16.7 m高扶壁式挡土墙在建筑工程中的应用

王 莉 玲

(山西大同煤矿设计研究有限公司，山西 大同 037003)

规模较大的高扶壁式挡土墙结构通常选用的是钢筋混凝土材料，其整体由墙面板、墙踵、墙趾和扶壁三部分构成，通常其墙面板较薄，属于薄壁类型的挡墙，其结构形式如图1所示。由于高挡墙的墙身高度，在平面外容易出现失稳、倾覆等问题，因此对悬臂墙面板沿着平面方向，在底板每间隔固定距离设置(通常选取1/2～1/3挡墙高)扶壁，保证结构整体的稳定性和承载能力。扶壁可以有效提升挡墙面板的刚度与整体性，提高挡墙各部分构件之间的协调受力特性，降低了墙面板对侧向位移。通常该形式的挡墙结构设计是结合结构所在项目的实际情况进行的，不同地质勘查条件、水文条件等对高扶壁式挡墙结构设计影响很大。

1 工程概况

该工程项目位于同煤集团晋华宫矿，因为洗煤厂残生的煤渣和煤灰较多，用防浮抑尘网很难达到预期的防尘目的，因此，建设提出使用挡墙的方式来实现。因此该项目初步设计方案确定选用扶壁式挡土墙结构来完成挡煤，初步要求挡煤墙设计高度不低于16.7 m,当地冻深为1.8 m，挡土墙采用C30混凝土,直径不大于10 mm的钢筋采用HPB300级钢筋，直径大于10 mm钢筋采用HRB400级钢筋。

2 扶壁式挡墙理正岩土软件计算

2.1 模型建立

2.1.1建模依据

1)地勘信息。

该项目根据甲方所提供的地质勘查资料地质情况自上而下显示如下：

第①层为杂填土，平均厚度为0.7 m～1.3 m之间。

第②层为湿陷性粉土，平均厚度为1.8 m～3 m之间。

第③层为粉质黏土，平均厚度为1.5 m～6.2 m之间。

根据地勘建议，挡墙埋深建议为2.5 m左右，承载力特征值为230 kPa，其场地类别为Ⅱ类，抗震烈度为8度，加速度大小为0.2g。

2)承载力及稳定性计算。

该项目的扶壁式挡墙整体的地基验算计算主要包含两个方面：一是验算挡墙基础部分的地基承载力是否能够达到承载力的要求；二是计算基底合力偏心距大小，避免出现不均匀沉降的问题。

挡墙的底部压应力均值和最大值计算如下：

当e≤b/4或e≤b/6时：

承载力均值公式:f=(Gk+Paz)/b×L≤fa。

当b/6≤e≤b/4时:

fmax=2(Gk+Paz)/3a×L≤1.2fa。

3)扶壁式挡墙参数。

关于扶壁式挡墙的参数及其对地基承载力和稳定性的影响如表1所示。

表1 扶壁式挡墙各项参数及其对整体的影响

通过表1参数能够发现，当地基的承载力达不到工程需求时，可选取增大墙趾板或墙踵板的宽度来降低基地压应力的最大值或均值，进而实现合理化挡墙基础设计的目的。此外，还可以选取地基处理或桩基础等形式来实现地基承载力的提高。对于实体项目，必须根据实际情况采取相应的措施。

此外，还应当对结构整体的抗滑、抗倾覆等，在设计和计算中要注意控制，以达到整体承载力和稳定性控制的目的，同时也保证了设计结果的经济性。

2.1.2项目模型建立

该工程中悬臂式挡墙建模采用理正岩土6.0计算，其主要参数设置如下：

根据地质勘查报告，其墙后的填土内摩擦角大小为35°；填土的粘聚力大小为20 kPa；容重大小为19 kN/m3；地基承载力修正后为230 kPa；挡墙底部的摩擦参数为0.5；计算理论采用库仑土压力计算理论。根据《建筑边坡工程技术规范》规定扶壁式挡墙两扶壁间的距离宜取挡墙高度的1/2～1/3,扶壁的厚度宜取扶壁间距的1/8～1/6。另外还规定挡土墙迎土面的裂缝不应大于0.2 mm,背土面的裂缝不应大于0.3 mm。结构模型建立结果如图2所示。

挡墙尺寸如表2所示，挡墙模型建立符合规范规定的各项条件要求。

表2 扶壁式挡墙尺寸参数大小 m

2.2 计算分析

根据软件自动工况组合，结构整体的最不利工况组合下的各项参数验算结果如下：

1)地基承载力验算。

根据作用于基底的合力偏心距验算在最不利组合的条件下，符合公式计算的要求，即：作用在挡墙基底部分的合力偏心距验算公式如下：

e=0.252≤0.250×6.750=1.688 m，满足要求。

对于墙趾部分的地基承载力计算结果显示，基底压应力=193.608 kPa<230 kPa,满足要求。

对于墙踵部分的地基基础承载力计算结果显示，主压应力=122.763 kPa<230 kPa，符合规范对地基承载力的要求。

基底平均承载力大小验算，结果显示基底压应力=158.185 kPa<230 kPa，符合规范对地基承载力的要求。

2)结构滑动稳定性计算。

根据基本参数，该结构的基底摩擦系数为0.5；其滑移力大小为2 359.2 kN，其抗滑力计算结果为4 010.6 kN，则其抗滑移验算结果Kc=1.7>1.300，符合规范要求。

3)倾覆验算。

对于挡墙的抗倾覆验算，软件计算结果显示，挡墙底部的倾覆力矩为3 334.667 kN·m，抗倾覆力矩为14 339 kN·m，符合倾覆验算满足条件K0=4.3>1.600的要求。

对于挡墙的趾板的底部，各项计算参数如下：

墙趾板的截面高度大小为0.5 m，墙趾板在截面剪力最不利工况下，截面的剪力大小为1 223.17 kN，其截面的抗剪承载力验算结果符合要求，无需配置抗剪腹筋。截面抗弯承载力符合要求，配筋为构造配筋，配筋面积As=1 000 mm2，同时，结构的抗裂计算裂缝为0.05,符合规范要求。

4)挡墙的墙踵板强度验算计算。

该挡墙踵板高度为0.5 m，其在最不利荷载组合下的剪力符合要求；踵板跨中部分的配筋大小为1 000 mm2；其裂缝验算大小为w=0.041，符合要求；该挡墙的踵板和墙面板交叉的支座部分，其配筋面积为构造配筋，即As=1 000 mm2；裂缝计算宽度大小为0.068 mm。

5)挡墙墙面板强度计算。

该挡墙面板的截面厚度大小为0.5 m，其水平和竖向的强度验算如下：

矿中计算配筋为500 mm2，其在最不利荷载作用下的裂缝为0.1 mm，符合规范要求。

6)扶壁截面强度验算。

挡墙的扶壁间距为4.0 m，其肋板的截面宽度为0.4 m，平均高度为1.5 m，扶壁在最不利组合作用下的抗剪承载力符合要求，无需设置抗剪附筋。扶壁的配筋面积为1 248 mm2，裂缝宽度不大于0.2 mm，满足现行规范的要求。

距离墙顶8.75 m的位置的扶壁，其抗弯、抗剪承载力均符合要求，计算配筋面积为2 288 mm2，裂缝宽度不大于0.2 mm，满足要求。

距离墙顶为13.125 m处的扶壁，其截面抗弯抗剪符合要求，其配筋面积大小为3 328 mm2，裂缝宽度不大于0.2 mm，满足要求。

距离墙顶17.500 m部分的墙体截面抗弯和抗剪承载力均符合要求，其截面配筋面积大小为4 368 mm2，在最不利荷载组合下的裂缝宽度不大于0.3 mm，符合要求。

2.3 挡土墙后填土料选择和防水

关于挡土墙的做法如下：

1)为了实现排水的目的，该挡墙泄水孔选用的做法参考图集04J008中第18页，泄水孔按照间距2 m梅花状布置，最底部设置一排泄水孔，其高度高于200 mm。此外，为了做好防水处理，该挡墙基础表面涂抹沥青油两遍。

2)挡土墙墙背回填填料根据附近土源，尽量选用抗剪强度高和渗透性强的砾土和砂土，当选用黏土时，应掺入适量的砂砾或碎石；不得选用膨胀土、淤质土、耕填土等作为填料，基地部分墙后填料应采用夯实黏土。当混凝土强度等级达到设计等级的75%以上时方可进行回填。

3 结语

在该工程中对扶壁式挡墙采用了理正计算机软件计算和人工复核的方法，人工复核参照《公路与城市道路设计手册》复核结果与理正软件计算的结果出入不大，计算出挡墙抗滑移系数Kc=1.56>1.3,抗倾覆安全系数K0=3.95>1.6,挡土墙地基平均承载力压应力为168.5 Pa<230 Pa,挡土墙其他各个部位的配筋面积与理正软件计算面积相差不超过4%，基本符合，确保了挡墙的安全性。该工程于2015年竣工并投入使用，使用效果良好，受到了建设方和施工方的好评。

参考文献:

[1] 蒋 波.挡土结构土拱效应及土压力理论研究[D]．杭州：浙江大学，2005.

[2] 刘佑荣,唐辉明.岩体力学[M].武汉:中国地质大学出版社,1999:172-190.

[3] 李剑兰.扶壁式挡土墙的设计[J].广东科技，2004，32(4)：33-34.

[4] 李晓明.扶壁式挡土墙在广宁县城防洪工程中的应用[J].城市建设理论研究(电子版)，2012(11)：77-79.