劉麗娜

(齊齊哈爾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，黑龍江齊齊哈爾161006)

1 擋土墻設(shè)計(jì)一般按以下步驟進(jìn)行

1.1 設(shè)計(jì)資料的收集

工程等級(jí)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、建成、正常運(yùn)用、設(shè)計(jì)、校核及施工期墻前墻后各種水位，地形資料提供1:500～1:1000的地形圖和縱橫剖面圖，地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，回填土物理力學(xué)指標(biāo)等。

1.2 根據(jù)總體建筑物要求進(jìn)行平面和立面布置

1.3 選擇合適擋土墻的結(jié)構(gòu)型式

根據(jù)擋土墻的運(yùn)用、布置、墻高、就地取材料及施工等條件，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較選擇擋土墻的結(jié)構(gòu)型式[1]。

1.4 選擇典型部位設(shè)計(jì)斷面

根據(jù)水工擋土墻不同部位其墻高、水位等條件的不同，而擋土墻設(shè)計(jì)通常在翼墻全長(zhǎng)范圍內(nèi)選擇幾個(gè)有代表性斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.5 初擬斷面尺寸

為進(jìn)行擋土墻設(shè)計(jì)首先應(yīng)根據(jù)建筑物總體要求、水位、填土及地基強(qiáng)度指標(biāo)等條件參考已有工程經(jīng)驗(yàn)初擬斷面輪廓尺寸及各部分結(jié)構(gòu)尺寸。

1.6 建后計(jì)算

根據(jù)建完后，分別進(jìn)行各種外荷載計(jì)算，計(jì)算各種荷載組合情況下的水平力、垂直力及各力對(duì)前趾產(chǎn)生的力矩。

1.7 擋土墻的穩(wěn)定驗(yàn)算

根據(jù)對(duì)各種設(shè)計(jì)情況分別進(jìn)行抗滑、抗傾穩(wěn)定和地基應(yīng)力驗(yàn)算，確定穩(wěn)定安全系數(shù)，地基應(yīng)力等滿足設(shè)計(jì)要求。如不滿足要求，重新進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，到滿足要求為止。

1.8 截面強(qiáng)度驗(yàn)算

選擇最不利的設(shè)計(jì)和荷載組合情況對(duì)各部分截面強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。對(duì)混凝土，砌體圬工結(jié)構(gòu)擋土墻選擇一、二截面進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，當(dāng)不滿足要求時(shí)應(yīng)改變初擬尺寸重新進(jìn)行穩(wěn)定和強(qiáng)度驗(yàn)算。對(duì)鋼筋混凝土擋土墻對(duì)各部結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算。并選擇控制截面進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算和配筋計(jì)算同時(shí)還進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算，如初擬尺寸不滿足要求，應(yīng)改變局部結(jié)構(gòu)尺寸，直到滿足要求為止[2]。

1.9 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)

細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)包括合理設(shè)置溫度和沉陷縫、止水、排水和反濾等設(shè)計(jì)。

2 水工擋土墻在浸水作用條件下運(yùn)用的影響情況分析

考慮到水工擋土墻必須有浸水情況，因此水對(duì)擋土墻的作用力以及水工擋土墻在有水條件下運(yùn)用的影響情況分析[3]。根據(jù)建模分析及水工試驗(yàn)表明，水工擋土墻在浸水后，將會(huì)受到以下幾種因素的影響:

1)主動(dòng)土壓力減少。

2)砂性土的內(nèi)摩擦角在浸水情況下保持不變，受水的影響不大;但是黏性土在浸水后，其黏性指標(biāo)值將會(huì)降低，造成主動(dòng)土壓力增加。

3)水工擋土墻在浸水部分，墻的背面和墻的迎水面將受到靜水壓力作用，當(dāng)擋土墻前后水位一致的情況下兩者互相平衡，靜水壓力的作用相互抵消;如果兩者之間出現(xiàn)水位落差時(shí)，擋土墻自身將會(huì)受到靜水壓力的作用，而擋土墻的基礎(chǔ)底面將受到揚(yáng)壓力的作用。

4)如果擋土墻的外面水位發(fā)生驟降，或因降雨，雨水直接下滲到墻背后回填料內(nèi)出現(xiàn)滲透水流時(shí)，回填料還會(huì)受到滲透水流動(dòng)水壓力作用。

以上4種情況，除了按照非水工環(huán)境條件下的擋土墻進(jìn)行土力學(xué)分析計(jì)算以外，還要考慮4種情況同時(shí)出現(xiàn)或者部分出現(xiàn)時(shí)，對(duì)擋土墻安全系數(shù)確認(rèn)，取得最優(yōu)值參數(shù)。

3 水工擋土墻設(shè)計(jì)演算

3.1 在浸水條件作用下的擋土墻荷載及組合情況分析

作用水工擋土墻上的荷載可分為2種:基本荷載和特殊荷載?；窘M合由基本荷載組成;而特殊組合由基本荷載和1種或幾種特殊荷載組成。在正常蓄水位情況下組合計(jì)算，有墻自重、靜水壓力、揚(yáng)壓力、土壓力、浪壓力。按設(shè)計(jì)洪水位情況下組合計(jì)算:自重、靜水壓力、揚(yáng)壓力、浪壓力、泥砂壓力。

特殊荷載主要包括校核洪水位時(shí)的靜水壓力和揚(yáng)壓力，和校核水位時(shí)的動(dòng)水壓力。如果發(fā)生地震，還要包括地震荷載。每種荷載組合對(duì)應(yīng)一種計(jì)算工程情況。需要具體情況具體分析。

3.2 水工擋土墻在浸水條件下的計(jì)算工程情況

對(duì)于進(jìn)水渠道和水位控制段的擋土墻，考慮計(jì)算工程情況相應(yīng)的荷載為基本荷載組合，包含:①完建工況;②正常蓄水位情況;③設(shè)計(jì)洪水位情況。特殊荷載組合包含:①施工情況;②檢修情況;③排水失效情況;④地震情況。如果水庫(kù)水位或者下游水位發(fā)生驟降時(shí)，可以根據(jù)具體情況考慮是否需要核算進(jìn)水導(dǎo)流渠、擋土墻和消力池?fù)跬翂Φ姆€(wěn)定性。

4 水工擋土墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 水工擋土墻的墻身結(jié)構(gòu)

水工擋土墻在浸水條件下的重力式擋土墻一般多采用混凝土和漿砌石建造，在石料可就地取材的情況下采用漿砌石擋土墻比混凝土擋土墻要經(jīng)濟(jì)，但是沒有混凝土墻耐久。重力式擋土墻從其墻背傾斜方向可分俯斜、直立和仰斜3種情況。俯斜式墻背坡為1∶0.4 ～ 1∶0.7，直立式墻背斜坡為1∶0.4 ～1∶0.7，仰斜墻背斜坡為1∶0.2 ～ 1∶0.4。墻頂寬度一般≥0.4～0.6 cm。

根據(jù)總體設(shè)計(jì)技術(shù)要求，設(shè)計(jì)者靈活運(yùn)用即可以將3種形式重新組合轉(zhuǎn)變1種新的連接形式而已。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還要設(shè)置伸縮縫。沿著擋土墻縱軸線每15m左右設(shè)置一道。伸縮縫可采用瀝青模板填縫。

4.2 水工擋土墻的排水設(shè)置

水工擋土墻排水設(shè)置比較簡(jiǎn)單，通常情況下有兩種型式組成。

1)在地面挖一個(gè)梯形斷面排水溝，斷面尺寸據(jù)排量大小而定，攔截地表水和雨水下滲的措施，根據(jù)具體情況也可做頂面的護(hù)面和護(hù)坡使地表徑流水從背坡流下。

2)墻體自身排水，一般在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)水文地質(zhì)資料提供地下水位的變化，在墻身的適當(dāng)高度處布置一排或數(shù)排泄水孔，但墻背后一定要設(shè)置一定寬度、厚度、級(jí)配良好的返濾料。泄水孔的尺寸根據(jù)泄水量確定，直徑可分為Φ 5 cm，Φ 10 cm，Φ 15 cm等水流從擋土墻背面流向擋土墻迎水面排出。孔眼間距一般為1～1.5 m，在不同的水平層排水孔呈梅花形布置。

5 結(jié)語(yǔ)

在水利水電工程的水工擋土墻設(shè)計(jì)過程中，特別需要重視浸水對(duì)擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，重視墻身構(gòu)造和墻后排水設(shè)計(jì)措施，采用多種建模方式進(jìn)行校核驗(yàn)算，才能避免事故發(fā)生，保證項(xiàng)目安全可靠運(yùn)行。

[1]鄭寬新.淺析擋土墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].中國(guó)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]管楓年，等.水工擋土墻設(shè)計(jì)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，1996:27－34.