扶壁式擋土墻在水工建筑物中應用的設計要點

程潔鈴 殷輝

摘要：擋土墻在水利水電工程中得到廣泛應用，文章以扶壁式擋土墻為例，依據《水工擋土墻設計規范》（SL379-2007），簡要說明水工扶壁式擋土墻的設計要點，為水利設計者在扶壁式擋土墻的設計中提供的一定的參考。

關鍵詞：扶壁式擋土墻;水工建筑物;穩定計算;結構計算

中圖分類號：TV223 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）12-0071-02

1概述

扶壁式擋土墻（又稱為扶垛式擋土墻）由底板及固定在底板上的直墻和扶壁構成的，主要依靠底板上的填土重量維持穩定的擋土建筑物。扶壁式擋土墻是在懸臂式擋土墻的基礎上發展起來的，屬于輕型鋼筋混凝土結構。在擋土墻高度大于6m的土質地基上可采用扶壁式擋土墻。

扶壁式擋土墻在水利水電工程中可以用于水庫下游的岸墻，隧洞出水渠段的邊墻，倒虹吸進出水池的邊墻等。與用于公路、鐵路等行業邊坡治理的擋墻相比，應用于水工建筑物中的擋墻存在墻前水位，受墻前水位降落的影響，擋墻所受的水重、靜水壓力、揚壓力等荷載會發生變化，因此水工擋土墻可能存在的工況類型更多，設計更復雜。

2穩定計算要點

扶壁式擋土墻在設計過程中應先進行穩定計算，選取最危險工況下的計算結果，以確定擋土墻的尺寸。

首先，應根據水工建筑物的級別確定擋土墻的級別;其次，應該進行擋土墻的抗滑穩定、抗傾覆穩定、地基應力等計算。扶壁式擋土墻進行穩定計算時取相鄰兩永久縫之間的擋土區段作為一個計算單元。在進行土壓力計算時，應該根據墻后填土的性質選擇合適的公式，墻后填土為均質無粘性土時，土壓力的計算可按文獻[1]附錄A中公式（A.0.1-1）～（A.0.1-5）進行計算;墻后填土為粘性土時，土壓力的計算可按文獻[1]附錄A中公式（A.0.2-1）～（A.0.2-3）進行計算。抗滑穩定計算應根據地基性質選擇合適的公式，參照文獻[1]中公式（6.3.5-1）-（6.3.5-7）進行計算。抗傾覆穩定計算按文獻[1]中公式（6.4.1）進行計算。地基應力的計算按文獻[1]中公式（6.3.3）進行計算。

3結構計算要點

在進行結構內力計算時，需要將扶壁式擋土墻的各個部位進行不同地簡化。土質地基上扶壁式擋土墻底板的前趾可簡化為固支在墻體上的懸臂板，按受彎構件計算，按文獻[1]附錄C中公式（C.4.2-1）～（C.4.2-3）進行計算;底板、墻身距墻身和底板交線1.5倍扶壁間距以內部分可簡化為三邊固支、一邊自由的彈性板，按雙向板計算，其余部分按單向板計算，按文獻[1]附錄C中公式（C.3.1-1）～（C.3.1-6）進行計算;扶壁可簡化為固支在底板上的懸臂梁，將扶壁與墻體作為一個共同作用的整體結構，按受彎構件計算，按文獻[1]附錄C中公式（C.3.2-1）～（C.3.2-3）進行計算。

4案例

某水庫泄洪洞出水渠采用扶壁式擋土墻作為邊墻，擋土墻高度6.6m，基礎為砂卵礫石，墻后回填土容重取22.0kN/m³，內摩擦角ψ取21°，粘聚力取5kPa。初步擬定扶壁式擋土墻每10米為一段，底板厚度為0.8m，墻身頂部寬d為0.5m，底部寬D為0.83m，墻身外側坡比1：0.5，墻趾懸挑長L1為1m，墻趾懸挑長L2為4.5m，扶壁間距4.5m，扶壁厚0.5m。

4.1穩定計算

泄洪隧洞為3級建筑物，因此確定扶壁式擋墻級別為3級。根據規范要求，抗滑安全系數Kc、抗傾覆安全系數K。不小于1.5，地基應力應不超過地基承載力，且滿足應力的最大值與最小值之比小于1.5。

根據工程經驗，泄洪洞出水渠在設計洪水位泄洪完成，擋墻內側水位已經降落，而墻外水位尚未降落至排水孔底部高程狀態下擋墻處于最危險狀態。該工況下擋土墻內側水位為0，外側水位取3.8m。

為簡化計算，假設擋墻外側為鉛直，扶壁重量按填土重量計算，計算結果偏安全。通過計算發現，初步擬定的尺寸計算結果不滿足規范要求，通過改變墻趾懸挑長、墻踵懸挑長或扶肋間距進行計算，計算結果見表1。

通過穩定計算，確定扶壁式擋土墻尺寸為墻身總高7.4m，底板厚度為0.8m，墻身頂部寬d為0.5m，底部寬D為0.83m，墻趾懸挑長L1為1.2m，墻趾懸挑長L2為5m，扶壁間距4m，扶壁厚0.5m。

4.2結構計算

將墻身荷載簡化為三角形荷載，墻身、墻踵、墻趾、、扶壁部分分別按照文獻[1]中相應地公式進行計算，混凝土保護層厚度取50mm，計算結果見表2、表3。

根據計算結果可知，該扶壁式擋土墻墻身、墻踵、墻趾、扶壁均按最小配筋率配筋，墻身為不等厚結構，為安全起見，取最大厚度處截面的配筋率進行配筋。

5結束語

扶壁式擋土墻在水工建筑物中運用廣泛，理正、遠盛等軟件均開發出扶壁式擋土墻計算的功能，但作為水工設計者，不應該過分依賴軟件，應該充分學習規范，以規范為準繩，用規范檢驗軟件的計算結果。