挡土墙设计需要注意的几个问题——张幼书

挡土墙设计需要注意的几个问题——张幼书

本文引自湖北省水利水电科学研究院，原创作者：张幼书

一、前言

挡土墙是水利水电工程中面广量大的建筑物，几乎在所有的防洪、治涝、灌溉、供水、发电等水利水电工程中都是不可缺少的。它不但具有挡土作用，而且还兼有挡水、导水和侧向防渗等多种功能，应用广泛和运用复杂是挡土墙的两个显著特点。我个人认为，一个水利工作者如果能把挡土墙的设计问题搞清楚了，其他的问题都能迎刃而解。

20多年来，我有幸参加了石台寺提灌工程的设计，主持了余码头大闸、东湖泵站、浮桥河水厂等新建工程的设计，成功的经验有一点，但失败的经验不少。今天是内部交流，成功的就不用多讲，我会多讲讲失败的事。

二、墙后填土问题

我把墙后填土问题作为第一个问题来讲，说明这个问题的重要性。我有幸审查了在座各位的设计图纸，发现大家对填土的技术要求不是过于简单就是指标提的太苛刻，太不符合实际，比如某平原湖区一个水闸进出口墙后填土要求回填砂石，这我就奇怪了，周围几十公里哪里去找砂石啊，除非购买。这就明显不符合经济合理的设计理验。

有个土力学博士生导师亲口对我说过，你设计的再稳的挡土墙我填土时都能给你填垮，开始我还不相信，但通过两个工程的实践后我才理解这话是多么正确。第一个工程就是我设计的余码头大闸进口挡土墙，墙高6m，填土设计基本参数是粘土，土的内摩擦角是18°，压实度为0.96，含水量为24%，分层碾压，分层厚度为不大于35cm。可实际施工时是用推土机把附近的淤泥质土一推了事。结果可想而知，填土高度到设计的一半时墙就移动了5cm，事后检测土的内摩擦角是6°，含水量为35%，没分层碾压，大家回去可以计算一下，按实际的指标墙的抗滑稳定安全系数是多少，不变形移动就不正常了。事后挖除墙背后填土，用两个30吨的千斤顶把墙顶复位，并采取高压旋喷桩加固地基，墙背后采用土

工格珊回填等综合措施才把墙的稳定问题解决好。

第二个工程就是我设计的东湖泵站前池进口挡土墙，墙高13m，由于墙比较高，基础采用灌注桩加固，桩经1m，桩长35m，填土设计基本参数是粉土，土的内摩擦角是16°，压实度为0.96，含水量为24%，分层碾压，分层厚度为不大于35cm。可实际施工时也是用推土机把附近的开挖土一推了事。我当时在现场，明确要求停止施工，并指出这样的回填迟早会把墙填歪的。我记得很清楚，从工地回来晚上去随州大洪山水库的火车上就接到了电话，墙歪了1cm！幸亏发现的早，问题还不大，后来采取分层填土和砂的方法才把问题解决。

还是回到主题吧。

填料土的选择应根据防渗、排水和土料来源等方面的因素综合考虑，尽量选取抗剪强度指标高的土料。处于防渗段的填土宜选择粘性土，非防渗段的填土可选择无粘性土，填土中不应含植物根、垃圾、淤泥、粉细砂等杂务。这是设计时应遵循的一般规则。我们时常在土压力计算方法上纠缠不休，我想请大家记住的是：填料土抗剪强度指标选择是否正确合理对水工挡土墙的设计影响非常大，指标不确切引起的土压力误差可能远远大于计算方法引起的误差！

我们往往提出过分的强度指标，实际上施工单位很难达到。比如说墙后位置往往很小，大型机械不易于操作，尤其是紧靠墙背的范围内，往往还需小型机械进行压实或人工夯实，此时回填土的压实度很难达到规范要求。对此，我的意见是：技术要求可以按规范要求写，但实际计算时要考虑施工达不到要求的情况，还是留点富裕吧，这样挡土墙安稳，你自己也睡觉安稳啊。

三、稳定计算

稳定计算大家做了很多，对计算方法了如指掌，本不需要我多言，但有些细小的地方如果不引起注意还是会出大问题的，这也是我把该问题作为第二条来讲的原因。

《水工挡土墙设计规范》之6.1.6条文解释中这样说：“对于按圆弧布置的挡土墙，根据土压力作用原理，水平力垂直于墙背方向，故取相邻两道永久缝之间的墙体部分作为稳定计算单元较为合理；但在一般情况下，沿弧长方向取1

延米作为稳定计算单元是偏于安全的。”

我个人的观点是：对于重力式挡土墙，这段解释是正确的，因为重力式墙主要是靠自重来稳定。但对于悬壁式和扶壁式墙，“沿弧长方向取1延米作为稳定计算单元是偏于安全的”这话是否正确就很值得研究。我们知道悬壁式和扶壁式墙主要靠墙后拖板上的土重来维持稳定，而按圆弧布置的挡土墙的背后拖板的面积是扇形，受两端直墙拖板的影响，圆弧段拖板的面积大幅度减少，因此其稳定如果还是沿弧长方向取1延米作为稳定计算单元，那肯定是偏于不安全的！除非减少两端直墙拖板的面积来保证圆弧段拖板的面积，而工程师们在设计时很少作出这样的调整。

我在黄冈磨盘嘴节制闸进口挡土墙设计时就遇到了这个问题。受地形限制，圆弧段墙拖板的面积很小，如果沿弧长方向取1延米作为稳定计算墙的稳定能满足要求，但如果取相邻两道永久缝之间的墙体部分作为稳定计算单元，其稳定安全系数则差很多，怎样调整都难满足要求，最后只能把圆弧段墙改为重力式才满足要求，两边的仍为悬壁式。这样又带来了一个新问题也要引起大家注意，就是墙的型式不一样，墙高一样，那么地基应力差别较大，如果是软基，沉降问题会相当突出。不瞒大家，我上面提到的磨盘嘴节制闸进口挡土墙，就因为圆弧段墙为重力式，两端的墙为悬壁式，建成后弧段墙沉降就明显大于两端墙，尽管问题不大，但这也算是个教训。说半天，我的意见是：按圆弧布置的挡土墙，必须取相邻两道永久缝之间的墙体部分作为稳定计算单元。务必请大家记住。

我在前面谈到过：填料土抗剪强度指标选择是否正确合理对水工挡土墙的设计影响非常大，指标不确切引起的土压力误差可能远远大于计算方法引起的误差！但绝对不是说计算方法不重要，不正确的计算方法同样会导致严重后果。我在审阅大家的设计报告时发现，无论何种情况，大家在计算墙的稳定时都是采用主动土压力公式计算，一般来说这样做并没有错误，但在特殊情况下同样可能发生严重后果。大家都知道，土压力有主动和被动之分，采取那种计算方法主要根据结构在土压力的作用下可能产生的变形情况确定：土基上的建筑物（比如泵房），在土压力的作用下往往产生背离土方向的变形，因此可按主动土压力计算，