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摘要：挡土墙是水利工程施工中比较常见的结构形式，因为其在水利工程施工中普遍存在，若果设计出现问题，会对整个工程带来灾难性的后果。合理的设计可以在确保顺利施工的基础上大幅度降低工程开支。本文剖析了水利工程施工中常用的集中挡土墙，并对其中存在的问题提出了相应的解决措施。
关键词：水利工程；挡土墙设计；实际应用
中图分类号：TV文献标识码： A
引言
挡土墙在水利工程建设中应用广泛，了解不同形式挡土墙受力大小的影响因素，并选出在同等条件下的最优形式，是很有必要的。目前，国内外对各种形式挡土墙分析方法，受力情况及形体优化的相关研究较多，但对不同形式挡土墙间的整体比较少。挡土墙的主要作用是防止上游边坡塌方、倒毁等，在众多水利工程设计及施工中，挡土墙的重要性是不言而喻的，如果挡土墙的设计不符合要求，不但影响工程的美观，而且严重时将会使工程出现较大安全隐患，严重威胁国家和人民生命财产安全。
一、水利工程挡土墙的类型及设计原则
1、挡土墙的类型
常用到的挡土墙的类型主要有重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式等几种，挡土墙类型的选择根据所支挡土体的稳定平衡条件，考虑荷载大小与方向、地形、地质、基础埋置深度、基底承载力、施工难易度，尤其市政道路还要考虑挡土墙的美观实用等综合比较后确定。
不同形式挡土墙
2、挡土墙的设计原则
重力式挡土墙靠自身重量承受土压力，结构简单，施工方便；衡重式挡土墙利用衡重台上的填土来增加墙身稳定，可降低墙身材料工程量，减少基础开挖量，施工稍复杂；悬臂式挡土墙墙身及基础均采用钢筋混凝土浇筑，断面尺寸较小，立壁下侧弯矩较大，高墙需配较多钢筋，多用在石料缺乏地区；扶壁式挡土墙相当于在悬臂式挡土墙每隔一段位置处设置一段扶臂，用以承受较大弯矩，做成高墙时选用悬臂式较为经济。
二、水利工程中挡土墙的设计应用
1、挡土墙基础的设计
在进行挡土墙稳定性计算中，需要准确确定挡土墙结构计算参数，主要包括挡土墙的抗倾覆能力和抗滑能力相关参数。进行挡土墙抗滑能力验算时，对挡土墙截面尺寸，需要按照试算法进行计算确定，也就是在结合挡土墙的所处地质条件、墙身材料下，根据经验对于挡土墙的截面尺寸进行初步拟定，并对确定值进行验算。
承载力满足要求时天然地基上可以直接设置挡土墙，否则要对地基进行处理，多采用砂砾、碎石等质量较好的材料进行换填。基础埋置深度与地质条件、冻深、水文情况等有关，并应满足如下规定:
(1) 冻深小于等于 1m 时，基底在冻深线以下不小于 0. 25m，并且埋深不得小于 1m。
(2) 冻深大于 1m 时，埋深不小于 1. 25m，应将至冻深线以下 0. 25m 范围内地基土换为弱冻胀材料。
(3) 受水流冲刷时，基底应置于按路基设计洪水频率计算的局部冲刷线以下不小于 1m。
(4) 路堑式挡土墙基础顶面应低于路堑边沟底面不小于 0. 5m。
(5) 风化层不厚的岩石基础上，基底应置于基岩表面以下 0. 15 ～ 0. 6m，软质岩石基础上，基底最小埋置深度不小于 1m。
2、挡土墙墙身的设计
挡土墙靠近回填土的一面称为墙背，露在外侧的一面称为墙面，墙的顶面称为墙顶，墙的底面称为墙底。
根据墙背的倾斜方向可分为直立式、仰斜式、俯斜式等。仰斜式所受的土压力最小，垂直式次之，仰斜式最大，因此仰斜式比较经济，但施式困难，俯斜式受力最大，但施工较方便。墙面坡度应与墙背坡度相协调，俯斜式墙面坡度可采用直立式或倾:1:0.05--1:0.2，直立式墙面坡度可采用1:0.2 ～ 1∶0. 35 但不宜缓于1∶ 0. 4。
浆砌挡土墙墙顶最小宽度不小于 0. 5m，干砌挡土墙墙顶最小宽度不小于 0. 6m，当用作路肩墙时多用混凝土做成帽石，并预埋护栏基础，并安装护栏，以保证行车及行人安全。
3、挡土墙排水设计
挡土墙排水设施直接影响到挡土墙的安全及使用效果，因此挡土墙应设置完善的排水设施，防止墙后填料中的水分无法排出，对挡土墙基础进行浸泡侵蝕，降低地基承载力，从而影响挡土墙整体稳定性，并且可消除粘性土填料因含水量增加而产生的膨胀压力，减小季节性冰冻区填料的冻胀力。挡土墙的排水主要有地面排水与墙身排水两部分，地面排水可设排水沟，夯实回填土以减少雨水下渗，必要时可采用铺砌处理。墙身排水通常在挡土墙身适当高度设数排排水孔，可采用直径 5cm ～10cm 的圆孔，泄水孔应具有向外的坡度，间距一般为 2. 0 ～3. 0m。泄水孔进水孔应设置反虑层，最下层泄水孔应设置隔水层，泄水量大时可在排水层底部加设纵向渗沟，配合排水层把水排至墙外。
4、挡土墙沉降缝的设计
为防止基础下地基因承载力或荷载不同而发生不均匀沉降，对墙身整体性产生影响而引起墙身破坏，应根据地质条件、墙高等设计沉降缝。一般沿墙长 10 ～15m 设置沉降缝，缝宽为 0. 02 ～ 0. 03m，缝内应填塞沥青麻筋或沥青木板。位于岩石地基上的挡土墙设缝间距可适当增加，但不得大于 20m。
5、挡土墙的布设
挡土墙的布设是在路基横断面图和墙趾纵断面图上进行，复杂挡土墙应做平面图。横断面布置主要是选定挡土墙形式与挡土墙位置。纵断面布置主要确定挡土墙起讫点与墙长、墙高、分段位置与各段挡土墙基础深度、泄水孔位置等。
三、挡土墙土压力的计算
作用在挡土墙上的力可分为主要力，附加力，和特殊力三种。一般地区设计挡土墙仅需考虑主要力系，浸水地区需考虑附加力，地震区需考虑地震对挡土墙的影响。各种力的取舍应根据挡土墙所处的具体自然条件按最不利组合作为设计依据。挡土墙的主要设计荷载为主动土压力，路基挡土墙在实际工程设计与应用中应按规范取一定的安全系数，保证墙身稳定，达到挡土并保证安全的目的。挡土墙按 “极限状态分项系数法”进行设计，当挡土墙承载力超过了承载力极限及发生破坏或失稳即为挡土墙的破坏。挡土墙按构件承载能力极限状态设计时采用下列表达式:
γ0S≤Ｒ (Ｒk/Ｒf，αd)
式中: γ0－ 结构重要系数
S － 作用效应的组合设计值
Ｒk－ 抗力材料标准值
γf－ 结构材料、岩土性能的分项系数
αd－ 结构几何参数的设计值
四、挡土墙稳定性与强度的计算与增强稳定性的方法
1、挡土墙稳定性验算
挡土墙强抗滑能力与抗倾覆能力是挡土墙的稳定性验算的主要控制性指标，在抗滑移与抗倾覆均满足的前提下对基底应力进行验算，以保证挡土墙基础的稳定，挡土墙对地基的压力不得大于土基设计承载力，最后进行合力偏心距验算。若验算结果不满足要求，需对挡土墙墙身断面进行优化或对地基进行处理等措施来保证挡土墙稳定。
2、墙身截面强度验算
为保证墙身有足够的强度，应对挡土墙薄弱断面进行强度验算，按荷载最不利组合设计值应小于结构抗力效应的设计值。
3、增加挡土墙稳定性的方法
增加挡土墙稳定主要是增加挡土墙抗滑与抗倾覆的能力；增加抗滑能力的方法有设置倾斜的墙底；增加抗滑力来增加抗滑稳定性；采用台阶形基础，增加台阶前被动土压力来提高挡土墙抗滑能力；增加挡土墙抗倾覆的方法有展宽墙趾，可以增加稳定力臂，是增加挡土墙稳定常用的方法；适挡改变墙面及墙背的坡度，通过减少土压力的方法来增加挡土墙抗倾覆能力；也可通过改变断面类型来增加挡土墙稳定性，例如墙高较高时重力式挡土墙可改为衡重式挡土墙或者增加墙后缷荷平台以减少土压力来增加挡土墙的稳定性。
结束语
在水利工程建设中，挡土墙的合理设计，对地面不平整和高差比较大的工程建设场地，不仅有利于提高工程建设场地的美观性，而且有利于节约施工成本、减少工程造价，确保国家和人民生命财产安全。因此，在挡土墙的设计中，应注意结合施工需求，合理的选择挡土墙结构型式，并注意做好挡土墙的结构稳定性计算，保证设计质量。
参考文献
[1]胡寅东.重力式、悬臂式、扶臂式挡土墙在工程设计中的应用[J].科技风.2011(04)：269-170.
[2]信文彦;刘云.自嵌式加筋挡土墙在布尔哈通河防洪工程上的应用[J].吉林水利.2008(11)：231-232.
[3]商婉华;关春霞.大敖堤围迎水坡脚挡土墙及护滩设计方案[J].广东水利电力职业技术学院学报.2006(03)：79-80.
作者简介：
叶翔 (1976.8-),男,汉族,新疆阿勒泰人，现工作于新疆阿勒泰地区水利水电勘测设计院，工程师，主要从事水利工程设计工作。
关键词：水利工程；挡土墙设计；实际应用
中图分类号：TV文献标识码： A
引言
挡土墙在水利工程建设中应用广泛，了解不同形式挡土墙受力大小的影响因素，并选出在同等条件下的最优形式，是很有必要的。目前，国内外对各种形式挡土墙分析方法，受力情况及形体优化的相关研究较多，但对不同形式挡土墙间的整体比较少。挡土墙的主要作用是防止上游边坡塌方、倒毁等，在众多水利工程设计及施工中，挡土墙的重要性是不言而喻的，如果挡土墙的设计不符合要求，不但影响工程的美观，而且严重时将会使工程出现较大安全隐患，严重威胁国家和人民生命财产安全。
一、水利工程挡土墙的类型及设计原则
1、挡土墙的类型
常用到的挡土墙的类型主要有重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式等几种，挡土墙类型的选择根据所支挡土体的稳定平衡条件，考虑荷载大小与方向、地形、地质、基础埋置深度、基底承载力、施工难易度，尤其市政道路还要考虑挡土墙的美观实用等综合比较后确定。
不同形式挡土墙
2、挡土墙的设计原则
重力式挡土墙靠自身重量承受土压力，结构简单，施工方便；衡重式挡土墙利用衡重台上的填土来增加墙身稳定，可降低墙身材料工程量，减少基础开挖量，施工稍复杂；悬臂式挡土墙墙身及基础均采用钢筋混凝土浇筑，断面尺寸较小，立壁下侧弯矩较大，高墙需配较多钢筋，多用在石料缺乏地区；扶壁式挡土墙相当于在悬臂式挡土墙每隔一段位置处设置一段扶臂，用以承受较大弯矩，做成高墙时选用悬臂式较为经济。
二、水利工程中挡土墙的设计应用
1、挡土墙基础的设计
在进行挡土墙稳定性计算中，需要准确确定挡土墙结构计算参数，主要包括挡土墙的抗倾覆能力和抗滑能力相关参数。进行挡土墙抗滑能力验算时，对挡土墙截面尺寸，需要按照试算法进行计算确定，也就是在结合挡土墙的所处地质条件、墙身材料下，根据经验对于挡土墙的截面尺寸进行初步拟定，并对确定值进行验算。
承载力满足要求时天然地基上可以直接设置挡土墙，否则要对地基进行处理，多采用砂砾、碎石等质量较好的材料进行换填。基础埋置深度与地质条件、冻深、水文情况等有关，并应满足如下规定:
(1) 冻深小于等于 1m 时，基底在冻深线以下不小于 0. 25m，并且埋深不得小于 1m。
(2) 冻深大于 1m 时，埋深不小于 1. 25m，应将至冻深线以下 0. 25m 范围内地基土换为弱冻胀材料。
(3) 受水流冲刷时，基底应置于按路基设计洪水频率计算的局部冲刷线以下不小于 1m。
(4) 路堑式挡土墙基础顶面应低于路堑边沟底面不小于 0. 5m。
(5) 风化层不厚的岩石基础上，基底应置于基岩表面以下 0. 15 ～ 0. 6m，软质岩石基础上，基底最小埋置深度不小于 1m。
2、挡土墙墙身的设计
挡土墙靠近回填土的一面称为墙背，露在外侧的一面称为墙面，墙的顶面称为墙顶，墙的底面称为墙底。
根据墙背的倾斜方向可分为直立式、仰斜式、俯斜式等。仰斜式所受的土压力最小，垂直式次之，仰斜式最大，因此仰斜式比较经济，但施式困难，俯斜式受力最大，但施工较方便。墙面坡度应与墙背坡度相协调，俯斜式墙面坡度可采用直立式或倾:1:0.05--1:0.2，直立式墙面坡度可采用1:0.2 ～ 1∶0. 35 但不宜缓于1∶ 0. 4。
浆砌挡土墙墙顶最小宽度不小于 0. 5m，干砌挡土墙墙顶最小宽度不小于 0. 6m，当用作路肩墙时多用混凝土做成帽石，并预埋护栏基础，并安装护栏，以保证行车及行人安全。
3、挡土墙排水设计
挡土墙排水设施直接影响到挡土墙的安全及使用效果，因此挡土墙应设置完善的排水设施，防止墙后填料中的水分无法排出，对挡土墙基础进行浸泡侵蝕，降低地基承载力，从而影响挡土墙整体稳定性，并且可消除粘性土填料因含水量增加而产生的膨胀压力，减小季节性冰冻区填料的冻胀力。挡土墙的排水主要有地面排水与墙身排水两部分，地面排水可设排水沟，夯实回填土以减少雨水下渗，必要时可采用铺砌处理。墙身排水通常在挡土墙身适当高度设数排排水孔，可采用直径 5cm ～10cm 的圆孔，泄水孔应具有向外的坡度，间距一般为 2. 0 ～3. 0m。泄水孔进水孔应设置反虑层，最下层泄水孔应设置隔水层，泄水量大时可在排水层底部加设纵向渗沟，配合排水层把水排至墙外。
4、挡土墙沉降缝的设计
为防止基础下地基因承载力或荷载不同而发生不均匀沉降，对墙身整体性产生影响而引起墙身破坏，应根据地质条件、墙高等设计沉降缝。一般沿墙长 10 ～15m 设置沉降缝，缝宽为 0. 02 ～ 0. 03m，缝内应填塞沥青麻筋或沥青木板。位于岩石地基上的挡土墙设缝间距可适当增加，但不得大于 20m。
5、挡土墙的布设
挡土墙的布设是在路基横断面图和墙趾纵断面图上进行，复杂挡土墙应做平面图。横断面布置主要是选定挡土墙形式与挡土墙位置。纵断面布置主要确定挡土墙起讫点与墙长、墙高、分段位置与各段挡土墙基础深度、泄水孔位置等。
三、挡土墙土压力的计算
作用在挡土墙上的力可分为主要力，附加力，和特殊力三种。一般地区设计挡土墙仅需考虑主要力系，浸水地区需考虑附加力，地震区需考虑地震对挡土墙的影响。各种力的取舍应根据挡土墙所处的具体自然条件按最不利组合作为设计依据。挡土墙的主要设计荷载为主动土压力，路基挡土墙在实际工程设计与应用中应按规范取一定的安全系数，保证墙身稳定，达到挡土并保证安全的目的。挡土墙按 “极限状态分项系数法”进行设计，当挡土墙承载力超过了承载力极限及发生破坏或失稳即为挡土墙的破坏。挡土墙按构件承载能力极限状态设计时采用下列表达式:
γ0S≤Ｒ (Ｒk/Ｒf，αd)
式中: γ0－ 结构重要系数
S － 作用效应的组合设计值
Ｒk－ 抗力材料标准值
γf－ 结构材料、岩土性能的分项系数
αd－ 结构几何参数的设计值
四、挡土墙稳定性与强度的计算与增强稳定性的方法
1、挡土墙稳定性验算
挡土墙强抗滑能力与抗倾覆能力是挡土墙的稳定性验算的主要控制性指标，在抗滑移与抗倾覆均满足的前提下对基底应力进行验算，以保证挡土墙基础的稳定，挡土墙对地基的压力不得大于土基设计承载力，最后进行合力偏心距验算。若验算结果不满足要求，需对挡土墙墙身断面进行优化或对地基进行处理等措施来保证挡土墙稳定。
2、墙身截面强度验算
为保证墙身有足够的强度，应对挡土墙薄弱断面进行强度验算，按荷载最不利组合设计值应小于结构抗力效应的设计值。
3、增加挡土墙稳定性的方法
增加挡土墙稳定主要是增加挡土墙抗滑与抗倾覆的能力；增加抗滑能力的方法有设置倾斜的墙底；增加抗滑力来增加抗滑稳定性；采用台阶形基础，增加台阶前被动土压力来提高挡土墙抗滑能力；增加挡土墙抗倾覆的方法有展宽墙趾，可以增加稳定力臂，是增加挡土墙稳定常用的方法；适挡改变墙面及墙背的坡度，通过减少土压力的方法来增加挡土墙抗倾覆能力；也可通过改变断面类型来增加挡土墙稳定性，例如墙高较高时重力式挡土墙可改为衡重式挡土墙或者增加墙后缷荷平台以减少土压力来增加挡土墙的稳定性。
结束语
在水利工程建设中，挡土墙的合理设计，对地面不平整和高差比较大的工程建设场地，不仅有利于提高工程建设场地的美观性，而且有利于节约施工成本、减少工程造价，确保国家和人民生命财产安全。因此，在挡土墙的设计中，应注意结合施工需求，合理的选择挡土墙结构型式，并注意做好挡土墙的结构稳定性计算，保证设计质量。
参考文献
[1]胡寅东.重力式、悬臂式、扶臂式挡土墙在工程设计中的应用[J].科技风.2011(04)：269-170.
[2]信文彦;刘云.自嵌式加筋挡土墙在布尔哈通河防洪工程上的应用[J].吉林水利.2008(11)：231-232.
[3]商婉华;关春霞.大敖堤围迎水坡脚挡土墙及护滩设计方案[J].广东水利电力职业技术学院学报.2006(03)：79-80.
作者简介：
叶翔 (1976.8-),男,汉族,新疆阿勒泰人，现工作于新疆阿勒泰地区水利水电勘测设计院，工程师，主要从事水利工程设计工作。