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【摘 要】本文对水工挡土墙设计按受力条件的不同进行分类介绍，分别介绍其特点及设计中应当注意的重点、要点，有一定参考价值。
【关键词】水工挡土墙设计；重力式；衡重式；格宾网
一、水工挡土墙设计考虑因素
在工程实际应用中，水工挡土墙作为一种浸水挡土墙，其与一般的挡土墙的应力分析有所不同。水工挡土墙的断面布置不仅需选择合适的工况、几何学、物理学参数，计算出较切合实际的土压力，还要考虑挡土墙在浸水条件下，浸水对墙后土压力的影响，而这一影响要依照特征水位和水文条件进行综合考虑。
二、水工挡土墙的浸水作用原理
由于考虑水工挡土墙必须有浸水效果，因此水对挡土墙的作用力以及水工挡土墙在有水条件下运用的影响情况分析，必须作为水工挡土墙结构设计考虑的重点。根据建模分析及水工试验表明，水工挡土墙在浸水之后，将会收到以下各种因素的影响：
①主动土压力减少。
②砂性土的内摩擦角在浸水情况下保持不变，受水的影响不大；但是粘性土在浸水后，其粘性指标值将会降低，造成主动土压力的增加。
③浸水部分的水工挡土墙墙背和墙面都受到静水压力作用，当挡土墙前后水位一致时两者相互平衡，静水压力作用相互抵消；但是如果两者之间出现水位落差时，墙身会受到静水压力差的作用，水工挡土墙的基底将受扬压力的作用。
④如果墙外水位发生骤降，或者雨后雨水下渗在墙后填料内出现渗流时，土层填料还会受到渗流动水压力的作用。综合以上这四种情况，除了按照非水工环境条件下的挡土墙进行土力学分析计算以外，还要考虑这四种情况同时出现或者部分出现时，对于挡土墙安全系数的确认，取得最优值参数。
三、水工挡土墙的设计演算
水工挡土墙的设计布置计算一般分为荷载组合选取及计算、工况条件分析等等，必须经过多种环境因素的建模分析，才能最终得出最优化的参数值。
1.水工挡土墙在浸水条件下的荷载及组合情况分析
作用在水工挡土墙边墙上的荷载可分为基本荷载和特殊荷载，基本组合由基本荷载组成，特殊组合由基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。对水工挡土墙而言，基本荷载主要包括土压力、墙顶有效荷载、墙身自重、填土自重、正常蓄水或设计洪水位时的静水压力及扬压力、设计洪水位情况下泄流时的动水压力。而特殊荷载则主要包括校核洪水位时的静水压力及扬压力、相应于校核洪水时的动水压力。如果是在地震影响范围内，还需要包括地震荷载。每一种荷载组合对应一种计算工况。特别是在水电站溢洪道挡土墙而言，其控制段上下游部位的水工挡土墙的计算工况不完全相同，需要根据具体情况进行具体分析。
2.水工挡土墙在浸水条件下的计算工况
对于进水渠和水位控制段的挡土墙，考虑的计算工况主要有：完建情况、正常蓄水位情况、设计洪水位情况、施工情况、检修情况、校核洪水情况、地震情况。前面的3种工况相应的荷载为基本荷载组合，后面的4种工况相应的荷载为特殊荷载组合。对于正常蓄水位情况，若考虑排水失效，也要按照特殊荷载组合进行计算。
3.水工挡土墙在浸水条件下的荷载计算
对于自重荷载和水压力荷载，可以按照常规方法进行计算。如果是采用重力式挡土墙的设计结构，除凸形折线和衡重式情况外，土压力可以直接按库伦土压力理论计算。如果重力挡墙是采用凸形折线或衡重式结构时，由于土压力计算较为复杂，则需要分别计算上墙土压力和下墙土压力。计算上墙土压力时，先判别是否会出现第二破裂面，如有第二破裂面，则按第二破裂面法计算上墙土压力；下墙土压力计算较为复杂，目前普遍采用延长墙背法和力多边形法的简便方法进行计算。
四、水工挡土墙设计要点
4.1挡土墙的墙身强度验算
墙身强度的验算，一般选在截面突变处，例如墙底台阶的上截面。对于重力式挡土墙来说，验算时，先计算此截面以上的墙体重力和相应高度的主动土压力，求得该截面的内力，然后进行抗压强度和抗剪强度验算。对于混凝土挡土墙来说，可根据弯矩和剪力计算根部的截面大小，来决定配筋的多少。在构造上，可按钢筋混凝土悬挑板设计，根部截面厚，端部截面薄，钢筋的用量可根据内力包络图的结果，取上部钢筋量少，下部钢筋量大。
4.2挡土墙后背填土
根据调查资料显示，挡土墙后没有采取排水措施或者是排水措施失效，是挡土墙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强度降低，并产生水压力作用。因此，墙身应设置单排或多排排水孔，其孔径一般不宜小于100mm，外斜坡度一般为 5%，排距及间距 1m～2m。一般常在墙后做反滤层，以利于排水和防止填土中细粒土的流失。墙后填土均应分层夯实。在墙顶和墙底标高处宜设置粘土防水层。墙顶处的防水层可阻止或减少地表水渗入填土中，墙底标高处的防水层可避免水流进墙底地基土而造成地基承载力和挡土墙抗滑移能力的降低。此外，挡土墙每隔 10m～20m可设置伸缩缝，缝宽20mm 左右。相邻两段挡土墙基底高差较大时，应按高：长 =1：2 放阶，阶高 0.5m。
4.3挡土墙的基底压力验算
挡土墙在自重及土压力的垂直分力作用下，基底压力按线性分布计算。其验算方法及要求完全同天然地基浅基础验算方法。挡土墙的基底压力应小于地基承载力。否则，地基将丧失稳定性而产生整体滑动。挡土墙基底常属偏心受压情况，即要求墙底平均压力小于地基承载力 f，且墙底边缘最大压力不大于1.2f，同时要求偏心距不大于 b/4（b 为挡土墙的墙身宽度）。当挡土墙地基为特殊地基（如湿陷性黄土、膨胀土等）时，挡土墙基底还应按相应有关规范进行处理。
总之，挡土墙的结构型式应根据建筑物总体布置要求、墙的高度、当地材料及施工条件等通过经济技术比较确定。只要布置紧凑协调，就能充分发挥其最大作用。
参考文献：
[1]SL 379 -2007，水工挡土墙设计规范[S].
[2]管枫年，薛广瑞，王殿印 . 水工挡土墙设计[M]. 北京： 中国水利水电出版社，1996.
[3]孙小丹，朱泊涛 . 宾格结构在堤防防护工程中的应用[J]. 水利科技与经济，2011，17（ 11） ： 94 -95.
[4]冯国栋.武汉水利电力大学.土力学[M].北京：水利电力出版社，1986.
[5]管枫年等.水工挡土墙设计[M].北京：中国水利水电出版社，1996.
【关键词】水工挡土墙设计；重力式；衡重式；格宾网
一、水工挡土墙设计考虑因素
在工程实际应用中，水工挡土墙作为一种浸水挡土墙，其与一般的挡土墙的应力分析有所不同。水工挡土墙的断面布置不仅需选择合适的工况、几何学、物理学参数，计算出较切合实际的土压力，还要考虑挡土墙在浸水条件下，浸水对墙后土压力的影响，而这一影响要依照特征水位和水文条件进行综合考虑。
二、水工挡土墙的浸水作用原理
由于考虑水工挡土墙必须有浸水效果，因此水对挡土墙的作用力以及水工挡土墙在有水条件下运用的影响情况分析，必须作为水工挡土墙结构设计考虑的重点。根据建模分析及水工试验表明，水工挡土墙在浸水之后，将会收到以下各种因素的影响：
①主动土压力减少。
②砂性土的内摩擦角在浸水情况下保持不变，受水的影响不大；但是粘性土在浸水后，其粘性指标值将会降低，造成主动土压力的增加。
③浸水部分的水工挡土墙墙背和墙面都受到静水压力作用，当挡土墙前后水位一致时两者相互平衡，静水压力作用相互抵消；但是如果两者之间出现水位落差时，墙身会受到静水压力差的作用，水工挡土墙的基底将受扬压力的作用。
④如果墙外水位发生骤降，或者雨后雨水下渗在墙后填料内出现渗流时，土层填料还会受到渗流动水压力的作用。综合以上这四种情况，除了按照非水工环境条件下的挡土墙进行土力学分析计算以外，还要考虑这四种情况同时出现或者部分出现时，对于挡土墙安全系数的确认，取得最优值参数。
三、水工挡土墙的设计演算
水工挡土墙的设计布置计算一般分为荷载组合选取及计算、工况条件分析等等，必须经过多种环境因素的建模分析，才能最终得出最优化的参数值。
1.水工挡土墙在浸水条件下的荷载及组合情况分析
作用在水工挡土墙边墙上的荷载可分为基本荷载和特殊荷载，基本组合由基本荷载组成，特殊组合由基本荷载和一种或几种特殊荷载组成。对水工挡土墙而言，基本荷载主要包括土压力、墙顶有效荷载、墙身自重、填土自重、正常蓄水或设计洪水位时的静水压力及扬压力、设计洪水位情况下泄流时的动水压力。而特殊荷载则主要包括校核洪水位时的静水压力及扬压力、相应于校核洪水时的动水压力。如果是在地震影响范围内，还需要包括地震荷载。每一种荷载组合对应一种计算工况。特别是在水电站溢洪道挡土墙而言，其控制段上下游部位的水工挡土墙的计算工况不完全相同，需要根据具体情况进行具体分析。
2.水工挡土墙在浸水条件下的计算工况
对于进水渠和水位控制段的挡土墙，考虑的计算工况主要有：完建情况、正常蓄水位情况、设计洪水位情况、施工情况、检修情况、校核洪水情况、地震情况。前面的3种工况相应的荷载为基本荷载组合，后面的4种工况相应的荷载为特殊荷载组合。对于正常蓄水位情况，若考虑排水失效，也要按照特殊荷载组合进行计算。
3.水工挡土墙在浸水条件下的荷载计算
对于自重荷载和水压力荷载，可以按照常规方法进行计算。如果是采用重力式挡土墙的设计结构，除凸形折线和衡重式情况外，土压力可以直接按库伦土压力理论计算。如果重力挡墙是采用凸形折线或衡重式结构时，由于土压力计算较为复杂，则需要分别计算上墙土压力和下墙土压力。计算上墙土压力时，先判别是否会出现第二破裂面，如有第二破裂面，则按第二破裂面法计算上墙土压力；下墙土压力计算较为复杂，目前普遍采用延长墙背法和力多边形法的简便方法进行计算。
四、水工挡土墙设计要点
4.1挡土墙的墙身强度验算
墙身强度的验算，一般选在截面突变处，例如墙底台阶的上截面。对于重力式挡土墙来说，验算时，先计算此截面以上的墙体重力和相应高度的主动土压力，求得该截面的内力，然后进行抗压强度和抗剪强度验算。对于混凝土挡土墙来说，可根据弯矩和剪力计算根部的截面大小，来决定配筋的多少。在构造上，可按钢筋混凝土悬挑板设计，根部截面厚，端部截面薄，钢筋的用量可根据内力包络图的结果，取上部钢筋量少，下部钢筋量大。
4.2挡土墙后背填土
根据调查资料显示，挡土墙后没有采取排水措施或者是排水措施失效，是挡土墙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强度降低，并产生水压力作用。因此，墙身应设置单排或多排排水孔，其孔径一般不宜小于100mm，外斜坡度一般为 5%，排距及间距 1m～2m。一般常在墙后做反滤层，以利于排水和防止填土中细粒土的流失。墙后填土均应分层夯实。在墙顶和墙底标高处宜设置粘土防水层。墙顶处的防水层可阻止或减少地表水渗入填土中，墙底标高处的防水层可避免水流进墙底地基土而造成地基承载力和挡土墙抗滑移能力的降低。此外，挡土墙每隔 10m～20m可设置伸缩缝，缝宽20mm 左右。相邻两段挡土墙基底高差较大时，应按高：长 =1：2 放阶，阶高 0.5m。
4.3挡土墙的基底压力验算
挡土墙在自重及土压力的垂直分力作用下，基底压力按线性分布计算。其验算方法及要求完全同天然地基浅基础验算方法。挡土墙的基底压力应小于地基承载力。否则，地基将丧失稳定性而产生整体滑动。挡土墙基底常属偏心受压情况，即要求墙底平均压力小于地基承载力 f，且墙底边缘最大压力不大于1.2f，同时要求偏心距不大于 b/4（b 为挡土墙的墙身宽度）。当挡土墙地基为特殊地基（如湿陷性黄土、膨胀土等）时，挡土墙基底还应按相应有关规范进行处理。
总之，挡土墙的结构型式应根据建筑物总体布置要求、墙的高度、当地材料及施工条件等通过经济技术比较确定。只要布置紧凑协调，就能充分发挥其最大作用。
参考文献：
[1]SL 379 -2007，水工挡土墙设计规范[S].
[2]管枫年，薛广瑞，王殿印 . 水工挡土墙设计[M]. 北京： 中国水利水电出版社，1996.
[3]孙小丹，朱泊涛 . 宾格结构在堤防防护工程中的应用[J]. 水利科技与经济，2011，17（ 11） ： 94 -95.
[4]冯国栋.武汉水利电力大学.土力学[M].北京：水利电力出版社，1986.
[5]管枫年等.水工挡土墙设计[M].北京：中国水利水电出版社，1996.