水工挡土墙设计中的关键问题分析

2014-01-19王敏

黑龙江水利科技 2014年5期

关键词：墙身挡土墙水工

王敏

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳550001)

水工挡土墙设计中的关键问题分析

王敏

(贵州省水利水电勘测设计研究院，贵阳550001)

挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。现阶段，挡土墙被广泛应用于工程建设中的各个方面，如水利建设、水电建设、公路建设等工程建设中。随着我国水利水电工程建设进入到大发展阶段，水工挡土墙作为水工建设的拦土构造物得到了极为广泛的应用。因此，现阶段对水工建设中最基础的部分——挡土墙设计显得越来越重要。进行挡土墙的设计时要注意参考挡土墙所在地的实际情况，设计出合情且符合要求的最优挡土墙。文章对水工挡土墙进行简单分类，并对水工挡土墙设计中的一系列关键因素进行分析。

水工建筑物;挡土墙;设计要点;工程建设

1 水工挡土墙分类

1.1 重力式挡土墙

重力式挡土墙由于形式简单，取材容易，施工方便等特点，被经常用于水工挡土墙设计中。它主要是以墙体的自身重力来维持挡土墙在理的作用下的平衡和稳定。这种挡墙分为倾斜式、仰斜式等多个类型，而不同的类型承受的土压力也不尽相同［1］。详见图1。

图1 不同类型重力式挡墙受力图

1.2 悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙

悬臂式挡土墙通常由钢筋混凝土墙板组成，靠自重与地板上土重抵抗土压力，断面常常呈现倒T型或L型的挡墙。扶壁式挡土墙断面与悬臂式一样，呈现倒T型或L型，墙背面纵向按一定间距设置支垛的构筑物。

2 水工挡土墙设计要素分析

2.1 水工挡土墙的设计演算

2.1.1 浸水条件下的荷载及组合情况分析

在浸水条件下对水工挡土墙产生的荷载情况比较复杂。而不同的荷载又要对应不同的计算工况。所以，为了防止挡土墙在使用过程中受到不明荷载的影响，前期的设计过程中，就要充分考虑到各种荷载情况以及荷载组合情况。通常而言，对水工挡土墙产生作用的荷载包括基本荷载以及特殊荷载。基本荷载一般含有土压力、墙顶有效荷载、墙身自重、填土自重等。特殊荷载则含有校核洪水位时的静水压力及扬压力、相应于校核洪水时的动水压力。而且，倘若所在地会受地震的作用，另外要考虑地震荷载。至于组合情况，由基本荷载构成的组合称为基本组合，基本荷载与一种或者几种特殊荷载的构成的组合则是特殊组合［2］。

2.1.2 浸水条件下的计算工况

浸水条件下计算工况时，应该将挡土墙分为进水渠、水位控制段以及水位控制段以下进行分别分析。对于前者需要考虑到完建情况、正常蓄水位情况、设计洪水位情况、施工情况、检修情况、校核洪水情况、地震情况。而对于后者，要考虑的则有完建情况、泄设计洪水、正常蓄水位、泄校核洪水、检修情况、排水失效、地震情况。不过，这两个部分所考虑的虽然不相同，但都是有基本荷载，也有特殊荷载。进行计算时，需要事先分清，进而依据实际情况进行计算［3］。

2.1.3 浸水条件下的荷载计算

在水工挡土墙的设计时，还要计算浸水条件下荷载。通常情况下，关于自重荷载以及水压力荷载，应该运用常规方法计算。另外，有时还要针对不同的结构采用不同的方法，例如重力式挡土墙就可以使用库伦土压力理论计算。但是如果这种挡土墙使用凸形折线和衡重式时计算就会比较复杂。此时，需要将上墙土压力和下墙土压力进行区分计算。

2.2 水工挡土墙的构造设计要点

2.2.1 墙身构造

首先依据现实情况确定采用何种的挡土墙结构，接着进行该种挡土墙墙身的设计。这种设计需要按照相关的规范设计出不同结构挡土墙的墙身。另外，通常情况下，水工挡土墙的墙面设计为直线形，而且坡度与墙背面相协调，可能会平行或者稍缓于墙背。关于墙顶的宽度通常≥0.5 m。同时，就算墙身构造符合相关的规范且适应现实条件，但还要对挡土墙的运作进行后续考虑。

2.2.2 水工挡土墙的排水措施

对于排水系统的设置主要包括地面排水以及墙身排水2方面。地面的排水系统设计时，一般是进行地面排水沟、截引地表水、防止雨水和地面水下渗等措施。在有需要的情况下，还要设置铺砌层。墙身排水系统的设置主要是排出墙后积水。这一系统设计中主要是在泄水孔的设计上，在墙身的合适位置上设置泄水孔。此外，在墙身后还需要采用透水性材料。对于泄水孔的设置，必须依照实际情况中泄水量选择适宜的孔眼，并按照5%的坡度安设。对于排水孔眼的设置，通常选择上下排梅花状，水平及竖向间距1.5～3.0 m，而且底排泄水孔出水口高出地面的距离要≥200 mm。在安设时，还要再泄水管周边铺砂浆，再砌毛石，防治泄水管受压破损。

2.3 水工挡土墙结构设计优化要注意的问题

2.3.1 对复杂工况进行考虑

对于水工挡土墙的设计要依据实际情况进行。因为，水工挡土墙面对的环境非常复杂。而且其通常是处于浸水条件下的，变化无常的水位因素使得对水工挡土墙进行设计时要充分考虑复杂的计算工况。

图2 泄水孔设计图

2.3.2 荷载计算时注意水对填土的影响

前文提到可以通过相关公式对水工挡土墙进行荷载计算。但是在浸水条件下，这种计算所得的结果往往不够准确。因为水工挡土墙及背后的填土浸水后，有水产生的浮力回改变土压力，使之降低。另外，还会导致挡土墙的抗压强度降低。但是，关于水对填土的影响还要根据情况而定。在有些浸水挡土墙的荷载计算时，可以不考虑水的影响。例如溢洪道水工挡土墙。因为这一地点的挡土墙通常使用砂砾料进行回填。这种状态下，墙后填土Φ值不变。所以，可以忽视水对填土的影响。但倘若挡土墙墙后的填土是原土层并且是黏土时，就要考虑这方面影响，荷载计算也变得复杂。进行设计时，应该由专业人士选择适宜的方法进行简便的计算。