水工擋土墻設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題分析

王 敏

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽550001)

水工擋土墻設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題分析

王 敏

(貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，貴陽550001)

擋土墻是指支承路基填土或山坡土體、防止填土或土體變形失穩(wěn)的構(gòu)造物?，F(xiàn)階段，擋土墻被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中的各個(gè)方面，如水利建設(shè)、水電建設(shè)、公路建設(shè)等工程建設(shè)中。隨著我國水利水電工程建設(shè)進(jìn)入到大發(fā)展階段，水工擋土墻作為水工建設(shè)的攔土構(gòu)造物得到了極為廣泛的應(yīng)用。因此，現(xiàn)階段對(duì)水工建設(shè)中最基礎(chǔ)的部分——擋土墻設(shè)計(jì)顯得越來越重要。進(jìn)行擋土墻的設(shè)計(jì)時(shí)要注意參考擋土墻所在地的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出合情且符合要求的最優(yōu)擋土墻。文章對(duì)水工擋土墻進(jìn)行簡(jiǎn)單分類，并對(duì)水工擋土墻設(shè)計(jì)中的一系列關(guān)鍵因素進(jìn)行分析。

水工建筑物;擋土墻;設(shè)計(jì)要點(diǎn);工程建設(shè)

1 水工擋土墻分類

1.1 重力式擋土墻

重力式擋土墻由于形式簡(jiǎn)單，取材容易，施工方便等特點(diǎn)，被經(jīng)常用于水工擋土墻設(shè)計(jì)中。它主要是以墻體的自身重力來維持擋土墻在理的作用下的平衡和穩(wěn)定。這種擋墻分為傾斜式、仰斜式等多個(gè)類型，而不同的類型承受的土壓力也不盡相同［1］。詳見圖1。

圖1 不同類型重力式擋墻受力圖

1.2 懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻

懸臂式擋土墻通常由鋼筋混凝土墻板組成，靠自重與地板上土重抵抗土壓力，斷面常常呈現(xiàn)倒T型或L型的擋墻。扶壁式擋土墻斷面與懸臂式一樣，呈現(xiàn)倒T型或L型，墻背面縱向按一定間距設(shè)置支垛的構(gòu)筑物。

2 水工擋土墻設(shè)計(jì)要素分析

2.1 水工擋土墻的設(shè)計(jì)演算

2.1.1 浸水條件下的荷載及組合情況分析

在浸水條件下對(duì)水工擋土墻產(chǎn)生的荷載情況比較復(fù)雜。而不同的荷載又要對(duì)應(yīng)不同的計(jì)算工況。所以，為了防止擋土墻在使用過程中受到不明荷載的影響，前期的設(shè)計(jì)過程中，就要充分考慮到各種荷載情況以及荷載組合情況。通常而言，對(duì)水工擋土墻產(chǎn)生作用的荷載包括基本荷載以及特殊荷載?；竞奢d一般含有土壓力、墻頂有效荷載、墻身自重、填土自重等。特殊荷載則含有校核洪水位時(shí)的靜水壓力及揚(yáng)壓力、相應(yīng)于校核洪水時(shí)的動(dòng)水壓力。而且，倘若所在地會(huì)受地震的作用，另外要考慮地震荷載。至于組合情況，由基本荷載構(gòu)成的組合稱為基本組合，基本荷載與一種或者幾種特殊荷載的構(gòu)成的組合則是特殊組合［2］。

2.1.2 浸水條件下的計(jì)算工況

浸水條件下計(jì)算工況時(shí)，應(yīng)該將擋土墻分為進(jìn)水渠、水位控制段以及水位控制段以下進(jìn)行分別分析。對(duì)于前者需要考慮到完建情況、正常蓄水位情況、設(shè)計(jì)洪水位情況、施工情況、檢修情況、校核洪水情況、地震情況。而對(duì)于后者，要考慮的則有完建情況、泄設(shè)計(jì)洪水、正常蓄水位、泄校核洪水、檢修情況、排水失效、地震情況。不過，這兩個(gè)部分所考慮的雖然不相同，但都是有基本荷載，也有特殊荷載。進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要事先分清，進(jìn)而依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算［3］。

2.1.3 浸水條件下的荷載計(jì)算

在水工擋土墻的設(shè)計(jì)時(shí)，還要計(jì)算浸水條件下荷載。通常情況下，關(guān)于自重荷載以及水壓力荷載，應(yīng)該運(yùn)用常規(guī)方法計(jì)算。另外，有時(shí)還要針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)采用不同的方法，例如重力式擋土墻就可以使用庫倫土壓力理論計(jì)算。但是如果這種擋土墻使用凸形折線和衡重式時(shí)計(jì)算就會(huì)比較復(fù)雜。此時(shí)，需要將上墻土壓力和下墻土壓力進(jìn)行區(qū)分計(jì)算。

2.2 水工擋土墻的構(gòu)造設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.2.1 墻身構(gòu)造

首先依據(jù)現(xiàn)實(shí)情況確定采用何種的擋土墻結(jié)構(gòu)，接著進(jìn)行該種擋土墻墻身的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)需要按照相關(guān)的規(guī)范設(shè)計(jì)出不同結(jié)構(gòu)擋土墻的墻身。另外，通常情況下，水工擋土墻的墻面設(shè)計(jì)為直線形，而且坡度與墻背面相協(xié)調(diào)，可能會(huì)平行或者稍緩于墻背。關(guān)于墻頂?shù)膶挾韧ǔ！?.5 m。同時(shí)，就算墻身構(gòu)造符合相關(guān)的規(guī)范且適應(yīng)現(xiàn)實(shí)條件，但還要對(duì)擋土墻的運(yùn)作進(jìn)行后續(xù)考慮。

2.2.2 水工擋土墻的排水措施

對(duì)于排水系統(tǒng)的設(shè)置主要包括地面排水以及墻身排水2方面。地面的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，一般是進(jìn)行地面排水溝、截引地表水、防止雨水和地面水下滲等措施。在有需要的情況下，還要設(shè)置鋪砌層。墻身排水系統(tǒng)的設(shè)置主要是排出墻后積水。這一系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要是在泄水孔的設(shè)計(jì)上，在墻身的合適位置上設(shè)置泄水孔。此外，在墻身后還需要采用透水性材料。對(duì)于泄水孔的設(shè)置，必須依照實(shí)際情況中泄水量選擇適宜的孔眼，并按照5%的坡度安設(shè)。對(duì)于排水孔眼的設(shè)置，通常選擇上下排梅花狀，水平及豎向間距1.5～3.0 m，而且底排泄水孔出水口高出地面的距離要≥200 mm。在安設(shè)時(shí)，還要再泄水管周邊鋪砂漿，再砌毛石，防治泄水管受壓破損。

2.3 水工擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化要注意的問題

2.3.1 對(duì)復(fù)雜工況進(jìn)行考慮

對(duì)于水工擋土墻的設(shè)計(jì)要依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行。因?yàn)椋跬翂γ鎸?duì)的環(huán)境非常復(fù)雜。而且其通常是處于浸水條件下的，變化無常的水位因素使得對(duì)水工擋土墻進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮復(fù)雜的計(jì)算工況。

圖2 泄水孔設(shè)計(jì)圖

2.3.2 荷載計(jì)算時(shí)注意水對(duì)填土的影響

前文提到可以通過相關(guān)公式對(duì)水工擋土墻進(jìn)行荷載計(jì)算。但是在浸水條件下，這種計(jì)算所得的結(jié)果往往不夠準(zhǔn)確。因?yàn)樗跬翂氨澈蟮奶钔两?，有水產(chǎn)生的浮力回改變土壓力，使之降低。另外，還會(huì)導(dǎo)致?lián)跬翂Φ目箟簭?qiáng)度降低。但是，關(guān)于水對(duì)填土的影響還要根據(jù)情況而定。在有些浸水擋土墻的荷載計(jì)算時(shí)，可以不考慮水的影響。例如溢洪道水工擋土墻。因?yàn)檫@一地點(diǎn)的擋土墻通常使用砂礫料進(jìn)行回填。這種狀態(tài)下，墻后填土Φ值不變。所以，可以忽視水對(duì)填土的影響。但倘若擋土墻墻后的填土是原土層并且是黏土?xí)r，就要考慮這方面影響，荷載計(jì)算也變得復(fù)雜。進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該由專業(yè)人士選擇適宜的方法進(jìn)行簡(jiǎn)便的計(jì)算。

3 結(jié)語

鑒于水工擋土墻對(duì)水利水電工程的重要作用，對(duì)水利擋土墻的設(shè)計(jì)要素分析和研究就極為重要。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，要對(duì)影響擋土墻工作的各方面因素進(jìn)行演算，對(duì)擋土墻的各部分構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)還要抓住相關(guān)注意事項(xiàng)。這樣才能做好擋土墻的設(shè)計(jì)工作，確保擋土墻在投產(chǎn)后能夠安全運(yùn)行，保障水利水電工程的安全性。

［1］鄭寬新.淺析擋土墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)［J］.中國水運(yùn)，2010，10(04):129-130.

［2］王海旭，付子剛，金旭曄.淺談水工擋土墻設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題［J］.企業(yè)導(dǎo)報(bào)，2011(09):275-276.

［3］肖化文，江義蘭，易思勇.浸水擋土墻設(shè)計(jì)［J］.水利科技與經(jīng)濟(jì)，2004，10(05):276-279.

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1007-7596(2014)05-0090-02

2013-11-01

王敏(1982-)，女，貴州甕安人，工程師。