蔡文龍

【摘 要】本文對水工擋土墻設(shè)計按受力條件的不同進(jìn)行分類介紹，分別介紹其特點及設(shè)計中應(yīng)當(dāng)注意的重點、要點，有一定參考價值。

【關(guān)鍵詞】水工擋土墻設(shè)計；重力式；衡重式；格賓網(wǎng)

一、水工擋土墻設(shè)計考慮因素

在工程實際應(yīng)用中，水工擋土墻作為一種浸水擋土墻，其與一般的擋土墻的應(yīng)力分析有所不同。水工擋土墻的斷面布置不僅需選擇合適的工況、幾何學(xué)、物理學(xué)參數(shù)，計算出較切合實際的土壓力，還要考慮擋土墻在浸水條件下，浸水對墻后土壓力的影響，而這一影響要依照特征水位和水文條件進(jìn)行綜合考慮。

二、水工擋土墻的浸水作用原理

由于考慮水工擋土墻必須有浸水效果，因此水對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，必須作為水工擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮的重點。根據(jù)建模分析及水工試驗表明，水工擋土墻在浸水之后，將會收到以下各種因素的影響：

①主動土壓力減少。

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；但是粘性土在浸水后，其粘性指標(biāo)值將會降低，造成主動土壓力的增加。

③浸水部分的水工擋土墻墻背和墻面都受到靜水壓力作用，當(dāng)擋土墻前后水位一致時兩者相互平衡，靜水壓力作用相互抵消；但是如果兩者之間出現(xiàn)水位落差時，墻身會受到靜水壓力差的作用，水工擋土墻的基底將受揚(yáng)壓力的作用。

④如果墻外水位發(fā)生驟降，或者雨后雨水下滲在墻后填料內(nèi)出現(xiàn)滲流時，土層填料還會受到滲流動水壓力的作用。綜合以上這四種情況，除了按照非水工環(huán)境條件下的擋土墻進(jìn)行土力學(xué)分析計算以外，還要考慮這四種情況同時出現(xiàn)或者部分出現(xiàn)時，對于擋土墻安全系數(shù)的確認(rèn)，取得最優(yōu)值參數(shù)。

三、水工擋土墻的設(shè)計演算

水工擋土墻的設(shè)計布置計算一般分為荷載組合選取及計算、工況條件分析等等，必須經(jīng)過多種環(huán)境因素的建模分析，才能最終得出最優(yōu)化的參數(shù)值。

1.水工擋土墻在浸水條件下的荷載及組合情況分析

作用在水工擋土墻邊墻上的荷載可分為基本荷載和特殊荷載，基本組合由基本荷載組成，特殊組合由基本荷載和一種或幾種特殊荷載組成。對水工擋土墻而言，基本荷載主要包括土壓力、墻頂有效荷載、墻身自重、填土自重、正常蓄水或設(shè)計洪水位時的靜水壓力及揚(yáng)壓力、設(shè)計洪水位情況下泄流時的動水壓力。而特殊荷載則主要包括校核洪水位時的靜水壓力及揚(yáng)壓力、相應(yīng)于校核洪水時的動水壓力。如果是在地震影響范圍內(nèi)，還需要包括地震荷載。每一種荷載組合對應(yīng)一種計算工況。特別是在水電站溢洪道擋土墻而言，其控制段上下游部位的水工擋土墻的計算工況不完全相同，需要根據(jù)具體情況進(jìn)行具體分析。

2.水工擋土墻在浸水條件下的計算工況

對于進(jìn)水渠和水位控制段的擋土墻，考慮的計算工況主要有：完建情況、正常蓄水位情況、設(shè)計洪水位情況、施工情況、檢修情況、校核洪水情況、地震情況。前面的3種工況相應(yīng)的荷載為基本荷載組合，后面的4種工況相應(yīng)的荷載為特殊荷載組合。對于正常蓄水位情況，若考慮排水失效，也要按照特殊荷載組合進(jìn)行計算。

3.水工擋土墻在浸水條件下的荷載計算

對于自重荷載和水壓力荷載，可以按照常規(guī)方法進(jìn)行計算。如果是采用重力式擋土墻的設(shè)計結(jié)構(gòu)，除凸形折線和衡重式情況外，土壓力可以直接按庫倫土壓力理論計算。如果重力擋墻是采用凸形折線或衡重式結(jié)構(gòu)時，由于土壓力計算較為復(fù)雜，則需要分別計算上墻土壓力和下墻土壓力。計算上墻土壓力時，先判別是否會出現(xiàn)第二破裂面，如有第二破裂面，則按第二破裂面法計算上墻土壓力；下墻土壓力計算較為復(fù)雜，目前普遍采用延長墻背法和力多邊形法的簡便方法進(jìn)行計算。

四、水工擋土墻設(shè)計要點

4.1擋土墻的墻身強(qiáng)度驗算

墻身強(qiáng)度的驗算，一般選在截面突變處，例如墻底臺階的上截面。對于重力式擋土墻來說，驗算時，先計算此截面以上的墻體重力和相應(yīng)高度的主動土壓力，求得該截面的內(nèi)力，然后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度驗算。對于混凝土擋土墻來說，可根據(jù)彎矩和剪力計算根部的截面大小，來決定配筋的多少。在構(gòu)造上，可按鋼筋混凝土懸挑板設(shè)計，根部截面厚，端部截面薄，鋼筋的用量可根據(jù)內(nèi)力包絡(luò)圖的結(jié)果，取上部鋼筋量少，下部鋼筋量大。

4.2擋土墻后背填土

根據(jù)調(diào)查資料顯示，擋土墻后沒有采取排水措施或者是排水措施失效，是擋土墻倒塌的主要原因之一。由于地表水流入填土中使填土的抗剪強(qiáng)度降低，并產(chǎn)生水壓力作用。因此，墻身應(yīng)設(shè)置單排或多排排水孔，其孔徑一般不宜小于100mm，外斜坡度一般為 5%，排距及間距 1m～2m。一般常在墻后做反濾層，以利于排水和防止填土中細(xì)粒土的流失。墻后填土均應(yīng)分層夯實。在墻頂和墻底標(biāo)高處宜設(shè)置粘土防水層。墻頂處的防水層可阻止或減少地表水滲入填土中，墻底標(biāo)高處的防水層可避免水流進(jìn)墻底地基土而造成地基承載力和擋土墻抗滑移能力的降低。此外，擋土墻每隔 10m～20m可設(shè)置伸縮縫，縫寬20mm 左右。相鄰兩段擋土墻基底高差較大時，應(yīng)按高：長 =1：2 放階，階高 0.5m。

4.3擋土墻的基底壓力驗算

擋土墻在自重及土壓力的垂直分力作用下，基底壓力按線性分布計算。其驗算方法及要求完全同天然地基淺基礎(chǔ)驗算方法。擋土墻的基底壓力應(yīng)小于地基承載力。否則，地基將喪失穩(wěn)定性而產(chǎn)生整體滑動。擋土墻基底常屬偏心受壓情況，即要求墻底平均壓力小于地基承載力 f，且墻底邊緣最大壓力不大于1.2f，同時要求偏心距不大于 b/4（b 為擋土墻的墻身寬度）。當(dāng)擋土墻地基為特殊地基（如濕陷性黃土、膨脹土等）時，擋土墻基底還應(yīng)按相應(yīng)有關(guān)規(guī)范進(jìn)行處理。

總之，擋土墻的結(jié)構(gòu)型式應(yīng)根據(jù)建筑物總體布置要求、墻的高度、當(dāng)?shù)夭牧霞笆┕l件等通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較確定。只要布置緊湊協(xié)調(diào)，就能充分發(fā)揮其最大作用。

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