重力式悬臂式扶臂式挡土墙在工程设计中的应用(1)

胡寅东

（阜阳市水利规划设计院，安徽阜阳236000）

［摘要］在水利工程设计中挡土墙利的效果，及水利工程挡土墙形式的选用和稳定性验算的主要措施。

［关键词］水利工程；挡土墙；设计应用在水利工程设计中我们经常遇到的施工场地高低不平、落差较大的情况，那么既可让施工建筑场地美观实用，又可节约土方平整工作量，降低工程总造价的方法就是修建挡土墙。挡土墙有重力式、悬臂式、扶臂式及板桩式等多种形式。现就本人设计中经常遇到的挡土墙形式应用一点感受论述如下。

1挡土墙形式的选用

挡土墙除可按结构型式划分为重力式、悬臂式、扶臂式、衡重式、半重力式、U形结构、板桩式和空箱式等外，又可按材料的选用分为砖砌、毛石、混凝土和钢筋混凝土等。挡土墙形式的选用应根据工程现场建筑物总体布置要求、地基情况、施工技术条件、水位强度、周边环境、当地材料、及造价等因素合理选择。

1）重力式挡土墙。重力式挡土墙由混凝土和浆砌石，它靠自身的重力来抵抗土压力。因其构造简单、施工方便、取材容易，经济效果好，在小型水工建筑物中得到广泛应用。根据墙背的型式，重力式挡土墙可分为仰斜、竖直和俯斜三种。按主动土压力大小，重力式挡土墙要优先采用仰斜挡土墙，竖直次之，俯斜少用。仰斜式的墙后填土不易压实，用于渠道滑坡和崩塌防治工程时较为合理，墙背竖直或俯斜式用于填方较省劲。重力式挡土墙的顶宽不宜小于50cm，底宽约为墙高的1/2～1/3，墙高较小且填土质量好的墙，初算时底宽可取墙高的1/3。为了减少墙身材料，墙体在地面以下部分可做成台阶式，以增加墙体抗倾覆的稳定性。墙底埋深应不小于50cm，为了增大墙底的抗滑能力，基底可做成逆坡。重力式挡土墙的缺点是当墙高超过5.5m时，要保证其稳定性，势必造成很大的体量，材料用量较多，不太经济。

2）悬臂式挡土墙。悬臂式挡土墙一般由断面较小的立墙和底板组成，属轻型钢混结构。当墙高大于5m时，墙的稳定主要依靠墙踵悬臂以上土重维持。墙体内设置钢筋承受拉应力，故墙身截面较小，因此，选用钢筋混凝土悬臂式较为合理。8m以下高度范围内应用较多。

3）扶臂式挡土墙。扶臂式挡土墙也属轻型钢混结构，由墙面板、底板和扶臂组成，其稳定性也主要靠底板以上填土重来保证。当墙高大于10m时，竖臂所受的弯矩和产生的挠度都较大，为了经济合理必须选用扶臂式。扶臂间填土增加抗滑和抗倾覆能力，一般用于重要的大型水利水电工程。悬臂式和扶臂式挡土墙在设计计算时，为了使挡土墙产生很好的抗倾覆和抗滑移效果，底板伸入墙内的宽度应大于墙外的宽度，其合理的宽度应是墙外宽度的1.5倍～2倍。墙臂及底板的受力计算可根据混凝土结构原理进行。当墙高大于10m时，为了节约造价，必须沿墙身纵向，每隔一定距离（0.3倍～0.6倍墙高）设置一道扶臂。扶臂底部伸入土中宽度可取墙高的1/3较为合理、经济。在进行扶臂式挡土墙设计时，可将墙身及墙踵作为三边固定的板，进行计算较为正确。

2挡土墙的稳定性验算

挡土墙的稳定性验算的目的是保证挡土墙不产生整体稳定破坏，一般有滑动破坏、不均匀下沉破坏、倾覆破坏三种。为此挡土墙的稳定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，即先根据挡土墙的土基、填土性质以及墙体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。如不满足要求，则修改截面尺寸或采取其他措施。特别要注意的是在软弱地基上倾覆时，墙趾可能陷入土中，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。作用在挡土墙上的荷载有：墙体受的重力，主动土压力以及墙底反力和墙面埋入土中

部分所受被动土压力，后者一般可忽略，其结果偏于安全。墙体按实际土的重度计算，计算土压力时，荷载采用标准值。在设计计算中，挡土墙的截面和底宽一般由抗滑移稳定验算控制，但从大量的资料来看，挡土墙的破坏，绝大多数为倾覆所致，这说明在抗滑移方面一般有较大的安全储备。

3挡土墙的墙身强度验算

墙身强度的验算，一般选在墙截面突变处，例如墙底台阶的上截面。对于重力式挡土墙来说，验算时，先计算此截面以上的部分，重力式挡土墙由块石、毛石砌筑，它靠自身的重力来抵抗土墙体的重力和相应高度的主动土压力，求得该截面的内力，然后压力。由于其结构简单、施工方便、取材容易而得到广泛应用。对于混凝土挡土墙来说，可根据弯矩和剪力计算根部的截面，根据墙背倾角的不同，重力式挡土墙可按仰斜、竖直和俯斜的种类来决定配筋的多少。

4挡土墙后背填土要求

根据资料显示，挡土墙后没有采取排水措施或是排水措施失效，是挡土墙倒塌的主要原因之一。由于地表水流入填土中使填土的抗剪强度降低，并产生水压力的作用。因此墙身应设置泄水孔，其孔径不宜小于10cm，外斜坡度为5%，间距2m～3m。一般常在墙后做宽约50cm的碎石滤水层，以利排水和防止填土中细粒土的流失。墙身高度大的，还应在中部设置盲沟。墙后填土宜选择透水性较强的填料。当采用粘性土作为填料时，宜掺入碎石，以增大土的透水性。

5挡土墙的基底压力验算

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。其验算方法及要求完全同天然地基浅基础验算方法。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。即要求墙底平均压力小于地基承载力f，且墙底边缘最大压力不大于1.2f。同时要求偏心距不大于b/4（b为挡土墙的墙身宽度）。当场地为湿陷性黄土地基时，挡土墙基底应按湿陷性黄土规范进行地基处理。

6工程实例

例如在阜阳市东城河泵站的挡土墙设计中，根据地形情况，设置了以块石为材料的重力式和以混凝土为材料的悬臂式两种形式的挡土墙。在墙高为4m以下时，采用了块石挡土墙；在墙高为2m左右时，墙顶厚度60cm，墙底厚度145cm；在墙高为4m左右时，挡土墙的稳定性验算，墙顶厚度已加至100cm，墙底厚度已增至190cm，地挡土墙的稳定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、填面埋深均为1m。可见随着墙高的增加，用材量也变得很可观。在墙高为5m～10m时，采用了扶臂式挡土墙，墙顶厚度仅为200mm，基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。如不满足要求，则修改截面尺寸或采取其他措施。

综上所述，挡土墙无论从选型还是在具体设计或施工中都会贯穿发生整体破坏。因此验算时应注意土的压缩性作用。挡土墙设计应遵循、安全、经济、合理的原则。尤其在地形复杂的山区或丘陵地带挡土墙上的荷载有：墙体受的重力，主动土压力以及墙底反力和墙面埋入土中部分所受被动土压力，后者一般可忽略不计，其结果偏小，一般来说挡土墙工程项目复杂且占不小投资比重，因此设计好挡土墙意义重大。

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