淺談水工擋土墻的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)型式

淺談水工擋土墻的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)型式

1高影響和復(fù)雜的洪水擋土墻水庫、引水站、水電站、碼頭工程和各種污水系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目中的防洪墻廣泛應(yīng)用于防洪墻的設(shè)計(jì)中。水庫樞紐工程中,土石壩與混凝土壩及溢洪道的連接結(jié)構(gòu),水閘閘室及進(jìn)出口擋土墻,水電站及各種船閘中的翼墻及岸墻,內(nèi)河及海上各種碼頭工程,渠系建筑物中的橋、涵洞、倒虹吸、渡槽等進(jìn)出口連接結(jié)構(gòu),水庫庫岸、河道、渠道邊坡滑坡及崩塌的防治工程等,幾乎所有的水工建筑物設(shè)計(jì)和施工中都會(huì)遇到擋土墻,應(yīng)用廣泛和工作條件復(fù)雜是水工擋土墻的兩大顯著特點(diǎn)。2防洪墻的工作和運(yùn)營環(huán)境水工擋土墻多在浸水條件下工作,需要承受不同特征水位變幅帶來的水壓力,同時(shí)需要滿足主體水工建筑物對(duì)水流條件的要求。2.1浸水擋土墻墻背墻面為涂料墻背土的情況,土的厚度可以影響土的重水工擋土墻多在浸水條件下工作和運(yùn)行,擋土墻浸水后,整個(gè)系統(tǒng)受力狀況會(huì)有一個(gè)較大的變化。墻背填土料因受水的浮力作用,土的重度降低,主動(dòng)土壓力將會(huì)減小;黏性土浸水后,其強(qiáng)度指標(biāo)將會(huì)降低,主動(dòng)土壓力將會(huì)增大;浸水擋土墻墻背和墻面受到靜水壓力作用。當(dāng)墻前后水位一致時(shí),兩者相互平衡;不一致時(shí),則墻身受靜水壓力差的推力作用將會(huì)增加;浸水擋土墻基底將增加揚(yáng)壓力作用;墻外水位聚降,或者墻后暴雨下滲,墻后填料內(nèi)出現(xiàn)滲筑時(shí),填料將受到滲透動(dòng)水壓力作用。2.2結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度水工擋土墻在建設(shè)和運(yùn)行過程中,隨著不同特征水位變化,作用于墻身的靜水壓力、土壓力、作用于基底的揚(yáng)壓力、地基應(yīng)力等都不相同,設(shè)計(jì)要求不同的運(yùn)行條件下(建設(shè)、設(shè)計(jì)、校核)都應(yīng)該滿足整體穩(wěn)定和各部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求。2.3進(jìn)出口水流條件水工建筑物中的翼墻等擋土墻多半兼有擋水和導(dǎo)水的作用,對(duì)進(jìn)出口水流條件都有較為嚴(yán)格的要求。因此,水工擋土墻設(shè)計(jì)時(shí),除考慮兩岸連接的擋土墻要求外,還應(yīng)考慮進(jìn)出口水流條件,使上下游水流平順銜接,滿足主體建筑物的工作運(yùn)行要求。3擋土墻的構(gòu)造要求與其他工程擋土墻相比,水工建筑物的工作和運(yùn)行環(huán)境對(duì)擋土墻的構(gòu)造有著特殊的要求,主要包括擋土墻臨水面、止水、底板支撐、防凍脹、墻頂高程和基礎(chǔ)埋深等。3.1擋土墻臨水面為了便于和主體建筑的岸墻連接,便于止水設(shè)置和獲得更好的水流條件,水工擋土墻身臨水面需要采用直立面、墻背采用俯斜(重力式擋土墻)或近于直立(懸臂式擋土墻)。3.2垂直止水封閉系統(tǒng)水工擋土墻通常情況下側(cè)面都有防滲要求,各段擋土墻分縫之間需要設(shè)置可靠的垂直止水設(shè)備,如塑料或紫銅片止水,應(yīng)與墻前防滲底板之間的水平止水構(gòu)成封閉系統(tǒng)。3.3土墻前底板支撐為滿足過流、防沖或防滲要求,水工擋土墻前底板需要設(shè)置支撐結(jié)構(gòu),墻前多設(shè)有混凝土、鋼筋混凝土剛性底板,而且墻前支撐結(jié)構(gòu)有利于擋土墻的抗滑穩(wěn)定。3.4起始凍脹含水量在寒冷地區(qū)的擋土墻,墻后回填凍脹性土?xí)r,如果填土含水量大于起始凍脹含水量,且有地下水補(bǔ)給,墻后將產(chǎn)生大于主動(dòng)土壓力幾倍的水平凍脹力。在水平凍脹力作用下,常常使擋土墻產(chǎn)生穩(wěn)定和強(qiáng)度破壞,在設(shè)計(jì)和施工中,應(yīng)采取保溫或者水土隔離等消除凍因措施。3.5確定墻前安全設(shè)施水工擋土墻的墻頂高程應(yīng)考慮兩岸連接、墻前水位、風(fēng)浪爬高、安全超高等條件加以確定;基礎(chǔ)埋置深度要考慮地基巖性,凍層深度、沖刷深度等條件加以確定。4結(jié)構(gòu)型式及適用范圍隨著科學(xué)的發(fā)展和工程技術(shù)的進(jìn)步,水工擋土墻結(jié)構(gòu)形式不斷增多,但主要和常用的結(jié)構(gòu)型式有重力式、衡重式、懸臂式、扶壁式、箱式、錨桿、錨定板式和加筋圖擋土墻,見圖1-圖8,不同結(jié)構(gòu)型式有著不同的特點(diǎn)及適用范圍。4.1重力式擋土墻重力式擋土墻是以擋土墻自身重力來維持擋土墻在土壓力作用下的穩(wěn)定,它是國內(nèi)目前常用的一種擋土墻,多采用石砌或混凝土建成。該擋土墻一般都做成簡(jiǎn)單的梯形結(jié)構(gòu),由于重力式擋土墻多就地取材,構(gòu)造簡(jiǎn)單,施工方便,經(jīng)濟(jì)效果較好,常用于小型水工建筑物,特別是渠系水工建筑物。但重力式擋土墻由于體積和重量較大,在土地基上往往由于受地基承載力的限制,不能太高。在巖基上,雖然承載力不是控制條件,但高的重力式擋墻由于斷面大,材料耗費(fèi)較多,亦不經(jīng)濟(jì),一般高度在6m以下較為經(jīng)濟(jì)合理。4.2配部分構(gòu)造鋼筋半重力式擋土墻一般采用混凝土建造,與重力式擋土墻相比立墻斷面較小,前后底腳放大,墻身和底腳混凝土強(qiáng)度滿足要求處不配筋或者配少量構(gòu)造鋼筋,在強(qiáng)度不滿足要求處配置少量受力鋼筋。半重力式擋土墻斷面一般比重力式擋土墻斷面小40%~50%,因而可充分利用混凝土的抗拉強(qiáng)度,與重力式擋土墻相比,同樣高度的擋土墻地基應(yīng)力小,且分布較均勻。在同樣地基條件下,其建筑高度可遠(yuǎn)大于重力式擋土墻。在地下水位較高或者較軟的地基上,不適宜采用重力式擋墻時(shí),可采用半重力式擋土墻,一般高度在8m以下較為經(jīng)濟(jì)合理。4.3擋土墻體施工衡重式擋土墻是利用衡重臺(tái)上部填土的重力和墻體重心后移來抵抗土體側(cè)壓力,維持自身穩(wěn)定的,它由上墻、衡重臺(tái)與下墻3部分組成,多采用混凝土或漿砌石建造。擋土墻衡重臺(tái)以下可直接在開挖邊坡內(nèi)澆筑混凝土,以節(jié)省模板費(fèi)用。同時(shí),由于衡重臺(tái)以下墻背為仰斜,其土壓力值也大為減少。墻背靠巖石修建的擋土墻,也常采用衡重式。衡重臺(tái)以下由于墻背與巖石接觸,此部分不受土壓力作用。由于衡重式擋土墻衡重臺(tái)有減少土壓力作用,其斷面一般比重力式小,因此應(yīng)用高度較大。特別是修建在巖基上的衡重式擋土墻,由于容許承載力較高,擋土墻的高度可大于20m。4.4凝土懸臂構(gòu)件組成懸臂式擋土墻主要是靠趾板和踵板以上填土重來維持自身穩(wěn)定的,它由立壁、趾板、踵板3個(gè)鋼筋混凝土懸臂構(gòu)件組成,屬輕型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。該擋土墻構(gòu)造簡(jiǎn)單,施工方便,能適應(yīng)較松軟的地基,適用于缺乏石料及地震地區(qū),在水工建筑物中應(yīng)用廣泛。但隨著擋土墻高度增加,立壁下部的彎矩也相應(yīng)加大,鋼筋與混凝土的用量將會(huì)劇增,所以高度一般在6~9m之間較為經(jīng)濟(jì)合理。4.5擋土墻穩(wěn)定性分析扶壁式擋土墻是沿懸臂式擋土墻的立臂,每隔一定距離加一道扶壁,將立壁與踵板連接起來的擋土墻,由立壁、底板和扶壁3部分組成,其穩(wěn)定性也主要是靠底板以上填土重來保證,屬輕型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。該擋土墻是在懸臂式擋土墻基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,適用于缺乏石料及地震地區(qū),在大型水利水電工程中有較廣泛的應(yīng)用,高度一般大于10m。4.6自身穩(wěn)定原則空箱式擋土墻由前墻、后墻、隔板、底板和頂板5部分構(gòu)成,屬于鋼筋混凝土輕型結(jié)構(gòu),主要靠自重維持自身穩(wěn)定。箱內(nèi)不填土,但可以進(jìn)水,其特點(diǎn)是作用于地基的單位壓力小,且分布均勻,適用在墻的高度較大且地基承載力較低情況下采用?？障涫綋跬翂Y(jié)構(gòu)復(fù)雜,材料用量較大。由于墻后填土部位地基承受壓力遠(yuǎn)大于空箱底部地基壓力,常使地基產(chǎn)生不均勻沉降,致使空箱擋土墻向填土方向傾斜。4.7結(jié)構(gòu)組成和擋土墻的組成錨桿擋土墻由立柱、墻面板和錨桿3部分組成;錨定板擋土墻由預(yù)制的鋼筋混凝土墻面板、立柱、鋼拉桿和埋在填土中的錨定板所組成,屬于輕型支擋結(jié)構(gòu)。這兩種擋土墻主要依靠立柱、墻面板、拉桿、錨定板或者錨桿來維持擋土墻的穩(wěn)定。立柱通常采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),墻板一般采用木板、鋼板或者鋼筋混凝土板。該類型擋土墻結(jié)構(gòu)輕、柔性大、工程量少、造價(jià)低,但施工工藝較復(fù)雜。該類型適用于地基承載力較低的重要工程,墻高可達(dá)27m,通常在碼頭工程和大型水利工程施工圍堰中采用。4.8填料墻面板的組成,利用拉筋拉筋以及拉筋土加筋土擋土墻是在土中加入拉筋,利用拉筋與土之間的摩擦作用,改善土體的變形條件和提高土體的工程特性,從而達(dá)到穩(wěn)定土體的目的,它由填料、在填料中布置的拉筋以及墻面板3部分組成。加筋土是柔性結(jié)構(gòu)物,能夠適應(yīng)地基輕微的變形,填土引起的地基變形對(duì)加筋土擋土墻的穩(wěn)定性影響比對(duì)其他結(jié)構(gòu)物小,地基的處理較簡(jiǎn)便,是一種很好的抗震結(jié)構(gòu)物,而且節(jié)約占地,造型美觀,造價(jià)比較低。一般應(yīng)用于地形較為平坦且寬敞的填方區(qū)域,在挖方路段或地形陡峭的山坡,