水工結(jié)構(gòu)擋土墻設(shè)計(jì)和應(yīng)用

張楠楠

摘 要：擋土墻在如今水利工程中發(fā)揮重大作用，主要是為了能夠有效預(yù)防上游發(fā)生邊坡塌方、倒毀等情況。因此本研究結(jié)合潤(rùn)河水利工程項(xiàng)目的水土結(jié)構(gòu)擋土墻設(shè)計(jì)應(yīng)用情況展開實(shí)例研究，結(jié)合該工程項(xiàng)目提出水利工程擋土墻的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)擋土墻的構(gòu)造措施以及應(yīng)用技術(shù)要求進(jìn)行概述，為類似水工結(jié)構(gòu)擋土墻的設(shè)計(jì)應(yīng)用項(xiàng)目提供參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：水土結(jié)構(gòu);擋土墻;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TV33? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2020）11-0089-02

擋土墻通常指的是作為支承路基或是防土填土、山坡土體以及土體失穩(wěn)變形的構(gòu)造物，運(yùn)用于水利工程施工項(xiàng)目中，通常采用重力式、懸臂式、扶壁式以上三種[1]。由于在實(shí)際設(shè)計(jì)應(yīng)用擋土墻中擁有較少的占地面積，簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)且較低造價(jià)，與方便的施工操作工程等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于水利工程項(xiàng)目中[2]。接下來(lái)將以潤(rùn)河水利工程項(xiàng)目的水土結(jié)構(gòu)擋土墻設(shè)計(jì)應(yīng)用情況為例，對(duì)水土結(jié)構(gòu)擋土墻設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

1 項(xiàng)目背景

阜陽(yáng)市小潤(rùn)河治理工程西起柴集鎮(zhèn)西南部（K31+238），東南至大潤(rùn)河（K0+000），全長(zhǎng)約31.2km。該工程擬對(duì)現(xiàn)狀河道進(jìn)行清淤、拓寬，并修建相應(yīng)的綠化景觀等。目前自然地面高程在24.7～31.8m之間，河底高程在20.9～29.0m之間。原潤(rùn)河起源于臨泉縣長(zhǎng)官鎮(zhèn)西南部的劉寨，流經(jīng)臨泉、阜南、潁州和潁上四縣區(qū)，全長(zhǎng)174km，總流域面積1293.6km2，1965年經(jīng)規(guī)劃，將上游喬油坊以上330km2，經(jīng)界南河截入谷河，中段劉莊閘以上403km2經(jīng)陶孜河下段截入蒙河分洪道，潤(rùn)河下段在中上游截源后流域面積為560.6km2，于潁上縣潤(rùn)河集注入淮河，潤(rùn)河下段河道總長(zhǎng)45.41km。目前潤(rùn)河流域面積包括原潤(rùn)河中下段以及陶孜河截引段，共計(jì)1097.6km2（其中陶孜河截引段流域面積134km2）[3]。小潤(rùn)河流域原有2個(gè)出口，其一為現(xiàn)狀的經(jīng)李集閘在潤(rùn)河的吳家渡上游入潤(rùn)河;其二為經(jīng)中清河，在劉屯莊入潤(rùn)河，目前存在個(gè)別的堵壩。小潤(rùn)河是潤(rùn)河的主要支流，是連通泉河及淮河兩條水系的重要通道，為促進(jìn)其綜合治理，發(fā)揮工程的綜合效益，初步確定通過(guò)小潤(rùn)河綜合治理及泉河三十里河處興建西湖樞紐工程的總體方案。

2 擋土墻穩(wěn)定驗(yàn)算

對(duì)該工程項(xiàng)目的擋土墻進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算，其根本目標(biāo)是為了可以有效確保擋土墻不會(huì)受到鏈體的穩(wěn)定破壞，擋土墻發(fā)生穩(wěn)定破壞的情況有多種，包括了滑動(dòng)、傾覆、不均勻下沉等多種破壞情況。為了有效避免破壞擋土墻的穩(wěn)定性，需要驗(yàn)算擋土墻的整體穩(wěn)定性[4]。

（1）對(duì)項(xiàng)目擋土墻的抗滑穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算，保證擋土墻不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)破壞情況[5]。以《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，對(duì)本次工程項(xiàng)目的擋土墻穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，運(yùn)用基本荷載組合成功計(jì)算得出不同系數(shù)的響應(yīng)取值。對(duì)于自重及土壓情況下的分項(xiàng)系數(shù)均根據(jù)前面所提選取0.9，不利情況下取值1.2，可改變荷載的分項(xiàng)系數(shù)為1.4。偏心距及基底應(yīng)力計(jì)算公式如下：

ZN=（MY-MH）/NY? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：（e）表示偏心距。

（2）對(duì)項(xiàng)目擋土墻的抗傾穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算，確保擋土墻不會(huì)所受傾覆穩(wěn)定破壞情況。計(jì)算公式如下[6]：

（2）

式中：擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)用K0表示;不同力對(duì)于擋土前的前趾點(diǎn)造成的抗傾覆力矩以及傾覆力矩分別用M1、M2表示;擋土墻的抗傾覆安全穩(wěn)定系數(shù)的允許值用[K0]表示。

對(duì)項(xiàng)目擋土墻的承載力進(jìn)行驗(yàn)算，確保不會(huì)發(fā)生擋土墻受力不均所致前傾變位情況。在室外地面的活荷載力一般情況下取值為10KN/M2，較小荷載作用力情況下可以取值5.0KN/M2。對(duì)于土測(cè)壓力的計(jì)算系數(shù)，一般情況下可以取值靜止土壓力系數(shù)為0.5，考慮到支座可以認(rèn)為作為發(fā)生的無(wú)側(cè)向位移，作為靜止土壓力，隨著中間跨越度的逐漸增加位移，與主動(dòng)土壓力也比較傾向。

3 水工結(jié)構(gòu)擋土墻應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)

3.1墻體分縫及止水

為了有效避免發(fā)生地基下沉與溫度作應(yīng)力所致裂縫情況，對(duì)于擋土墻設(shè)計(jì)需要沿著長(zhǎng)度方向，設(shè)計(jì)伸縮縫以及沉降縫。想要墻體穩(wěn)定安全系數(shù)確定，需要根據(jù)《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）及《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL379-2007），水閘及翼墻穩(wěn)定安全系數(shù)如下，閘室基底應(yīng)力最大值與最小值之比的允許值為基本組合不大于2.0，特殊組合不大于2.5（見(jiàn)表1）。

對(duì)于擋土墻在施工過(guò)程中的混凝土強(qiáng)度等級(jí)及抗凍抗?jié)B等級(jí)，主要部位混凝土抗?jié)B、抗凍和強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)（見(jiàn)表2）。

3.2墻體排水措施

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)對(duì)于墻體設(shè)計(jì)排水措施，擋土墻處于非防滲范圍內(nèi)，為了對(duì)擋土墻的地下水位有效降低，能夠?qū)τ趬w的后測(cè)靜水壓有效減少，并排出墻后的積水及地下水。想要擋土墻排水通常需要將靜水壓減少后，對(duì)于填土強(qiáng)度指標(biāo)提升才能夠?qū)w土壓力有效減少。尤其對(duì)于寒冷地區(qū)還需要對(duì)墻體的含水量以及地下水補(bǔ)給不斷降低，從而達(dá)到預(yù)期的擋土墻水平凍脹作用?？梢愿鶕?jù)本次工程項(xiàng)目的擋土墻高，設(shè)計(jì)1～2排的墻面排水孔，一般情況下設(shè)計(jì)2～3m的排水孔橫豎水平間距，5～8m的孔徑，從而對(duì)排水過(guò)程中有效避免墻后填土情況。實(shí)際工程中也為了進(jìn)一步方便施工，可以將PVC管預(yù)埋排水孔內(nèi)，并將多層針刺無(wú)紡布填補(bǔ)于管口用于反濾保護(hù)。

在擋土墻的地基設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于地基允許承載力通過(guò)根據(jù)地質(zhì)資料，閘基、翼墻持力層為第2層粉質(zhì)粘土層，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值110kPa;其下臥層依次為第3層粉質(zhì)粘土，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值220kPa;第4層粉土、第5層粉質(zhì)粘土，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值210kPa。閘室、擋土墻基底反力最大值分別為90.31kPa、151.44kPa，天然地基不滿足建筑物的要求，需進(jìn)行地基處理。與工程項(xiàng)目閘室各部位配筋核算情況（見(jiàn)表3），因此本水利工程項(xiàng)目擬定的閘室結(jié)構(gòu)尺寸滿足要求。

3.3墻體抗凍脹技術(shù)措施

對(duì)于寒冷地區(qū)的擋土墻需要注意防凍脹破壞，一般發(fā)生于冬春季節(jié)的交替融化時(shí)期，以非凍脹土的設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)擋土墻的斷面尺寸，但是對(duì)于墻后的水平凍脹力度較非凍脹壓力要明顯更大的情況下，則會(huì)導(dǎo)致?lián)跬翂κХ€(wěn)。預(yù)防發(fā)生水平凍脹力較大也會(huì)導(dǎo)致增加擋土墻的地基應(yīng)力，獲得的地基應(yīng)力大小值較允許值更是明顯超出，所致墻體發(fā)生前傾沉陷情況。

4結(jié)語(yǔ)

總而言之，對(duì)于水利工程項(xiàng)目來(lái)說(shuō)擋土墻作用至關(guān)重要，密切相關(guān)人們的日常生活。擋土墻設(shè)計(jì)作為隱蔽類工程，在一般的工程質(zhì)檢中通常難度較大，所以設(shè)計(jì)過(guò)程中需要與綜合工程項(xiàng)目各情況進(jìn)行考量，從而確保水工結(jié)構(gòu)擋土墻的施工設(shè)計(jì)可靠穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]程潔鈴，殷輝.扶壁式擋土墻在水工建筑物中應(yīng)用的設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019（12）：71-72.

[2]強(qiáng)同超，漆文邦，米韻潭，姜從偉.某水工擋土墻設(shè)計(jì)與驗(yàn)算[J].陜西水利，2019（07）：166-167+170.

[3]張雄， 張曉平， 齊宣博，等. 蜂巢砌塊擋土墻結(jié)構(gòu)安全性分析[J].土木工程， 2019， 008（003）：P.447-456.

[4]Asadollah， RANJBAR， KARKANAKI， et al. 采用上限分析方法對(duì)懸臂式擋土墻進(jìn)行偽靜力分析[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)：英文版， 2019（1）：241-255.

[5]肖雨農(nóng)，張可能，嚴(yán)學(xué)寨，等. 花崗巖強(qiáng)風(fēng)化區(qū)高填方重力式擋土墻設(shè)計(jì)與施工案例研究[J]. 工程建設(shè)與設(shè)計(jì)， 2019（19）.

[6]鄒文輝， 盧建亮， 潘子文. 預(yù)制拼裝式箱形重力式擋土墻的研發(fā)與工程應(yīng)用[J]. 福建交通科技， 2019， 167（02）：1-5.