水利工程挡土墙设计的缺陷及解决措施

水利工程挡土墙设计的缺陷及解决措施
文章根据水利工程挡土墙设计中常见问题及存在的缺陷，分析研究了挡土墙设计形式及稳定性，以及在施工过程中采取的措施。

标签：水利工程；挡土墙设计；缺陷措施
1 水利工程挡土墙的型式
1.1 重力式挡土墙
重力式挡土墙多采用混凝土和浆砌石建造，用自身的重量平衡外力保证其稳定性。

根据墙背倾角的不同，可选择仰斜、竖直和俯斜三种类型。

由于结构简单、便于施工、取材方便，得到广泛应用，但当墙高较高时断面较大，材料用量较多，成本较高且地基承载力受到限制，故一般高度在6米以下较为经济。

1.2 衡重式挡土墙
衡重式挡土墙多采用混凝土或浆砌石建造。

主要是靠墙身自重和衡重台上填土重来保证稳定性。

由于衡重台以下墙背为仰斜，其土压力值也大为减少，其断面一般比重力式小。

因此其应用高度较重力式大。

1.3 悬臂式和扶壁式挡土墙
悬臂式与扶壁式挡土墙均属钢筋混凝土轻型结构，是钢筋混凝土挡土墙中常用的两种形式，依靠底板上的填土重量保证其稳定性。

扶壁式挡土墙特点是构造简单、施工方便，墙身断面较小，自身质量轻，可以较好的发挥材料的强度性能。

悬臂式挡土墙由立墙和底板构成，能适应承载力较低的地基。

2 工程实例
某市处于三江交汇处，为了抵御洪水的侵袭，通过对河段的调查与复核，建造水利枢纽。

工程选择地理位置较适宜，四周环水的某段河道河床处建设水电站。

将河道隔开分为南北两条，市内老城商业区在南河岸，市政中心在北河岸。

经过勘察与设计，把厂房设置在南岸，河床上设置28孔溢流闸坝，装置四台机组单机容量13MW，用土堤封堵北河岸河床，上游可以形成十几公顷的水面便于航运，设置船闸在北河左岸，闸坝上可以作为交通桥，方便两岸的车辆行驶。

南北河床与岸坡高差在15.5～20.5m之间，连接船闸、厂房、闸坝和岸坡。

为满足排洪、泄洪、防洪要求，须在闸坝以上45m处建造防洪墙，设计约21m高的挡土墙将坝体与岸坡连接，南河右岸的坝区由于地质条件复杂，挡土墙的高度较大。

2.1 根据地质勘探资料选择挡土墙
地质勘探资料显示南河右岸的坝区最底层属于强风化泥灰岩及泥岩，易失水和干裂，与水接触易软化，上层的人工填土厚度约2～3m，夹杂在上层与底层之间的冲积层粘土厚度约为16.4～17m。

由于该处挡土墙的高度较高，土压力较大，设计方案比选：重力式、扶壁式和空腹衡重式挡土墙。

根据三种方案挡土墙的形式，最终确定较优的结构形式。

2.2 设计方案的选择
通过分析三种挡土墙的抗滑稳定性计算，挡土墙高度的平方与水平被动压力存在正比的关系。

计算三种设计方案抗滑稳定，基础应力、安全系数、工程量以及造价如表1所示。

表1 三种设计方案的参数对比表（按照45m长度计算）
3 选择较优的结构形式
3.1 浆砌石重力式挡土墙
浆砌石重力式挡土墙如图1所示，制约浆砌石重力式挡土墙的因素是挡土墙高度。

由于地质勘探资料显示冲积层为粘土，雨天粘土含水量增加时，粘聚力急剧降低，这将导致土压力和水压力增大，挡土墙会出现倾覆或基底滑移破坏。

3.2 扶壁式挡土墙
扶壁式的挡土墙能够承受较大的压力，墙高超过10m时，能够增加抗滑和抗倾覆能力，适应重要的大型土建工程。

如图2所示，面板顶部的厚度为1m，逐渐向下加厚，到底部为2m，使底部宽度为18m，为了有效的增加面板的刚度，每间隔4m设置1块腹肋板，厚度为0.8m，能够承受更大的应力，顶部的宽度增加至2.8m，腹肋板到底板之间支撑面板。

从经济利益考虑不是工程最佳选择。

3.3 衡重式挡土墙
本方案采用空腹衡重式挡土墙结构，见图3所示，全部采用混凝土浇筑，墙呈空腹状态，空腹可以开孔充水或用渣土填充，目的是增加挡土墙的重量。

背板作卸荷平台，根据墙高的0.25倍設计宽度，约5m左右，底板厚度与迎水面板的上部厚度均1.2m，迎水面板的下部厚度与背板平台上部厚度均1.5m，背板平台下部厚度为3m。

腹内每隔4m设置0.8m厚腹板，增加挡土墙刚度，迎水面设置D=80mm的进水孔，平衡渗透压力，边坡开挖时，按照平均坡度1：1.5开挖。

根据表1分析可知，扶壁式挡土墙造价较高，约是其它两种形式的2倍。

空腹重式挡土墙较浆砌石重力式挡土墙工程量少，卸荷平台伸出5m，没有增加土方开挖，但墙体的总重及基础应力增加。

由此可见，在本工程中采用空腹衡重式挡土墙设计方案较合适。

图3 空腹衡重式挡土墙
4 结束语
水利工程挡土墙在设计和施工过程中，需要保证稳定性，充分发挥其在水利工程中的作用。

要注意结合施工需求，合理设计，做好挡土墙的结构稳定性计算，从而选择适应的挡土墙结构型式，有利于工程的安全性，也有利于工程施工、节约工程造价。

参考文献
[1]谌洪烨.论水利工程挡土墙的设计[J].河南水利与南水北调，2013（16）：44-45.
[2]姚宝呈.谈水利工程中挡土墙的设计应用[J].四川水泥，2014，7：244-245.
[3]胡建跃.剖析水利工程中的挡土墙设计的常遇问题[J].新材料新装饰，2014（8）：425-426.。