各情況進行考量，從而確保水工結構擋土墻的施工設計可靠穩定性。

參考文獻：

[1]程潔鈴，殷輝.扶壁式擋土墻在水工建筑物中應用的設計要點[J].科技創新與應用，2019（12）：71-72.

[2]強同超，漆文邦，米韻潭，姜從偉.某水工擋土墻設計與驗算[J].陜西水利，2019（07）：166-167+170.

[3]張雄， 張曉平， 齊宣博，等. 蜂巢砌塊擋土墻結構安全性分析[J].土木工程， 2019， 008（003）：P.447-456.

[4]Asadollah， RANJBAR， KARKANAKI， et al. 采用上限分析方法對懸臂式擋土墻進行偽靜力分析[J]. 中南大學學報：英文版， 2019（1）：241-255.

[5]肖雨農，張可能，嚴學寨，等. 花崗巖強風化區高填方重力式擋土墻設計與施工案例研究[J]. 工程建設與設計， 2019（19）.

[6]鄒文輝， 盧建亮， 潘子文. 預制拼裝式箱形重力式擋土墻的研發與工程應用[J]. 福建交通科技， 2019， 167（02）：1-5.