北海河海水利水电设计院 广西北海 536000
摘要：挡土墙作为水工建筑物的重要组成部分（例如溢洪道控制端、泄槽段、消力池段两岸边墙及涵洞进出口连接上下游沟渠的的挡土建筑物一般采用重力式或半重力式混凝土挡土墙），挡土墙设计的是否安全且合理，直接关系到水工建筑物的安全运行。所以，科学且经济合理的设计水工挡土墙十分重要，本文就水工建筑物中挡土墙的设计作一个简单介绍。
关键词：水工挡土墙；土压力；挡土墙设计
引言
水工挡土墙作为水工建筑物中广泛使用的一种支挡防护构造物，它不仅具有挡土的作用，还兼有挡水防渗作用，对水工建筑物的安全运行有着重要影响，所以在水工挡土墙的设计中，要做到安全之上、合理布局、合理选材，确保挡土墙的设计在安全的前提下做到经济合理。
1、挡土墙分类
挡土墙主要有六种类型，分别为重力式挡土墙、薄壁式挡土墙、桩板式挡土墙、锚杆挡土墙、锚定板挡土墙及加筋土挡土墙。重力式挡土墙靠自身重力平衡土体，一般形式简单、施工方便、圬工量大，对基础要求也较高，如果墙高较高的话，材料耗费较多，因此不太经济，因此，当墙高不是很高且基础较好，可优先选用重力式挡土墙；重力式挡土墙的墙背可做成俯斜、仰斜、垂直、凸形折线和衡重式五种。薄壁式挡土墙时钢筋混凝土挡土墙，属于轻型挡土墙，有悬臂式和扶壁式两种类型；悬臂式挡土墙由立壁和底板和底板组成，其立壁为固结于墙底板的悬臂板，当悬臂式墙高较高时，立壁下部弯矩增大，因此，一般会沿着墙长方向，每隔一定距离设置扶壁肋板，这种结构形式为扶壁式挡土墙；薄壁式挡土墙的结构稳定是依靠墙身自重和墙踵板上方填土的重力来保证的。桩板式挡土墙为钢筋混凝土结构，由桩及桩间的挡土板两部分组成，利用桩深埋部分的锚固段锚固作用和被动土抗力，维护挡土墙的稳定，板桩式挡土墙适宜土压力大、墙高超过一般挡土墙限制的情况，地基强度的不足可由桩的埋深得到补偿。锚杆挡土墙是利用锚杆技术形成的一种挡土结构物，由钢筋混凝土墙面和锚杆组成，依靠锚固在岩层内的锚杆的水平拉力以承受土体侧压力，锚杆挡土墙机构形式主要有柱板式和板壁式两种。锚定板挡土墙是一种适用于填方的轻型支护结构，可以用作挡土桥、桥台、港口护岸工程，它的主要特点有构件断面小、结构质量轻、柔性大、工程量省、圬工数量少、构件可预制，有利于实现结构轻型化和机械化施工，锚定板挡土墙和锚杆挡土墙都是依靠拉杆的抗拔力来保持挡土墙稳定，与锚杆挡土墙不同的是锚定板挡土墙抗拔力是来源于锚定板前填土的被动抗力。加筋挡土墙指的是由填土、拉带和镶面砌块组成的加筋土承受土体侧压力的挡土墙，加筋土挡土墙是在土中加入拉筋，利用拉筋与土体之间的摩擦作用，改善土体的变形条件和提高土体的工程特性，从而达到稳定土体的目的。
2、挡土墙土压力
挡土墙是防止土体坍塌的构筑物，是以支撑土体使其保持稳定为目的的，所以这类构筑物的主要荷载就是土地的侧向压力，称之为土压力。土压力的计算十分复杂，它与墙背填料的性质、挡土墙的形状和位移方向以及地基土质等因素有关，目前大多采用朗金土压力和库伦土压力理论
在影响挡土墙土压力大小及其分布规律的众多因素中，挡土墙的位移方向和位移量是最主要的因素。根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应立状态，挡土墙土压力分为以下三种：（1）静止土压力：如果挡土墙的刚度很大，在土压力作用下，墙体不发生变形和任何位移，墙背后土体处于弹性平衡状态，此时墙背所受的土压力称为静止土压力，实际上，使挡土墙保持静止的条件是墙身尺寸足够大，墙身与基础牢固地联结在一起，地基不产生不均匀沉降等。（2）主动土压力：当挡土墙向离开土地方向偏移至墙后土体达到极限平衡状态时，作用在墙背的土压力称之为主动土压力。（3）被动土压力：如果挡土墙在外力作用下，移动或转动方向是推挤土体，从而逐渐增大墙对土体的侧向压力，这时土体便出现向上滑动的趋势，而土中逐渐增大的抗剪力阻止着这一滑动的产生，当墙对土体的侧向压力增大到一定数值，使土的抗剪强度充分发挥时，土压力增大到最大值，土体便处于另一极限平衡状态，即被动极限平衡状态，与此相应的土压力称之为被动土压力。
在挡土墙的设计中，应根据它在外力作用下可能的位移方向，来判断是主动土压力还是被动土压力，如果挡土墙在荷载和自重的作用下，有向土体移动的趋势，被墙背土压力所阻止，故墙背所受的土压力为被动土压力，如果挡土墙墙身有被土体向外挤动的可能，墙背承受的是主动土压力。
3、挡土墙设计计算
挡土墙的设计计算应根据使用过程中可能出现的荷载，按承载力极限状态和正常使用极限状态进行荷载效应组合，并取最不利组合进行设计。挡土墙的截面尺寸一般按试算法确定，先根据挡土墙的工程地质条件、填土性质以及墙身材料等凭经验初步拟定截面尺寸，然后进行验算，如果不满足要求，则修改截面尺寸后重新验算，直至满足要求。
挡土墙的稳定验算主要为抗滑稳定验算及抗倾稳定验算。抗滑稳定验算一般式验算墙底与地基接触面的抗滑稳定安全系数，抗滑稳定安全系数计算公式为：
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，式中：
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为基底与地基之间的摩擦系数，
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为所有垂直荷载之和（KN），
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为所有水平荷载之和（KN），抗滑稳定安全系数应大于规范容许值。挡土墙抗倾稳定安全系数（岩基）公式为：
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，式中：
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为抗倾安全系数，
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为对挡土墙前趾的稳定力矩的总和（KN.m），
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为对挡土墙前趾的倾覆力矩总和（KN.m），抗倾稳定安全系数应大于规范容许值。挡土墙除了抗滑抗稳验算外，还要对挡土墙基底应力进行验算，按相关规范，挡土墙平均基底应力应小于地基容许承载力，最大基底应力应小于地基容许承载力的1.2倍。
结束语
总之，水工建筑物中挡土墙设计需要综合考虑多方面因素，应结合实际情况来考虑影响挡土墙断面设计尺寸的各个因素，确保挡土墙的设计在安全的前提下做到经济合理。
参考文献：
[1]赵明华.土力学与基础工程第3版[M].武汉理工大学出版社.2009（11）.
[2]熊启钧.灌区建筑物的水利计算与机构计算[M].中国水利水电出版社.2007（11）.