關(guān)于港航工程擋土墻結(jié)構(gòu)選型探討

周亞林 王梅梅

摘 要：隨著現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，航運(yùn)經(jīng)濟(jì)占據(jù)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要地位，對(duì)港航工程建設(shè)的要求越來(lái)越高。擋土墻是港航工程建設(shè)的重要組成，加強(qiáng)擋土墻的穩(wěn)固、抗傾覆等性能對(duì)建設(shè)碼頭、防洪堤壩、船塢建造等起著重要作用。本文通過(guò)了解擋土墻的結(jié)構(gòu)類型、相關(guān)運(yùn)算以及影響因素，探討在內(nèi)河工程中的應(yīng)用，為有關(guān)的港航工程建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：港航工程 擋土墻 結(jié)構(gòu)選型 運(yùn)算

我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與出口貿(mào)易、運(yùn)輸?shù)葤煦^，而港航工程建設(shè)是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要手段之一。港航工程建設(shè)過(guò)程中最重要的是修筑擋土墻，尤其是建設(shè)的地基有較大的高度差時(shí)，建造擋土墻可以一定程度鞏固泥土和山坡上的建筑物。施工技術(shù)的水平會(huì)影響擋土墻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致港航工程的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，嚴(yán)格把控港航工程擋土墻的結(jié)構(gòu)選型是保證港航工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)的要求。

1.擋土墻的結(jié)構(gòu)選型

擋土墻在結(jié)構(gòu)上可分為墻背、墻面、墻基、墻頂、基底、墻趾、墻踵六個(gè)部分，其中直接接觸被支撐的土地的橫斷面即為墻背，墻背相對(duì)應(yīng)的是墻面，接觸地基的是墻基，相對(duì)面為墻頂，墻趾靠近墻面，而墻踵靠近墻背，可以維持坡度的穩(wěn)定。擋土墻在結(jié)構(gòu)上可分為懸臂式、重力式、錨桿板樁式、扶掛式等形式。

1.1錨定式擋土墻

錨定式擋土墻可分為錨定板式、錨桿式兩種形式，相比情況下，錨定板式擋土墻相對(duì)較輕。錨定板式擋土墻的結(jié)構(gòu)組成部分為墻面、錨定板、鋼拉桿，前面和鋼拉桿相互連接，錨定板可穩(wěn)固擋土墻。錨桿式擋土墻的材料是鋼筋混凝土，錨桿可分為立柱、水平、傾斜的錨桿或者擋土板都可以穩(wěn)固土體。兩者相比之下，錨定板不僅材質(zhì)輕便且適合填土的擋土結(jié)構(gòu)。

1.2重力式擋土墻

重力式擋土墻是利用自身的重力抵抗因外界擠壓而產(chǎn)生的壓力，其材質(zhì)主要是混凝土、碎石等石料，把石料熔鑄成梯形，擋土墻的尺寸大小不一，隨墻體和墻型的改變以達(dá)到一種平衡狀態(tài)，增強(qiáng)擋土墻的穩(wěn)固性。通過(guò)控制擋土墻的胸坡、背坡的坡度來(lái)調(diào)控墻體高度，使墻面平行于墻背，墻的基底壓力隨墻身增加的高度變化，控制地基承受壓力在可承受的范圍之內(nèi)須加上墻趾，這樣可以有效抵擋來(lái)自墻后的壓力，嚴(yán)格把控?fù)跬翂Y(jié)構(gòu)的施工，確保工程質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

重力式擋土墻的類型較多，按墻背的坡度劃分，可分為三種類型。一為俯斜式，其承受的壓力是所有擋土墻結(jié)構(gòu)中最大的。二為仰斜式，承受壓力最小的，與臨時(shí)邊坡結(jié)合可減少開挖填土。最后一種是直立式，直立式常用于陡峭地勢(shì)的環(huán)境，防止過(guò)高的墻身導(dǎo)致?lián)跬翂κШ狻?/p>

充分發(fā)揮擋土墻的作用必須要確保墻體的重心穩(wěn)定，這樣才可以充分發(fā)揮出重力式擋土墻的作用。

1.3懸臂式擋土墻

懸臂式擋土墻是薄壁式擋土墻的一種類型，其組成部分是墻面和底面，形狀類似倒“T”型，在程度結(jié)構(gòu)上會(huì)間隔距離出現(xiàn)扶助，更好地發(fā)揮擋土墻的作用，加強(qiáng)擋土墻的穩(wěn)定性。

1.4加筋土擋土墻

該類擋土墻具備適應(yīng)性強(qiáng)、抗變形、耐震、小巧、低成本的特點(diǎn)。墻體的拉帶和土存在摩擦，可增加拉筋改善土體的變形性能，加入拉筋的擋土墻適用于地勢(shì)平坦的填方路段而非地勢(shì)陡峭的環(huán)境。加筋擋土墻還可以通過(guò)增強(qiáng)中立提高穩(wěn)定性，融合了重力式擋土墻的特點(diǎn)，減少砂漿的使用可防止擋土墻的穩(wěn)固性下降。

2.有關(guān)擋土墻的運(yùn)算

2.1驗(yàn)算穩(wěn)定性

符合標(biāo)準(zhǔn)的擋土墻不僅要具備穩(wěn)定、耐震、防滑、防倒的功能，還要適合各種復(fù)雜的工程環(huán)境。擋土墻的穩(wěn)定性受工程的地質(zhì)、制作擋土墻的材質(zhì)、填土的質(zhì)量、施工工藝控制。制作擋土墻的第一步是確定墻身的高度、墻頂和底部的寬度以及埋入的深度，而這些因素是根據(jù)施工環(huán)境以及工程師的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷的。因?yàn)楦酆焦こ炭拷颍砸紤]水的沖擊力，防止擋土墻的傾覆導(dǎo)致工程質(zhì)量不合格，必須加強(qiáng)擋土墻的防滑能力。

2.2墻身的強(qiáng)度驗(yàn)算

選擇墻截面突變處驗(yàn)算擋土墻的墻身強(qiáng)度，計(jì)算截面受承受的墻體重力，以及相應(yīng)高度的土壓和截面承受的內(nèi)部壓力，再結(jié)合所有數(shù)據(jù)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。

2.3后背填土

防止擋土墻倒塌的措施是進(jìn)行排水處理，未排水導(dǎo)致地表濕度大，填土的強(qiáng)度降低，產(chǎn)生的水壓增加了擋土墻的承受壓力。在施工前期可采取設(shè)計(jì)擋土墻時(shí)增加一定數(shù)量的排水孔，距離控制在2-3m。在施工中可采用碎石過(guò)濾層，防止流失細(xì)小土粒。

2.3擋土墻基底壓力計(jì)算

擋土墻的基底壓力受重力和土壓的作用下呈現(xiàn)線性分布，計(jì)算基底壓力時(shí)按照其性質(zhì)計(jì)算，設(shè)計(jì)擋土墻要考慮基底壓力小于地基的承土壓力的各種要素，通過(guò)控制偏心距和擋土墻墻身寬度的差值來(lái)增加地基的穩(wěn)固性防止其整體發(fā)生偏移。

3.影響擋土墻穩(wěn)定性的因素

外界的環(huán)境因素或者人為的因素都會(huì)對(duì)擋土墻的結(jié)構(gòu)性能產(chǎn)生影響，致使擋土墻的墻體抗剪強(qiáng)度下降，從而降低擋土墻的穩(wěn)定性。失衡的擋土墻會(huì)導(dǎo)致港航工程的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，對(duì)運(yùn)輸、防護(hù)水庫(kù)、堤壩產(chǎn)生一定影響，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。影響擋土墻的結(jié)構(gòu)因素大致包括墻背的填土材質(zhì)、墻趾的埋土深度等，為了加強(qiáng)墻體的穩(wěn)固性，對(duì)這些因素進(jìn)行探討，防止擋土墻倒塌造成的嚴(yán)重后果。

根據(jù)有限元的計(jì)算原理，可以建立一套數(shù)值模型來(lái)分析這些因素的變化特征以及防滑、抗傾覆的變化規(guī)律。由研究結(jié)果可知：其一，墻頂?shù)姆阑?、抗傾覆性能隨著位移無(wú)論是水平還是垂直的變化而變化，位移的變化越大，墻體的性能越好。其二，在擋土墻結(jié)構(gòu)自身的重力作用下，墻頂?shù)奈灰茣?huì)隨著墻后的填土產(chǎn)生的內(nèi)摩擦角度的縮小而增大，二者呈現(xiàn)一種互為反比的關(guān)系。內(nèi)摩擦角小于10度時(shí)，擋土墻的防滑、抗傾覆性能系數(shù)下降，擋土墻出現(xiàn)偏移導(dǎo)致失衡。建立穩(wěn)定性墻的擋土墻必須要求墻后填土內(nèi)摩擦角在20度以上。

4.港航工程擋土墻結(jié)構(gòu)的選擇

擋土墻的結(jié)構(gòu)類型眾多，所采用的材質(zhì)也各不相同，建造的材料分別是磚石、混凝土、碎石、片石等，在實(shí)際的施工過(guò)程中，會(huì)根據(jù)環(huán)境因素或者人為因素而選擇不同的用料建造不同結(jié)構(gòu)的擋土墻。

4.1內(nèi)河港航工程擋土墻的結(jié)構(gòu)選型

現(xiàn)代的擋土墻結(jié)構(gòu)建設(shè)多采用重力式擋土墻和錨定式擋土墻，重力式擋土墻是較為傳統(tǒng)的擋土墻結(jié)構(gòu)，主要材料是塊石、毛石。擋土墻的墻頂寬度范圍要大于500mm，底部寬度為墻體高度的三分之一左右。符合標(biāo)準(zhǔn)的擋土墻必須具備抗傾覆、防滑性能，如果在內(nèi)河港航工程中運(yùn)用重力式擋土墻，墻體內(nèi)部與河岸會(huì)經(jīng)受水體侵蝕，導(dǎo)致兩岸土質(zhì)疏松，從而使墻體倒塌，這樣的原因致使重力式擋土墻不在內(nèi)河建設(shè)的考慮范圍。錨定式擋土墻的組成材料是鋼筋混凝土和地錨，把地錨牢牢地固定于土層中，墻體側(cè)面打孔置漿，減輕墻體受力，增強(qiáng)內(nèi)河港航工程的質(zhì)量。錨定式擋土墻是建設(shè)碼頭、水庫(kù)、護(hù)堤的首選結(jié)構(gòu)。

4.2懸臂式擋土墻的應(yīng)用

懸臂式擋土墻多由鋼筋混凝土鑄造而成，其倒“T”型的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)適合水流緩慢的河流，對(duì)于碼頭建設(shè)、水庫(kù)、護(hù)堤等并不適用，墻體的高度必須在5米的范圍，超過(guò)規(guī)定的范圍會(huì)導(dǎo)致墻頂承土壓力增加，導(dǎo)致墻體穩(wěn)定性下降。墻體高度大于10米，要求擋土墻的抗傾覆、承壓、防滑性能更高。

港航工程是建設(shè)工程中較為復(fù)雜的項(xiàng)目，它所考慮的因素較多，包括土壤、水流速度、河岸等。我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，造船技術(shù)不斷提高，航運(yùn)發(fā)展飛速，對(duì)港航工程的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。加固建設(shè)內(nèi)河擋土墻，保證河道安全，要求擋土墻的建設(shè)要求也越來(lái)越高。常見的擋土墻結(jié)構(gòu)是懸臂式、重力式、錨定式三種，內(nèi)河工程大都采用錨定式結(jié)構(gòu)擋土墻。在施工的實(shí)際工作中，應(yīng)該結(jié)合施工的具體環(huán)境、工程的實(shí)際需求、土壤質(zhì)量選擇合適的擋土墻結(jié)構(gòu)，保證擋土墻的抗傾覆、防滑、穩(wěn)定性能，確保港航工程的質(zhì)量達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

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