《水工挡土墙设计规范》中关于基底应力允许比值的探讨

滕少华

(怀化市水利电力勘测设计研究院，湖南 怀化 418000)

1 问题的提出

水工挡土墙在水库枢纽、库区、水电站及各种渠系建筑物工程中有着广泛应用，不但具有一般挡土墙的挡土作用，而且还具有岸边连接、挡水、导水及侧向防渗等多种功能。重力式挡土墙多就地取材，构造简单，高度一般在2～10m，施工方便，经济效果较好，特别是渠系水工建筑物中应用广泛。一般挖坡建墙宜用仰斜式，其土压力小，且墙背可与边坡紧密贴合。填方地区可用直立和俯斜式，便于施工使填土夯实。而在山坡上建墙，则宜用直立，因此时仰斜墙身较高，俯斜则土压力太大。现行SL379- 2007《水工挡土墙设计规范》中的6.3.1条对土质地基和软质岩石地基上的挡土墙基底应力的最大值与最小值之比有要求，但GB50007- 2011《建筑地基基础设计规范》却无此要求。但其对地基有变形计算要求。现探讨SL379- 2007对基底应力之比进行允许值控制是否一定合理。

2 问题探讨

对SL379- 2007中公式(6.3.3)进行变形得：

(1)

从式(1)可知：在偏心距e=L/6时，基底最小压力为零。出现上述情况，是否可保障建、构筑物的安全，我们从地基的临塑荷载及破坏型式进行探讨。

地基在荷载作用下往往由于承载力不足而产生剪切破坏。通过剪切破坏的P～S曲线可知：当荷载较小时，基底压力P与沉降S基本上成直线关系，属线性变形阶段，相应于端点的荷载称临塑荷载，以Pcr表示。地基的临塑荷载是指塑性区将要出现而尚未出现时作用在地基上的单位面积压力。临塑荷载的计算公式可根据土中应力计算的弹性理论和土体极限平衡条件导出。工程实践表明，在大多数情况下，即使地基发生局部剪切破坏，地基中塑性区有所发展，只要塑性区范围不超出某一限度，就不致影响结构的安全和正常使用，因此以Pcr作为地基土的承载力无疑偏于保守。地基塑性区发展的容许深度与结构类型、荷载性质以及土的特性等因素有关。一般认为，在中心荷载下，塑性区的最大发展深度可控制在基础宽度的1/4，而其对应的承载力可作为地基承载力特征值。其值一般为地基极限承载力的1/3～1/2。可见地基承载力是有一定的安全度。

中国建筑标准设计研究所出版的标准设计图集J008- 1-3《挡土墙》2002年合订本，其中含重力式、抗震重力式和钢筋混凝土挡土墙。重力式挡土墙统一编号GJBT- 368，图集号95J008- 1，主编单位：长沙有色冶金设计研究院。重力式挡土墙中有仰斜式、衡重式、直立式和俯斜式。仰斜式(代号YXA1A4D)、衡重式(代号HZA2A5A)、直立式(代号ZLA0B4ED)、俯斜式(代号FXA0A3D)，4种型式的挡土墙，墙高均为5m，其墙趾压力分别为203～319kPa不等，但墙踵压力均为0kPa。抗震重力式挡土墙、钢筋混凝土挡土墙中也有上述情况存在。如果对上述4种型式中的衡重式、直立式、俯斜式挡土墙进行设计验算，要达到规范SL379- 2007的基底应力最大值与最小值之比的要求，采用岩土软件-挡土墙进行验算，其断面需分别增大14%～23%，其抗滑和抗倾系数也同时较现行规范要求值增加较大。至于仰斜式，如果不改变墙身坡比，则难以满足要求。

中国建筑出版社朱彦鹏等编著出版的《支挡结构设计计算手册》，其中的重力式挡土墙设计计算图表也有较多墙踵压力为零的情况存在。以上标准图集、文献虽然说明了图集适用于一般地区，不适用于特殊地区(如盐渍土、膨胀土、湿陷性黄土、永冻土等)和病害地区(如浸水区、地震设防区、滑坡区、泥石流区等)。但现实设计中，水工挡土墙体型还是会参考标准设计图集。只是水工挡土墙须考虑其工况的特殊性：①水工挡土墙建基处应避开细、粉砂和粉土易液化的地层。平均粒径d50=0.07～1.0mm范围的土，抗液化性能最差。如不能避开，则须采取消除液化的工程措施。②水工挡土墙基础埋深应满足冲刷深度要求。③水工挡土墙应考虑洪水浸泡导致墙后填料物理力学指标变化、扬压力以及墙前水位降落等情况与工况。在满足上述条件下，即便不能满足水工挡土墙基底应力最大值与最小值之比要求，工程实践表明也能保证水工挡土墙长久安全的运行，不致使结构产生过大的不均匀沉降及可能的倾覆破坏。

3 工程实例

图1 衡重式浆砌石挡土墙

长田湾中型灌区总干渠桩号5+918～5+956段，由于地质条件差，排水不畅，暴雨后水毁造成外堤滑动破坏，不能运行。破坏段紧靠省道，水平距离短，采用仰斜式浆砌石挡土墙进行修复。断面尺寸见图2。

图2 仰斜式浆砌石挡土墙断面尺寸

4 结语

在几乎所有的水工建筑物设计中都会遇到挡土墙，水工挡土墙多在有水条件下应用。应用广泛和运用条件复杂是水工挡土墙的两个显著特点。墙型的合理选择对挡土墙的安全和经济性有着较大影响。现行水工挡土墙设计规范中关于基底应力比值的要求，部分会增大挡土墙断面，在点多面广的中小型水利工程中要求偏严(基底下有软弱下卧层则另当别论)。建议修订时参考建筑方面的规范，以利拓展水工挡土墙的应用范围，节省投资。