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【摘要】：本文通过对水利工程中的挡土墙设计时常遇到的问题进行分析研究，得出几点相应的设计体会，希望对相关行业和从业人员带来借鉴和参考。
【关键词】：水利工程 挡土墙设计 缺陷措施
1.引言：
施工设计的好坏直接关系到经济建设和持续发展，尤其是水利工程更是和人们的生活息息相关。近些年来，水利工程开始大量兴建，还有许多人为或者自然的原因造成质量问题，比如设计部合理、操作的微小差异，以及机械设备的正常磨损等，从而导致发生相关质量事故，严重情况下甚至威胁到国家和人民的生命、财产安全。优化水利工程中挡土墙的设计显得越来越重要，因此档土墙的设计中要合理解决设计时常见的问题，从根本上消除水利工程中挡土墙质量缺陷问题。
2 水利工程三种挡土墙的型式
2.1重力式挡土墙
重力式挡土墙的材料主要由块石、毛石砌筑、混凝土预制块作为砌体或采用片石混凝土。靠自身的重量保证土压力作用下稳定性。重力式挡土墙设计：（1）选定初步尺寸。（2）要结合实际场地，按主动土压力大小，根据墙背倾角的不同，可选择仰斜、竖直和俯斜三种类型。（3）按稳定性和结构要求把选到类型作分析计算，并根据稳定条件修改尺寸，反复试算可得到多种设计方案，最终直到满足设计条件， 初设尺寸以重力式为例如图（1）所示。由于结构简单、便于施工、取材方便，得到广泛应用。缺点是重力式挡土墙高超过5米时，由于体量较大，稳定性较差，材料用量较多，成本较高。
图（1）重力式挡土墙设计尺寸
2.2悬臂式和扶壁式挡土墙
悬臂式与扶臂式挡土墙是属于轻型结构，主要使用钢筋混凝土的材料，以钢筋混凝土挡土墙中最常用的两种形式，底板上的填土重量保证墙体本身的稳定性。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。悬臂式挡土墙构成为立板和底板，能适应承载力较低的地基。立板和底板各司其职，承受墙后的土压力与地下水压力主要依靠立板，内底板与外底板以立板底部为固定端的悬臂板。能够维持 5m 以上的墙高的稳定性，适用于缺乏石料及地震地区。
3.工程实例
某市处于三江交汇处，为了整治抵御洪水的侵袭，通过对河段的调查与复核，建造水利枢纽，集于航运、发电一体，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。总面积约 107平方千米，河道隔开分为南北两条将，属于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，根据计方案把厂房设置在南岸，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15.5～20.5 m 之间，连接船闸、厂房、闸坝和岸坡。
3.1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，易失水和干裂，地层属于人工填土厚度为2～3 m。夹杂为16.4～17 m 的冲积层粘土。因此挡土墙的整体高度约为 21 m 。 由于该处挡土墙的高度比较大，设计方案比选、扶壁式和空腹衡重式挡土。最终确定较优的结构形式。
3.2設计方案的选择
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。挡土墙稳定性计算中，抗倾覆能力和抗滑能力相关参数需要准确确定，作为挡土墙结构计算参数。挡土墙抗滑能力验算时，按照试算法计算确定挡土墙截面尺寸。结合所处地质条件、墙身材料，根据以往的经验，确定值验算挡土墙的的截面尺寸，作为初步拟定。根据表（1）的参数对比表，下面分析三种挡土墙设计方案优劣。
4..选择较优的结构形式
4.1浆砌石重力式挡土墙
浆砌石重力式挡土墙如图（2）所示，制约浆砌石重力式挡土墙在实际的运用是：靠自身的重量保证土压力作用下稳定性，但挡土墙高度的增加，体积也会增加（重量），由于地质勘探资料显示冲积层为粘土，雨天时，没有处理好挡土墙的排水问题，粘土含水量增加时，粘聚力急剧降低。
图（2）浆砌石重力式挡土墙
4.2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。主要依靠底板之上的填土重量，平衡土体的水平压力、面板与底板交界处的拉力及面板承受的拉力，但是，挡土墙需要配置钢筋承担一部分拉力。面板顶部的厚度为 1 m ，逐渐向下加厚，到底部为 2 m，使底部宽度为18m， 为了有效的增加面板的刚度，每间隔 4 m设置 1 块腹肋板，厚度为 0. 8 m ，能够承受更大的应力，顶部的宽度增加至2.8 m ， 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。
4.3空腹衡重式挡土墙
空腹衡重式挡土墙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，目的增加挡土墙的重量。减少土体的压力。背板作卸荷平台，根据墙高的0.25倍设计宽度，约 5 m左右。以0.6倍计算基面到平台的距离共同的墙高约 13m左右。根据公路桥轮压纯混凝土设计厚度，可见图（4）厚度与底板、迎面主板的上部厚度相同均约1.2 m。迎面主板的下部厚度与背板平台上部厚度均约1.5m，背板平台下部分为 3 m。空腹内每间隔 1 m设置 0. 8 m 厚的腹板，增加挡土墙刚度。迎水面设置直径为80mm 的进水孔，平衡渗透的压力，增加墙体的总重。南河右岸的坝线上下游，距河岸几十米处有一栋刚竣工不久的大楼，实施拆迁需要耗费的费用较大。大楼附近居民楼密集。边坡开挖时，按照平均坡度 1： 1.5开挖，以墙高是 20 m 为例，基地的宽度应更窄，安全系数U更加保险。
5.结束语
水利工程挡土墙在施工建造过程中，需要保证稳定性，充分发挥在水利工程中的作用。要注意结合施工需求，合理设计，注意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 2014.07.15244-245
【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
【关键词】：水利工程 挡土墙设计 缺陷措施
1.引言：
施工设计的好坏直接关系到经济建设和持续发展，尤其是水利工程更是和人们的生活息息相关。近些年来，水利工程开始大量兴建，还有许多人为或者自然的原因造成质量问题，比如设计部合理、操作的微小差异，以及机械设备的正常磨损等，从而导致发生相关质量事故，严重情况下甚至威胁到国家和人民的生命、财产安全。优化水利工程中挡土墙的设计显得越来越重要，因此档土墙的设计中要合理解决设计时常见的问题，从根本上消除水利工程中挡土墙质量缺陷问题。
2 水利工程三种挡土墙的型式
2.1重力式挡土墙
重力式挡土墙的材料主要由块石、毛石砌筑、混凝土预制块作为砌体或采用片石混凝土。靠自身的重量保证土压力作用下稳定性。重力式挡土墙设计：（1）选定初步尺寸。（2）要结合实际场地，按主动土压力大小，根据墙背倾角的不同，可选择仰斜、竖直和俯斜三种类型。（3）按稳定性和结构要求把选到类型作分析计算，并根据稳定条件修改尺寸，反复试算可得到多种设计方案，最终直到满足设计条件， 初设尺寸以重力式为例如图（1）所示。由于结构简单、便于施工、取材方便，得到广泛应用。缺点是重力式挡土墙高超过5米时，由于体量较大，稳定性较差，材料用量较多，成本较高。
图（1）重力式挡土墙设计尺寸
2.2悬臂式和扶壁式挡土墙
悬臂式与扶臂式挡土墙是属于轻型结构，主要使用钢筋混凝土的材料，以钢筋混凝土挡土墙中最常用的两种形式，底板上的填土重量保证墙体本身的稳定性。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。悬臂式挡土墙构成为立板和底板，能适应承载力较低的地基。立板和底板各司其职，承受墙后的土压力与地下水压力主要依靠立板，内底板与外底板以立板底部为固定端的悬臂板。能够维持 5m 以上的墙高的稳定性，适用于缺乏石料及地震地区。
3.工程实例
某市处于三江交汇处，为了整治抵御洪水的侵袭，通过对河段的调查与复核，建造水利枢纽，集于航运、发电一体，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。总面积约 107平方千米，河道隔开分为南北两条将，属于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，根据计方案把厂房设置在南岸，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15.5～20.5 m 之间，连接船闸、厂房、闸坝和岸坡。
3.1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，易失水和干裂，地层属于人工填土厚度为2～3 m。夹杂为16.4～17 m 的冲积层粘土。因此挡土墙的整体高度约为 21 m 。 由于该处挡土墙的高度比较大，设计方案比选、扶壁式和空腹衡重式挡土。最终确定较优的结构形式。
3.2設计方案的选择
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。挡土墙稳定性计算中，抗倾覆能力和抗滑能力相关参数需要准确确定，作为挡土墙结构计算参数。挡土墙抗滑能力验算时，按照试算法计算确定挡土墙截面尺寸。结合所处地质条件、墙身材料，根据以往的经验，确定值验算挡土墙的的截面尺寸，作为初步拟定。根据表（1）的参数对比表，下面分析三种挡土墙设计方案优劣。
4..选择较优的结构形式
4.1浆砌石重力式挡土墙
浆砌石重力式挡土墙如图（2）所示，制约浆砌石重力式挡土墙在实际的运用是：靠自身的重量保证土压力作用下稳定性，但挡土墙高度的增加，体积也会增加（重量），由于地质勘探资料显示冲积层为粘土，雨天时，没有处理好挡土墙的排水问题，粘土含水量增加时，粘聚力急剧降低。
图（2）浆砌石重力式挡土墙
4.2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。主要依靠底板之上的填土重量，平衡土体的水平压力、面板与底板交界处的拉力及面板承受的拉力，但是，挡土墙需要配置钢筋承担一部分拉力。面板顶部的厚度为 1 m ，逐渐向下加厚，到底部为 2 m，使底部宽度为18m， 为了有效的增加面板的刚度，每间隔 4 m设置 1 块腹肋板，厚度为 0. 8 m ，能够承受更大的应力，顶部的宽度增加至2.8 m ， 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。
4.3空腹衡重式挡土墙
空腹衡重式挡土墙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，目的增加挡土墙的重量。减少土体的压力。背板作卸荷平台，根据墙高的0.25倍设计宽度，约 5 m左右。以0.6倍计算基面到平台的距离共同的墙高约 13m左右。根据公路桥轮压纯混凝土设计厚度，可见图（4）厚度与底板、迎面主板的上部厚度相同均约1.2 m。迎面主板的下部厚度与背板平台上部厚度均约1.5m，背板平台下部分为 3 m。空腹内每间隔 1 m设置 0. 8 m 厚的腹板，增加挡土墙刚度。迎水面设置直径为80mm 的进水孔，平衡渗透的压力，增加墙体的总重。南河右岸的坝线上下游，距河岸几十米处有一栋刚竣工不久的大楼，实施拆迁需要耗费的费用较大。大楼附近居民楼密集。边坡开挖时，按照平均坡度 1： 1.5开挖，以墙高是 20 m 为例，基地的宽度应更窄，安全系数U更加保险。
5.结束语
水利工程挡土墙在施工建造过程中，需要保证稳定性，充分发挥在水利工程中的作用。要注意结合施工需求，合理设计，注意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 2014.07.15244-245
【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