浅谈水利工程中挡土墙的设计应用

张 军

（四川水利职业技术学院工程勘察设计院，四川 成都 611830）

1 挡土墙概述

挡土墙主要功能就是挡土，即在水利工程中，为防止土体坍塌，需要修建相应的建筑物，让土体保持原样，这一建筑物就是挡土墙。挡土墙结果比较简单，造价相对便宜，因此在水利工程中应用非常广泛。挡土墙具有隐蔽性，施工结束后，其质量不容易检查，然而，在实际生活当中，挡土墙起着比较重要的作用，若挡土墙出现问题，会极大的影响人们的生产生活。因此，在工程设计时，要充分考虑挡土墙的设计，确保挡土墙质量。

2 常用的挡土墙形式

2.1 重力式和半重力式挡土墙

重力式挡土墙施工方便，主要是通过自身的重力来承受土体坍塌力，结构相对简单，而且其材料多为石块和毛石，取材方便，因此，重力式挡土墙被广泛使用。重力式挡土墙可分为俯斜、竖直和仰斜，仰斜式挡土墙在填土方面相对困难，护坡时常用仰斜式，俯斜式和竖直式填土相对容易。重力式挡土墙也有其不足之处，挡土墙过高时，为保证其质量和稳定，挡土墙的体量会设计得比较大，花费的材料相对较多，资金投入量比较大。

半重力式结构挡土墙多用于较高的墙体，这样投入的材料较少，成本相对较低。通常情况下，半重力式结构挡土墙的材料多为混凝土，这样修建的墙体相对较薄。

2.2 悬臂式与扶臂式挡土墙

在修建钢筋混凝土挡土墙时，多采用悬臂式或扶壁式挡土墙，这类挡土墙属于轻型结构，墙体混有钢筋，墙身截面小，比较适合钢筋混凝土挡土墙。悬臂式挡土墙使用于10 米以下，若超过10 米，则多用扶臂式挡土墙。

2.3 锚杆挡土墙

锚杆挡土墙的主要构成要素有地锚和墙板，墙板是由钢筋混凝土砌成，比较牢固；地锚需要固定在土层上，让土层分担墙体压力，从而达到墙体稳定的效果。

3 水利工程中挡土墙的设计应用

3.1 挡土墙的施工技术

在实际工程施工过程中，挡土墙整体的稳定性受诸多因素影响，主要有挡土墙的埋置深度、施工材料、工程环境等。

计算埋置深度是重力式挡土墙设计过程中的重要环节，设计人员需要结合基底的实际情况，因地制宜，计算出合理的埋置深度。若基底是岩石，则要做好地表水侵预防工作，在基底施工前，清除岩石，同时做好地面排水工作；若基底的土壤比较软，则表明基底存有大量水分，需要做好桩基加固工作；若基底层是土层，设计的埋置深度应不小于1m，并在基底进行砂石垫层处理。

建设挡土墙时，要建立健全质量管理体系，设定好砂浆的质量监管标准，使得挡土墙的强度达标。挡土墙的施工时，为保证挡土墙质量，需做好以下几点：（1）要保证砂浆配合比符合相关要求；（2）要关注砂浆的流动性，并确定稠度满足要求；（3）确保砂浆搅拌均匀，石块之间灰缝填充密实无间。

挡土墙施工时，还需要注意，基坑挖好后，要尽快进行挡土墙施工，以免长时间暴露基坑，引起基底的承载能力下降。

3.2 挡土墙的冻胀设计

在挡土墙设计时，需要考虑温度的影响。当温度过低时，土壤中的水分子就会凝结成冰，体积增大，从而引起土体膨胀、地面不均匀现象，这将降低挡土墙的安全稳定，降低工程质量，甚至影响到水利工程的正常施工。因此，在易冻胀地区设计挡土墙时，应慎重考虑挡土墙的尺寸、重量，让其符合相关标准，其步骤有以下几点：（1）做好相关数据的勘探工作，勘探主要包括地表冻胀量、水平冻胀力以及冻深等。（2）计算挡土墙荷载量，以确保挡土墙的稳定。（3）根据计算结果，按照相关标准，开展挡土墙设计工作。

3.3 挡土墙的排水措施

在整个挡土墙建设过程中，都要注重排水工作，确保挡土墙的稳定性，因此，在设计时，应当结合周边环境进行详细规划。挡土墙的排水主要涉及两个方面，即墙身排水和地面排水。墙身排水不仅要排除地下水，还要排除墙后积水，在设计时，可以通过墙体坡度进行排水，也可以设计泄水孔，达到排水的效果。地面排水的方法相对较多，其方法包括地面排水沟、截引地表水和地面水下渗等方法，还可以设置铺砌层增加排水效果。

4 水利工程中挡土墙设计应注意的问题

4.1 土压力计算

在实际工程应用中，挡土墙的压力计算理论主要有库仑理论和朗肯理论。在进行挡土墙压力计算时，可以假设墙背和填土之间的摩擦力为零，若计算出的主动土压力会偏大，根据这一压力设计出的挡土墙，其安全性会更好，能够有效地起到挡土作用。若计算出的主动土压力偏小，根据这一压力设计的挡土墙，其能够承受压力偏小，挡土墙就失去了保护土体的设计初衷。

此外，这库仑理论和朗肯理论还指出了墙内受力规律，即摩擦角、墙背倾斜角以及填土表面倾角越大，产生的主动土的压力越大，反之则越小。这表明，倾斜式挡土墙的主动土压力最小，相反，俯倾式挡土墙最大。因此，在选择墙体时要结合实际需要，选择恰当的挡土墙形式。

4.2 挡土墙的构造质量

挡土墙的构造质量直接关系到墙体的稳定性，挡土墙设计时，忽略挡土墙的构造，会降低墙体的稳定性，从而出现挡土墙失稳、坍塌等现象，对水利工程产生不良影响。设计挡土墙的构造时，需要考虑墙体高度以及墙后土压力，同时还要分析地基的伸缩性，了解因温度的变化而引起的混凝土收缩性变化，避免产生裂缝现象，必要时，可以设置伸缩缝和沉降缝。通常情况下，挡土墙的前后存在较大的水位差，使得整个墙体承受的压力不均衡，从而影响墙体的稳定性，因此，在设计时，墙体上应当建造的排水孔，有效排除墙后水和地下水，降低挡土墙后的水压力，增强墙体的安全性，同时，还需要设计一定的反滤体，确保排水孔畅通。设计重力式挡土墙时，要确保含水量不超过相应标准，必要时，可以设置防水层，防止水对墙体的侵入，避免因含水量过高引起墙体松软，达到提升土墙质量的效果。

4.3 挡土墙工程具有不确定性

挡土墙直接关系到人们的生产生活，若挡土墙出现质量问题，发生墙体倒塌，不能起到应有的保护效果，则会极大的影响人们的正常生活。但是，挡土墙是一种隐蔽工程，大部分挡土墙工程都是永久性的，其施工质量在施工结束后是难以检测的。所以，在设计挡土墙时，要充分考虑挡土墙的安全可靠性，确保其质量符合要求，让挡土墙具有持续的保护作用。

挡土墙的使用寿命会受到外部因素影响，如地震、火灾等，这些因素都会影响到挡土墙的稳定性。因此，在进行水利工程挡土墙设计时，要考虑挡土墙的时效性，考虑施工的不确定性，适当增加挡土墙的安全储备。

5 挡土墙稳定性的测验

挡土墙的稳定性是挡土墙的关键，决定了挡土墙的性能，能够反应出挡土墙能够承受的压力，进而判断出墙体是否倾斜，是否影响水利工程施工质量，因此，检验挡土墙的稳定性是非常重要的。在修建挡土墙时，其材料配备及施工技术标准决定了挡土墙的稳定性，在检验挡土墙稳定性时，就可以根据墙体的尺寸及其规格，做出相应的判断，并对土质进行检查分析，检验土壤收缩性，进而确定挡土墙的稳定性。

6 结束语

综上所述，挡土墙在水利工程建设中，起着非常重要的作用，挡土墙的稳定性安全性，能够直接影响到水利工程的质量，因此，应当科学合理的设计挡土墙，一方面可以提高挡土墙质量，另一方面，还可以降低施工成本，增强工程建设的美观。