水工结构挡土墙设计和应用

张楠楠

摘 要：挡土墙在如今水利工程中发挥重大作用，主要是为了能够有效预防上游发生边坡塌方、倒毁等情况。因此本研究结合润河水利工程项目的水土结构挡土墙设计应用情况展开实例研究，结合该工程项目提出水利工程挡土墙的设计标准，并对挡土墙的构造措施以及应用技术要求进行概述，为类似水工结构挡土墙的设计应用项目提供参考价值。

关键词：水土结构;挡土墙;应用

中图分类号：TV33             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）11-0089-02

挡土墙通常指的是作为支承路基或是防土填土、山坡土体以及土体失稳变形的构造物，运用于水利工程施工项目中，通常采用重力式、悬臂式、扶壁式以上三种[1]。由于在实际设计应用挡土墙中拥有较少的占地面积，简易结构且较低造价，与方便的施工操作工程等技术优点，所以被广泛应用于水利工程项目中[2]。接下来将以润河水利工程项目的水土结构挡土墙设计应用情况为例，对水土结构挡土墙设计进行分析。

1 项目背景

阜阳市小润河治理工程西起柴集镇西南部（K31+238），东南至大润河（K0+000），全长约31.2km。该工程拟对现状河道进行清淤、拓宽，并修建相应的绿化景观等。目前自然地面高程在24.7～31.8m之间，河底高程在20.9～29.0m之间。原润河起源于临泉县长官镇西南部的刘寨，流经临泉、阜南、颍州和颍上四县区，全长174km，总流域面积1293.6km2，1965年经规划，将上游乔油坊以上330km2，经界南河截入谷河，中段刘庄闸以上403km2经陶孜河下段截入蒙河分洪道，润河下段在中上游截源后流域面积为560.6km2，于颍上县润河集注入淮河，润河下段河道总长45.41km。目前润河流域面积包括原润河中下段以及陶孜河截引段，共计1097.6km2（其中陶孜河截引段流域面积134km2）[3]。小润河流域原有2个出口，其一为现状的经李集闸在润河的吴家渡上游入润河;其二为经中清河，在刘屯庄入润河，目前存在个别的堵坝。小润河是润河的主要支流，是连通泉河及淮河两条水系的重要通道，为促进其综合治理，发挥工程的综合效益，初步确定通过小润河综合治理及泉河三十里河处兴建西湖枢纽工程的总体方案。

2 挡土墙稳定验算

对该工程项目的挡土墙进行稳定验算，其根本目标是为了可以有效确保挡土墙不会受到链体的稳定破坏，挡土墙发生稳定破坏的情况有多种，包括了滑动、倾覆、不均匀下沉等多种破坏情况。为了有效避免破坏挡土墙的稳定性，需要验算挡土墙的整体稳定性[4]。

（1）对项目挡土墙的抗滑稳定进行验算，保证挡土墙不会出现滑动破坏情况[5]。以《建筑地基基础设计规范》有关规定，对本次工程项目的挡土墙稳定性进行验算，运用基本荷载组合成功计算得出不同系数的响应取值。对于自重及土压情况下的分项系数均根据前面所提选取0.9，不利情况下取值1.2，可改变荷载的分项系数为1.4。偏心距及基底应力计算公式如下：

ZN=（MY-MH）/NY                （1）

式中：（e）表示偏心距。

（2）对项目挡土墙的抗倾稳定进行验算，确保挡土墙不会所受倾覆稳定破坏情况。计算公式如下[6]：

（2）

式中：挡土墙的抗倾覆稳定安全系数用K0表示;不同力对于挡土前的前趾点造成的抗倾覆力矩以及倾覆力矩分别用M1、M2表示;挡土墙的抗倾覆安全稳定系数的允许值用[K0]表示。

对项目挡土墙的承载力进行验算，确保不会发生挡土墙受力不均所致前倾变位情况。在室外地面的活荷载力一般情况下取值为10KN/M2，较小荷载作用力情况下可以取值5.0KN/M2。对于土测压力的计算系数，一般情况下可以取值静止土压力系数为0.5，考虑到支座可以认为作为发生的无侧向位移，作为静止土压力，随着中间跨越度的逐渐增加位移，与主动土压力也比较倾向。

3 水工结构挡土墙应用技术要点

3.1墙体分缝及止水

为了有效避免发生地基下沉与温度作应力所致裂缝情况，对于挡土墙设计需要沿着长度方向，设计伸缩缝以及沉降缝。想要墙体稳定安全系数确定，需要根据《水闸设计规范》（SL265-2001）及《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007），水闸及翼墙稳定安全系数如下，闸室基底应力最大值与最小值之比的允许值为基本组合不大于2.0，特殊组合不大于2.5（见表1）。

对于挡土墙在施工过程中的混凝土强度等级及抗冻抗渗等级，主要部位混凝土抗渗、抗冻和强度设计等级（见表2）。

3.2墙体排水措施

根据施工经验对于墙体设计排水措施，挡土墙处于非防渗范围内，为了对挡土墙的地下水位有效降低，能够对于墙体的后测静水压有效减少，并排出墙后的积水及地下水。想要挡土墙排水通常需要将静水压减少后，对于填土强度指标提升才能够对墙体土压力有效减少。尤其对于寒冷地区还需要对墙体的含水量以及地下水补给不断降低，从而达到预期的挡土墙水平冻胀作用。可以根据本次工程项目的挡土墙高，设计1～2排的墙面排水孔，一般情况下设计2～3m的排水孔横竖水平间距，5～8m的孔径，从而对排水过程中有效避免墙后填土情况。实际工程中也为了进一步方便施工，可以将PVC管预埋排水孔内，并将多层针刺无纺布填补于管口用于反滤保护。

在挡土墙的地基设计过程中，对于地基允许承载力通过根据地质资料，闸基、翼墙持力层为第2层粉质粘土层，地基承载力标准值110kPa;其下卧层依次为第3层粉质粘土，地基承载力标准值220kPa;第4层粉土、第5层粉质粘土，地基承载力标准值210kPa。闸室、挡土墙基底反力最大值分别为90.31kPa、151.44kPa，天然地基不满足建筑物的要求，需进行地基处理。与工程项目闸室各部位配筋核算情况（见表3），因此本水利工程项目拟定的闸室结构尺寸满足要求。

3.3墙体抗冻胀技术措施

对于寒冷地区的挡土墙需要注意防冻胀破坏，一般发生于冬春季节的交替融化时期，以非冻胀土的设计理论，设计挡土墙的断面尺寸，但是对于墙后的水平冻胀力度较非冻胀压力要明显更大的情况下，则会导致挡土墙失稳。预防发生水平冻胀力较大也会导致增加挡土墙的地基应力，获得的地基应力大小值较允许值更是明显超出，所致墙体发生前倾沉陷情况。

4结语

总而言之，对于水利工程项目来说挡土墙作用至关重要，密切相关人们的日常生活。挡土墙设计作为隐蔽类工程，在一般的工程质检中通常难度较大，所以设计过程中需要与综合工程项目各情况进行考量，从而确保水工结构挡土墙的施工设计可靠稳定性。

参考文献：

[1]程洁铃，殷辉.扶壁式挡土墙在水工建筑物中应用的设计要点[J].科技创新与应用，2019（12）：71-72.

[2]强同超，漆文邦，米韵潭，姜从伟.某水工挡土墙设计与验算[J].陕西水利，2019（07）：166-167+170.

[3]张雄， 张晓平， 齐宣博，等. 蜂巢砌块挡土墙结构安全性分析[J].土木工程， 2019， 008（003）：P.447-456.

[4]Asadollah， RANJBAR， KARKANAKI， et al. 采用上限分析方法对悬臂式挡土墙进行伪静力分析[J]. 中南大学學报：英文版， 2019（1）：241-255.

[5]肖雨农，张可能，严学寨，等. 花岗岩强风化区高填方重力式挡土墙设计与施工案例研究[J]. 工程建设与设计， 2019（19）.

[6]邹文辉， 卢建亮， 潘子文. 预制拼装式箱形重力式挡土墙的研发与工程应用[J]. 福建交通科技， 2019， 167（02）：1-5.