浅谈水工挡土墙的设计要点

浅谈水工挡土墙的设计要点 【摘要】水工挡土墙不但具有挡土的功能，还具有挡水、导水和侧向防渗等多种功能，目前水工挡土墙被广泛的应用在水利水电工程的施工建设过程中。荷载和地基处理时水工挡土墙两大重要设计要点，对水工挡土墙的设计水平和设计质量起着十分重要的影响。【关键词】水工挡土墙；设计要点；荷载；地基处理1、常见的水工挡土墙的种类1.1重力式水工挡土墙重力式水工挡土墙的设计原理是利用墙体自身的重力来维持挡土墙的平衡和稳定，具有设计形式简单、取材简单以及施工技术简便等优势。根据实际工程需求，重力式水工挡土墙分为倾斜式挡土墙、仰斜式挡土墙等不同的类型，而且不同类型的重力式水工挡土墙所承受的土压力也是不同的。1.2悬臂式水工挡土墙立壁、趾板和踵板是悬臂式水工挡土墙的是三个重要组成部分，设计原理是依靠趾板和踵板上的填土重量来维持挡土墙的平衡和稳定。悬臂式水工挡土墙的构造相对比较简单，而且施工工艺简便，能够在松软的地基上发挥重要作用，因而被广泛的应用在石料缺乏的地区和地震多发地区的水利工程建设中。1.3扶壁式水工挡土墙扶壁式水工挡土墙是在悬臂式水工挡土墙的基础上设计的一种挡土墙形式，在扶壁式水工挡土墙的设计中，立壁和踵板是连接在一起的，整个设计结构是由立壁、底板和扶壁三个主要部分构成的，主要依靠底板上的填土重量来维持平衡和稳定，除了在石料缺乏和地震多发区多采用这种挡土墙以外，扶壁式水工挡土墙还常常被应用在大型水利水电工程中，并且高度一般都要超过10米。2、水工挡土墙设计的构造要点分析2.1水工挡土墙的墙身构造墙身构造的确定主要由两个步骤决定，首先是根据工程实际情况分析应当选择的水工挡土墙形式是什么，然后根据选定的水工挡土墙形式确定墙身的构造设计。在一般情况下，水工挡土墙的墙体结构设计为直线，而且墙体的坡度与墙体背面之间的倾斜关系比较协调，除非是特殊工程要求，一般情况下的墙顶宽度要大于0.5米。2.2水工挡土墙的排水功能设计水工挡土墙的排水功能设计主要包括地面排水功能设计和墙身排水功能设计两个主要方面。首先，在地面排水功能设计方面，一般是设计排水沟、截引地表水或者是防止雨水和地下水渗漏等功能设计，有的时候根据功能需求，还要进行铺砌层设计。其次，在墙体排水功能设计方面，设计的重点是墙体后的泄水孔位置和布局设计，目的是解决墙体后的积水问题，另外，在墙体后的施工材料上要选择透水性较好的材料，这样才能保证让墙体排水功能设计得到保障。3、水工挡土墙荷载设计的要点分析3.1荷载的分析水工挡土墙中荷载按照功能不同分为基本荷载和特殊荷载两大类。基本荷载中，填料和永久设备自重主要考虑结构和底板以上的部分，而考虑填土破裂体范围的是车辆、人群荷载。另外，水重，主要考虑的是水位是否正常运行、洪水位的构造设计以及挡土墙墙体后的地下水水位情况。而在特殊荷载中，水重、静水压力以及土压力主要考虑的是挡土墙与洪水水位和挡土墙墙后地下水位之间的协调关系。在风浪较大的地区应当考虑校核洪水水位的情况，另外，地震荷载、地质灾害荷载等也属于特殊荷载的范畴。水工挡土墙按照组成内容不同分为基本荷载组合和特殊荷载组合。其中基本荷载组合是指由两种或者是两种以上的基本荷载组成的组合，而特殊荷载组合则是由基本荷载与一种或者是一种以上的特殊荷载组成的荷载组合。在进行水工挡土墙设计的时候，设计人员要根据挡土墙的稳定性参数和施工验算期、检修期等状况进行荷载设计。另外，根据水工挡土墙的用途不同，设计的重点也有所不同。位于行洪河道堤防上的水工挡土墙，除了要对施工验算期、检修期等进行计算以外，还要对水工挡土墙前的洪水水位进行设计，并且考虑到洪水水位由最高值骤降到正常值的过程中对水利工程产生的不利影响。而对于车辆、风浪压力等特殊荷载设计过程中，要确定其在各自最不利受力的情况下确定水工挡土墙是否具有叠加作用。3.2各种荷载的分布及计算荷载的分布主要有五种，下面我们就浅谈一下其中三种最常用荷载的分布；第一种最常用的是杠杆原理法――把桥面板和横隔梁作为横向结构，把横向结构视作在主梁上断开的简支梁；第二种是刚性横梁法是把横隔梁看成刚度很大的梁，也叫做偏心压力法，主要是修正偏心压力；第三种方法叫做铰接梁法，是传递剪力把相邻之间的板子相铰接。3.3水工挡土墙荷载设计参数水工挡土墙的墙体结构以及墙体上部应当按照几何尺寸进行计算，用铭牌重量的计算方法对挡土墙中的永久性设备重量进行计算。按照国家相关设计参数标准，要对水工挡土墙墙后的填土破裂体范围内的超荷载进行计算，并且按照挡土墙底板上的水体产生的实际压力和水体的重量对水重参数进行计算，如果工程位于泥沙较大的河流，还要考虑到河水含沙量对水重的影响。当水重计算完成之后，要根据挡土墙的墙前和墙后水位条件进行测量，并且对这些参数在河流静水状态下的水工挡土墙压力进行计算。另外，要按照工程地基情况、挡土高度、防渗和排水布置等数据对扬压力和土压力进行计算，明确水工挡土墙荷载的基底情况和墙上情况。水利工程涉及的河流都含有大量的泥沙，因此要考虑到河流淤泥的厚度以及泥沙的重度对水工挡土墙墙上压力的影响，即要对水工挡土墙的淤泥压力进行计算。4、水工挡土墙的地基处理设计要点分析4.1水工挡土墙地基处理的主要目的水工挡土墙的地基一般情况下是采用人工的措施对地基进行加固处理，在地基处理过程中，往往会出现地基结构倾斜、歪斜的现象。这样不仅对地基造成恶劣影响，而且会对水工挡土墙的建筑结构安全造成影响，进而影响到工程安全。因此，采取正确的措施对水工挡土墙的地基进行处理有三个主要目的，首先，水工挡土墙地基处理能够大大的增加地基的压力承受力。其次，能够增强地基的稳定性，防止外来荷载对工程造成的损害。另外，对水工挡土墙的地基进行处理还能减少有害沉降对地基产生的不良影响，防止地基渗透变形。4.2水工挡土墙地基处理方式不同的地基条件，水工挡土墙的地基处理方式是不同的。首先，对于土质地基来说，土质地基具有砂性土疏松的问题或者是粘性土软弱的问题，要采用合适的方法对其进行处理，以满足水工挡土墙对地基承载力和稳定性的参数的要求。针对土质地基，目前最常用的方法就是采用强力夯实的方法运用砂、碎石、素土和灰土等强度较高的材料对其进行处理，这样能够改善土质地基的工程性质，并且保证地基的渗透性、密实度、承载力和稳定性的功能要求。其次，对于岩石地基来说，岩石地基的地层颗粒处于一种比较松散的状态，因此在对岩石地基进行处理的时候，要根据水工挡土墙的受力条件和重要性对其进行处理。目前针对岩石地基，最常用的方法就是采用固结灌浆的方式对地基进行处理，如果是弱风化的地基，只需对地基中的裂缝进行相应的处理即可。另外，在其他地基的处理方式上，要根据具体情况选择不同的处理方式。结语荷载和地基处理是水工挡土墙的设计要点，在实际工程设计过程中，结合工程实际情况，运用先进的设计技术和质量较好的水工挡土墙材料，根据国家相关标准进行设计，为工程设计质量达标、水平较高的水工挡土墙。参考文献[1]王敏.水工挡土墙设计中的关键问题分析[J].黑龙江水利科技，2014，（5）[2]王海旭，付子刚，金旭晔.浅谈水工挡土墙设计应注意的问题[J].企业导报，2011，（9）[3郑宽新.浅析挡土墙设计要点