愛華網(wǎng)本文引自 湖北省水利水電科學(xué)研究院 ，原創(chuàng)作者：張幼書
一、前言
擋土墻是水利水電工程中面廣量大的建筑物，幾乎在所有的防洪、治澇、灌溉、供水、發(fā)電等水利水電工程中都是不可缺少的。它不但具有擋土作用，而且還兼有擋水、導(dǎo)水和側(cè)向防滲等多種功能，應(yīng)用廣泛和運(yùn)用復(fù)雜是擋土墻的兩個(gè)顯著特點(diǎn)。我個(gè)人認(rèn)為，一個(gè)水利工作者如果能把擋土墻的設(shè)計(jì)問題搞清楚了，其他的問題都能迎刃而解。
20多年來，我有幸參加了石臺寺提灌工程的設(shè)計(jì)，主持了余碼頭大閘、東湖泵站、浮橋河水廠等新建工程的設(shè)計(jì)，成功的經(jīng)驗(yàn)有一點(diǎn)，但失敗的經(jīng)驗(yàn)不少。今天是內(nèi)部交流，成功的就不用多講，我會多講講失敗的事。
二、墻后填土問題
我把墻后填土問題作為第一個(gè)問題來講，說明這個(gè)問題的重要性。
我有幸審查了在座各位的設(shè)計(jì)圖紙，發(fā)現(xiàn)大家對填土的技術(shù)要求不是過于簡單就是指標(biāo)提的太苛刻，太不符合實(shí)際，比如某平原湖區(qū)一個(gè)水閘進(jìn)出口墻后填土要求回填砂石，這我就奇怪了，周圍幾十公里哪里去找砂石啊，除非購買。這就明顯不符合經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)理驗(yàn)。
有個(gè)土力學(xué)博士生導(dǎo)師親口對我說過，你設(shè)計(jì)的再穩(wěn)的擋土墻我填土?xí)r都能給你填垮，開始我還不相信，但通過兩個(gè)工程的實(shí)踐后我才理解這話是多么正確。
第一個(gè)工程就是我設(shè)計(jì)的余碼頭大閘進(jìn)口擋土墻，墻高6m，填土設(shè)計(jì)基本參數(shù)是粘土，土的內(nèi)摩擦角是180，壓實(shí)度為0.96，含水量為24%，分層碾壓，分層厚度為不大于35cm。可實(shí)際施工時(shí)是用推土機(jī)把附近的淤泥質(zhì)土一推了事。結(jié)果可想而知，填土高度到設(shè)計(jì)的一半時(shí)墻就移動(dòng)了5cm，事后檢測土的內(nèi)摩擦角是60，含水量為35%，沒分層碾壓，大家回去可以計(jì)算一下，按實(shí)際的指標(biāo)墻的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)是多少，不變形移動(dòng)就不正常了。事后挖除墻背后填土，用兩個(gè)30噸的千斤頂把墻頂復(fù)位，并采取高壓旋噴樁加固地基，墻背后采用土工格珊回填等綜合措施才把墻的穩(wěn)定問題解決好。
第二個(gè)工程就是我設(shè)計(jì)的東湖泵站前池進(jìn)口擋土墻，墻高13m，由于墻比較高，基礎(chǔ)采用灌注樁加固，樁經(jīng)1m，樁長35m，填土設(shè)計(jì)基本參數(shù)是粉土，土的內(nèi)摩擦角是160，壓實(shí)度為0.96，含水量為24%，分層碾壓，分層厚度為不大于35cm?？蓪?shí)際施工時(shí)也是用推土機(jī)把附近的開挖土一推了事。我當(dāng)時(shí)在現(xiàn)場，明確要求停止施工，并指出這樣的回填 遲早會把墻填歪的。我記得很清楚，從工地回來晚上去隨州大洪山水庫的火車上就接到了電話，墻歪了1cm！幸虧發(fā)現(xiàn)的早，問題還不大，后來采取分層填土和砂的方法才把問題解決。
還是回到主題吧。
填料土的選擇應(yīng)根據(jù)防滲、排水和土料來源等方面的因素綜合考慮，盡量選取抗剪強(qiáng)度指標(biāo)高的土料。處于防滲段的填土宜選擇粘性土，非防滲段的填土可選擇無粘性土，填土中不應(yīng)含植物根、垃圾、淤泥、粉細(xì)砂等雜務(wù)。這是設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循的一般規(guī)則。
我們時(shí)常在土壓力計(jì)算方法上糾纏不休，我想請大家記住的是：填料土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)選擇是否正確合理對水工擋土墻的設(shè)計(jì)影響非常大，指標(biāo)不確切引起的土壓力誤差可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于計(jì)算方法引起的誤差！
我們往往提出過分的強(qiáng)度指標(biāo)，實(shí)際上施工單位很難達(dá)到。比如說墻后位置往往很小，大型機(jī)械不易于操作，尤其是緊靠墻背的范圍內(nèi)，往往還需小型機(jī)械進(jìn)行壓實(shí)或人工夯實(shí)，此時(shí)回填土的壓實(shí)度很難達(dá)到規(guī)范要求。對此，我的意見是：技術(shù)要求可以按規(guī)范要求寫，但實(shí)際計(jì)算時(shí)要考慮施工達(dá)不到要求的情況，還是留點(diǎn)富裕吧，這樣擋土墻安穩(wěn)，你自己也睡覺安穩(wěn)啊。
三、穩(wěn)定計(jì)算
穩(wěn)定計(jì)算大家做了很多，對計(jì)算方法了如指掌，本不需要我多言，但有些細(xì)小的地方如果不引起注意還是會出大問題的，這也是我把該問題作為第二條來講的原因。
《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》之6.1.6條文解釋中這樣說：“對于按圓弧布置的擋土墻，根據(jù)土壓力作用原理，水平力垂直于墻背方向，故取相鄰兩道永久縫之間的墻體部分作為穩(wěn)定計(jì)算單元較為合理；但在一般情況下，沿弧長方向取1延米作為穩(wěn)定計(jì)算單元是偏于安全的?！?br />我個(gè)人的觀點(diǎn)是：對于重力式擋土墻，這段解釋是正確的，因?yàn)橹亓κ綁χ饕强孔灾貋矸€(wěn)定。但對于懸壁式和扶壁式墻，“沿弧長方向取1延米作為穩(wěn)定計(jì)算單元是偏于安全的”這話是否正確就很值得研究。我們知道懸壁式和扶壁式墻主要靠墻后拖板上的土重來維持穩(wěn)定，而按圓弧布置的擋土墻的背后拖板的面積是扇形，受兩端直墻拖板的影響，圓弧段拖板的面積大幅度減少，因此其穩(wěn)定如果還是沿弧長方向取1延米作為穩(wěn)定計(jì)算單元，那肯定是偏于不安全的！除非減少兩端直墻拖板的面積來保證圓弧段拖板的面積，而工程師們在設(shè)計(jì)時(shí)很少作出這樣的調(diào)整。
我在黃岡磨盤嘴節(jié)制閘進(jìn)口擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)就遇到了這個(gè)問題。受地形限制，圓弧段墻拖板的面積很小，如果沿弧長方向取1延米作為穩(wěn)定計(jì)算墻的穩(wěn)定能滿足要求，但如果取相鄰兩道永久縫之間的墻體部分作為穩(wěn)定計(jì)算單元，其穩(wěn)定安全系數(shù)則差很多，怎樣調(diào)整都難滿足要求，最后只能把圓弧段墻改為重力式才滿足要求，兩邊的仍為懸壁式。這樣又帶來了一個(gè)新問題也要引起大家注意，就是墻的型式不一樣，墻高一樣，那么地基應(yīng)力差別較大，如果是軟基，沉降問題會相當(dāng)突出。不瞞大家，我上面提到的磨盤嘴節(jié)制閘進(jìn)口擋土墻，就因?yàn)閳A弧段墻為重力式，兩端的墻為懸壁式，建成后弧段墻沉降就明顯大于兩端墻，盡管問題不大，但這也算是個(gè)教訓(xùn)。
說半天，我的意見是：按圓弧布置的擋土墻，必須取相鄰兩道永久縫之間的墻體部分作為穩(wěn)定計(jì)算單元。務(wù)必請大家記住。
我在前面談到過：填料土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)選擇是否正確合理對水工擋土墻的設(shè)計(jì)影響非常大，指標(biāo)不確切引起的土壓力誤差可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于計(jì)算方法引起的誤差！但絕對不是說計(jì)算方法不重要，不正確的計(jì)算方法同樣會導(dǎo)致嚴(yán)重后果。
我在審閱大家的設(shè)計(jì)報(bào)告時(shí)發(fā)現(xiàn)，無論何種情況，大家在計(jì)算墻的穩(wěn)定時(shí)都是采用主動(dòng)土壓力公式計(jì)算，一般來說這樣做并沒有錯(cuò)誤，但在特殊情況下同樣可能發(fā)生嚴(yán)重后果。大家都知道，土壓力有主動(dòng)和被動(dòng)之分，采取那種計(jì)算方法主要根據(jù)結(jié)構(gòu)在土壓力的作用下可能產(chǎn)生的變形情況確定：土基上的建筑物（比如泵房），在土壓力的作用下往往產(chǎn)生背離土方向的變形，因此可按主動(dòng)土壓力計(jì)算，巖基上的建筑物（比如泵房），由于結(jié)構(gòu)底部嵌固在基巖中，且因結(jié)構(gòu)剛度較大，變形較小，因此可按靜止土壓力計(jì)算。至于被動(dòng)土壓力，因其響應(yīng)的變形量已超出一般擋土結(jié)構(gòu)所容許的范圍，故一般不予考慮。土基上的擋土墻，由于這類結(jié)構(gòu)比較容易出問題，為安全起見有時(shí)也可按靜止土壓力計(jì)算。靜止土壓力目前沒有計(jì)算公式和方法，一般可采用主動(dòng)土壓力系數(shù)的1.25~1.5倍作為靜止土壓力系數(shù)。
四、基礎(chǔ)處理
針對不同的基礎(chǔ)有不同的基礎(chǔ)處理方法，但這不是我今天討論的主題，如果大家感興趣并認(rèn)為有必要的話，我下次就基礎(chǔ)處理再做個(gè)專題報(bào)告，我今天在這里討論一下另外需要注意的細(xì)節(jié)。
避免建筑物建在不均勻的地基上，這是設(shè)計(jì)的基本原則。但在水工擋土墻設(shè)計(jì)中往往難以避免，尤其是建在土質(zhì)地基上的擋土墻，由于基坑邊坡的開挖，在擋土墻與河（渠）坡銜接處，擋土墻的基礎(chǔ)總是一半落在原狀土一半落在回填土上。即使回填土質(zhì)量控制得較好，仍不能避免尾部擋土墻發(fā)生傾斜和變形。
這是黃岡東湖泵站進(jìn)水前池平面布置圖，4號擋土墻就不可避免的一半落在原狀土一半落在回填土上，盡管對回填部分進(jìn)行了換基處理，收到了一定效果，但還是有一些變形，留下了遺憾。
在此，請大家記住，對于一半落在原狀土一半落在回填土上的建筑物，寄希望于嚴(yán)格控制回填土的質(zhì)量來保證建筑物不變形是不切實(shí)際的！可靠的辦法是在回填土處采取地基加固措施，如換基、深層攪拌樁、回填混凝土、水泥土等處理辦法。
五、結(jié)構(gòu)計(jì)算
土質(zhì)地基上懸臂式擋土墻的前趾和底板可簡化為固定在墻體上的懸臂板，按受彎構(gòu)件計(jì)算；墻身可按固定在底板上的懸臂板按受彎構(gòu)件計(jì)算。這大家后知道，不用多解釋。
土質(zhì)地基上扶臂式擋土墻的前趾可簡化為固定在墻體上的懸臂板，按受彎構(gòu)件計(jì)算；問題在于底板、墻身和扶臂怎么計(jì)算？我審核大家這方面的鋼筋圖，發(fā)現(xiàn)你們所犯的一些錯(cuò)誤很嚴(yán)重，受力鋼筋配錯(cuò)了位置，我分析主要原因就是結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算沒搞清楚。
請大家記?。和临|(zhì)地基上扶臂式擋土墻的底板和墻身距墻身和底板交線1.5倍扶臂間距以內(nèi)部分可間化為三邊固定、一邊自由的彈性板，按雙向板計(jì)算，其余部分按單向板計(jì)算。扶臂可間化為固定在底板上的懸臂梁，按受彎構(gòu)件計(jì)算，但一定要加強(qiáng)斜面鋼筋的布置，并應(yīng)按中心受拉構(gòu)件分段計(jì)算扶臂與墻身水平連接強(qiáng)度、扶臂與底板的垂直強(qiáng)度。
軟質(zhì)巖石地基上的擋土墻可按土質(zhì)地基的方法計(jì)算；硬質(zhì)地基上的擋土墻可只計(jì)算前趾，不計(jì)算底板。
最近我們設(shè)計(jì)水庫溢洪道比較多，其邊墻設(shè)計(jì)大多采用了衡重式，我在審核有關(guān)圖紙時(shí)發(fā)現(xiàn)在一些地基條件不好的地方也才用了這種形式，因此我覺得在這里討論一下很有必要。
衡重式擋土墻是一種較特殊的斷面結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定主要是靠墻身自重和衡重臺上填土重維持。由于衡重臺有減少土壓力作用，因此衡重式擋土墻斷面比重力式小，但因其底板較小，故對地基要求較高。規(guī)范沒有禁止在土質(zhì)地基上采用衡重式擋土墻，但我個(gè)人的觀點(diǎn)是土質(zhì)地基上最好別采用衡重式擋土墻，資料揭示江蘇省有些建在老粘土地基上的衡重式擋土墻運(yùn)用一段時(shí)間后都出現(xiàn)了變形變位問題。
六、設(shè)計(jì)心得
在座各位大部分學(xué)歷比我高，知識比我豐富多了，但光有知識還不行，死按書本知識來設(shè)計(jì)的人是書呆子，設(shè)計(jì)人員還必須有常識。我上面所講的大部分就是常識問題，大家別看不起。有很多小學(xué)都沒畢業(yè)的人當(dāng)了大老板，為什么？就因?yàn)樗麄儽M管沒知識，但有常識。那么有了知識和常識行不行呢？行，但不夠，還必須有見識，俗話說見多識廣，這人就上檔次、上臺階了。怎么才能長見識呢？多到現(xiàn)場看。我們有些同志好不容易到工地，但怕吃苦，只是坐著車子轉(zhuǎn)，隔著玻璃看，這樣是長不了見識的。有了知識、常識和見識，如果再有膽識，那么我們的設(shè)計(jì)質(zhì)量會產(chǎn)生質(zhì)的飛躍的。
就到這里，耽誤大家時(shí)間了。謝謝大家。
