李釗

【摘 要】建筑物和構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計中，擋土墻的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)設(shè)計較為簡單，因此在大型建設(shè)項目中，其設(shè)計優(yōu)化經(jīng)常很容易被忽略。設(shè)計一個擋土墻很簡單，但是要設(shè)計出既能滿足建設(shè)要求而又合理經(jīng)濟(jì)的水工擋土墻，不僅斷面需選擇合適的工況、幾何學(xué)、物理學(xué)參數(shù)，計算出較切合實際的土壓力，還要考慮在浸水條件下，要確定特征水位、考慮浸水對墻后土壓力的影響。

【關(guān)鍵詞】水工擋土墻設(shè)計；重力式；衡重式；格賓網(wǎng)

一、墊層法設(shè)計

1.1土墊層法概念

墊層法是挖除建筑物底板下的淺層軟弱土或不良土，換填較好的土料或其他材料，換填的土料或其他材料通過一定的密實措施，以滿足建筑物對地基的要求。墊層法的原理和作用就是以砂（或砂石）、碎石（或砂卵石、塊石）、素土（或灰土、二灰）等強(qiáng)度較高的材料，置換地基表層松土、軟土和承載力達(dá)不到設(shè)計要求的土層，來提高持力層的承載力，并減少持力層的沉降量。采用換土墊層法處理水工擋土墻，設(shè)計時常用的墊層材料主要是素土和砂。

設(shè)計時認(rèn)為墊層法就是把建筑物底板下的表層軟弱土或不良土全部挖掉，這是一種片面的理解，并不是每種情況下都要全部挖掉，只有在軟弱土層或不良土層厚度小于3. 0m時才考慮是，通常應(yīng)比按應(yīng)力擴(kuò)散角法計算的寬度（或長度）要大一些，考慮到水工擋土墻運(yùn)行時的復(fù)雜情況以及襟邊要求，墊層底面的采用寬度（或長度）宜比計算寬度（或長度）大2m ～3m（按工程的重要性確定是否取大值）。

1.2墊層法設(shè)計應(yīng)注意的問題

1.2.1計算墊層的厚度和寬度

對于墊層厚度和寬度的確定，既要求有足夠的厚度來置換可能被剪切破壞的軟弱土層或不良土層，又要求有足夠的寬度以防止墊層向兩側(cè)擠出。

一般情況下，換土墊層厚度不宜大于3m（否則宜采用其他地基處理方法，也可經(jīng)方案比較確定）。墊層底面的寬度（或長度），通常應(yīng)比按應(yīng)力擴(kuò)散角法計算的寬度（或長度）要大一些。

1.2.2確定墊層的密實度要求

為了保證換土墊層達(dá)到設(shè)計要求的密實度，施工時可根據(jù)土料的成分選用不同的密實方法。對于素土墊層，遁?？刹捎媚雺悍ㄊ┕ぃ粚τ谏皦|層，可采用水撼法施工。施工中應(yīng)通過試驗確定墊層材料的控制含水量，進(jìn)行分層壓實或振密；分層厚度應(yīng)控制在20cm一30cm，不宜超過30cm；并應(yīng)在下層墊層的密實度檢驗合格后，方可進(jìn)行上層墊層施工。在通常情況下，施工后只需根據(jù)土質(zhì)類別檢測其壓實度或相對密度，即可判別其地基強(qiáng)度是否滿足要求。對于墊層材料的密實度檢驗，素土墊層可檢驗其壓實度，砂墊層可檢驗其相對密度。

1..2.3核算墊層及墊層下地基的滲流穩(wěn)定性

采用換土墊層法處理時，不但要滿足地基的強(qiáng)度條件，還要驗算基礎(chǔ)的滲流穩(wěn)定。比如，采用砂（或砂石）墊層、碎石（或砂卵石、塊石）墊層的擋土墻，由于這類墊層材料的滲透性強(qiáng)，其底板下應(yīng)優(yōu)先采用垂直防滲體以保證滲流安全。

1.2.4驗算墊層及墊層下地基的滑動穩(wěn)定性

采用換土墊層進(jìn)行地基處理的擋土墻，要求驗算基礎(chǔ)可能產(chǎn)生深層滑動時的最小抗滑安全系數(shù)，可采用瑞典圓弧法或簡化畢肖普法計算，計算結(jié)果應(yīng)滿足規(guī)范要求。

1.2.5復(fù)核地基沉降量

采用換土墊層進(jìn)行地基處理的擋土墻，還要求核算基礎(chǔ)的沉降量，計算的最終沉降量應(yīng)小于規(guī)范規(guī)定的允許值。

二、水工擋土墻的構(gòu)造設(shè)計要點(diǎn)

2.1墻身構(gòu)造

采用重力式擋土墻結(jié)構(gòu)的墻背坡度一般采用1：0.25仰斜，且不宜緩于1：0.3；衡重式擋墻下墻墻背坡度多采用1：0.25～1：0.3仰斜，上墻墻背采用1：0.25～1：0.45。仰斜式擋墻的墻面一般與墻背坡度一致或緩于墻背坡度。水工擋土墻的墻面設(shè)計一般為直線形，其坡度應(yīng)與墻背面相互協(xié)調(diào)，采用平行于墻背或略緩于墻背的坡度設(shè)計。在確定擋土墻的斷面構(gòu)造指標(biāo)時，應(yīng)當(dāng)與施工位置的地面坡度一起綜合考慮，最終確定仰斜式擋土墻的墻背和墻面坡度。水工擋土墻在浸水條件下，一般會采用漿砌石或混凝土擋土墻的設(shè)計模式，墻頂寬度一般≥0.5m。為了避免由于地基的不均勻沉降而引起的擋土墻墻身開裂，在進(jìn)行擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡鼗刭|(zhì)條件變化以及墻高、墻身斷面的變化設(shè)置相應(yīng)的沉陷縫。為防止砌體因收縮硬化和溫度變化而且產(chǎn)生裂縫，還應(yīng)設(shè)置伸縮縫。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中一般將沉陷縫和伸縮縫合并設(shè)置，沿?fù)跬翂S線方向每隔15m～25m設(shè)置一道，最長不超過30m。伸縮縫可采用瀝青麻絲或瀝青木板做填縫，有時候也可以不設(shè)置填縫而采用砂漿直接填塞的方式。

2.2水工擋土墻的排水措施

水工擋土墻排水設(shè)施作用在于快速疏干墻后土體的水分，防止地表水下滲后或墻前水位快速下降后墻后土體積水。擋土墻的排水設(shè)施一般由地面排水和墻身排水兩部分組成

①地面的排水結(jié)構(gòu)設(shè)計一般有設(shè)置地面排水溝、截引地表水、夯實回填土頂面和地表松土、防止雨水和地面水下滲等措施，必要時可設(shè)鋪砌層。

②墻身排水則是為了排除墻后積水，通常在墻身的適當(dāng)高度處布置一排或數(shù)排泄水孔，墻后設(shè)透水性材料。泄水孔的尺寸可視泄水量的大小分別采用5cm×10cm、1Ocm×10cm、15cm×20cm的方孔或直徑5cm～10cm的圓孔。孔眼間距一般為2m～3m，浸水部分的水工擋土墻為1m～1.5m，在不同水平層的排水孔眼應(yīng)相互交錯設(shè)置，孔眼呈梅花形布置。墻后泄水孔的進(jìn)口部分應(yīng)設(shè)置粗粒料反濾層，以防止孔道淤塞。對于衡重式擋土墻則可以采用下墻后設(shè)排水層，上墻后設(shè)砂礫填料并夯實到設(shè)計要求壓實度的方式進(jìn)行設(shè)計。

三、水工擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化要注意的問題

3.1由于水工擋土墻所處的工況環(huán)境較為復(fù)雜，由于水位經(jīng)常變化，浸水部分的水工擋土墻計算工況較多。對于溢洪道進(jìn)口水工擋土墻，其特征水位包括枯水位、正常蓄水位、設(shè)計洪水位和校核洪水位，對泄槽段、消力池的水工擋土墻，特征水位與進(jìn)口水工擋土墻相同，只是正常蓄水位情況下，墻外水深一般為零。相應(yīng)地，可以分出6種計算工況。對于洪水驟降，因大壩出現(xiàn)險情時才會有此種工況，因此，對一般的水工擋土墻則無需考慮這種工況，而對于重要設(shè)施保護(hù)部分的水工擋土墻，則需要根據(jù)實際情況來確定結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。

3.2采用土壓力計算浸水擋土墻的土壓力應(yīng)考慮水對填土的影響。即水工擋土墻及背后的填土浸水后，一方面浮力使土壓力減小，另一方面抗剪強(qiáng)度降低。一般浸水擋土墻，尤其是溢洪道水工擋土墻，一般不使用粘土回填，而采用砂礫料按一定壓實度回填。此時，可認(rèn)為墻后填土φ值不變，影響不大。如果墻后為原土層而且是粘土?xí)r，土壓力計算將變得更加復(fù)雜，要使用等效內(nèi)摩擦角法和力多邊形法來確認(rèn)。根據(jù)大量的工程實踐和計算研究表明，使用等效內(nèi)摩擦角法來計算高墻或低墻土壓力并不適用，而且墻背傾斜度對庫倫公式計算值影響很大。在其他條件相同時，土壓力仰斜墻背較俯斜墻背小，后仰愈大，壓力愈小。但是如果后仰過大將使計算出土壓力誤差偏大，從而使設(shè)計出的擋土墻穩(wěn)定性不足，后仰過大還將使墻身重心后移，使基底負(fù)偏心過大和墻踵壓應(yīng)力過大，造成施工困難，因此，在規(guī)范中規(guī)定下墻墻背一般不緩于1：0.3的指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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