谢龙缘
中国热带农业科学院科技信息研究所 海南海口 571101
摘要：水利工程建设过程中，设计和施工历来都是项目建设团队关注的重点。如何结合项目区实际情况进行挡土墙设计并有效运用常见类型的挡土墙，是有效确保水利工程整体设计质量的关键。基于此，本文简要分析了水利工程挡土墙设计过程中需要注意的事项，并对挡土墙设计中的常见问题以及解决这些问题的对策进行了探讨，以供同行参考。
关键词：水利工程；挡土墙；常见问题；对策
1.挡土墙概述
1.1挡土墙
挡土墙具有防止土体坍塌的作用。水利工程挡土墙的设计主要是为了维持土压力测的结构稳定。挡土墙主要由墙顶、墙背、墙面、墙趾和基底构成。挡土墙的结构较为简单、施工方便、占地面积较小且工程造价低，所以在水利工程建设中，挡土墙有着广泛应用。
1.2水利工程挡土墙的常见类型
挡士墙除可按结构型式划分为重力式、悬臂式、扶壁式、空腹式等类型, 又可按材质分为砖砌、块石、混凝土和钢筋混凝土等类型。实际选用时应根据工程需要、土质情况、材料供应、施工技术及造价等因素综合确定。
2.水利工程挡土墙设计要点
2.1土压力计算
水利工程中，计算挡土墙压力的理论主要包括库仑理论及朗肯理论。计算挡土墙压力时，可假定挡土墙与回填土之间的摩擦力为零，计算结果若显示主动土压力过大时，则可根据此压力设计挡土墙，以有效保证挡土墙的安全性能，当计算结果显示主动土压力较小时，若依然根据此压力进行设计，挡土墙就会失去保护土体的设计初衷。其次，库仑理论及朗肯理论还明确指出了墙体内的受力规律，当摩擦角、墙体后壁的倾角和填土表面的倾角较大时，产生的主动土压力也会越大，反之主动土压力则会越小。
2.2稳定性验算
挡土墙的稳定性验算包括抗倾覆验算和抗滑移验算。挡土墙的截面尺寸一般按试算法确定,即先根据挡土墙的工程地质、填土性质以及墙身材料和施工条件等凭经验初步拟定截面尺寸,然后进行验算并不断修改截面尺寸以符合验算要求。特别需要注意的是在软弱地基上倾覆时,墙趾可能陷入地基中,力矩中心点内移,导致抗倾覆安全系数降低,有时甚至会沿圆弧滑动而发生整体破坏。因此,验算时应注意土的压缩性。挡土墙的破坏,绝大多数为倾覆破坏所致,这说明在抗滑移方面一般应预留较大的安全储备空间。
2.3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。其验算方法及要求与天然地基浅基础验算方法相同。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，既要求墙底平均压力小于地基承载力，且墙底边缘最大压力不大于 1.2，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加固处理。
3.水利工程挡土墙设计常见问题
3.1冻胀问题
在寒冷地区, 冻土层的冻胀破坏是挡土墙产生破坏的主要原因, 这种破坏多发生在冬春交替的融化期。挡土墙的断面尺寸多是按非冻胀土理论设计的, 但是当墙后水平冻胀力远大于非冻胀土压力时, 挡土墙将失去稳定。对于土基, 挡土墙基础置于冻土层以下, 过大的水平冻胀力将使挡土墙的前趾给予地基的压应力过大, 地基应力大小比超过允许值, 导致不均匀沉陷前倾变位, 这种破坏对于浅基挡土墙更为明显。于岩基, 水平冻胀力的倾覆力矩大于抗倾力矩, 从而导致墙体沉陷前倾变位。所以，设计过程中必须充分考虑冻胀对墙体产生的影响。
3.2排水问题
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，易对挡土墙产生结构性破坏。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。挡土墙的排水处理是否得当，直接影响到挡土墙的安全及使用效果。因此，挡土墙应设置排水设施，以疏干墙后坡料中的水分，防止地表水下渗造成墙后积水，从而使墙身免受额外的静水压力。
3.3分缝和止水问题
挡土墙沉降缝是指挡土墙砌体纵向相隔一定距离内，为防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂所设置的竖向缝隙，应根据地基地质条件及墙高、墙身断面的变化情况而设置。当地基沉降、外界温度差过大、挡土墙的基础发生岩性变化时，墙体就会出现缝隙漏水问题。一旦发生缝隙漏水，挡土墙的内部结构将会随着时间推移产生明显的侵蚀破坏，严重危及墙体的结构安全。
4.应对常见问题的方法
4.1冻胀问题处理对策
为有效解决墙体冻胀问题，设计过程中，设计人员应严格按照非冻胀土理论设计挡土墙的断面尺寸，所以，设计人员应结合项目所在地的实际情况，综合分析、细化设计挡土墙的尺寸及基础重量，以确保挡土墙的高度可以在选择过程中有效地确定荷载参数，以提升水利工程设计的总体有效性。在计算出相关的载荷数据之后，则需进一步确定水利工程项目的冻深参数，并测定地表冻胀土量的等级，重点分析水平冻胀力的最大单位标准数值，但直到目前为止，并没有一个理论可以有效解决水平冻胀问题，也无法计算挡土墙的水平冻胀压力，所以，若要保证挡土墙的安全性，防止冻胀问题，设计过程中，应综合考虑现场的施工条件，减少冻胀力。研究发现，减少墙后回填土的含水量，可有效降低冻害可能性。
4.2排水设计优化方案
若挡土墙不在防渗范围内，设计过程中，可在墙身设计一定数量的排水孔，以有效降低墙后的净水压力，保证墙后积水及时排除。此外，也可适当增加填土的强度指标，而粘性土就可在一定程度上降低墙身的压力。设计排水孔时，则需考虑墙体的高度，一般而言，需在墙体内布设2排排水孔，同时排水孔的竖向距离及水平距离均不得超过3cm且排水孔直径不得大于8cm小于5cm,最低一排的排水孔离基础的距离不得低于30cm,与此同时，也可在墙后的进水口设置反滤，以有效防止排水带走墙后填土，确保挡土墙的稳定性。
4.3分缝和止水应对措施
为有效解决墙体分裂、止水问题，设计过程中，可在挡土墙的长度方向设计沉降缝及伸缩缝，这样则可有效预防沉降及裂缝问题。若项目所在地的地基基础为软土地基且分段长度在20m左右，那么就必须保证设计的浆砌石挡土墙的长度不超过10m。针对于挡土墙的分缝问题，则需根据挡土墙的长度方向考虑分缝情况，首先，在设计挡土墙的平面及立面时，需在突变点设计沉降缝；其次，当挡土墙基础发生岩性变化时，则需在变化地点设计沉降缝。通常而言，分缝的设计宽度不宜超过2.5cm,同时还需在分缝内嵌入沥青材料或者填充泡沫板，以有效避免填料流失。在以往的施工中，当闭孔泡沫受到外力挤压时，其就会变形，所以我们经常会使用沥青填充材料。如果该项目明确要求防渗，则需在分缝墙内设计垂向止水，此时，垂向止就会与墙面底部的缝隙间的水形成一个相对完整的封闭系统。
5.结束语
综上所述，挡土墙的结构简单、施工方便、占地面积小且工程造价低，所以，在设计水利工程挡土墙的过程中，应根据施工现场的实际情况，针对于不同问题均应构建系统的、有效的处理方法，只有这样，才能有效保证水利工程挡土墙的整体稳定性，只有全面控制挡土墙设计中的相关问题，才能有效提升水利工程的整体施工质量，确保水利工程项目建设的可持续发展。
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