挡土墙在排水明渠设计中的应用

(中国市政工程中南设计研究总院有限公司　广东　东莞　523000)

一、工程概述

某城市片区内涝整治工程，需要将道路雨水排入邻近的湖泊。拟采用排水明渠形式与市政雨水管网相接，明渠长度约为405米，采用梯形截面，底宽3.0米，顶宽4.4米，渠深2.5米。

二、明渠结构形式选择

明渠侧壁采用挡土墙结构，由两个挡土墙围成明渠的断面，挡土墙的常用形式如下：

(一)重力式挡土墙

重力式挡土墙是依靠自身重力来维持挡土墙在土压力作用下的稳定的，通常由块石、毛石，混凝土等砌筑,。其圬工量较大但形式简单，施工方便,是最常用的一种挡土墙。重力式挡土墙可根据其墙背的坡度分为仰斜、俯斜、直立三种类型。按土压力理论，仰斜墙背的主动土压力最小，而俯斜墙背的主动土压力最大，垂直墙背位于两者之间。三种挡土墙适用范围不同，对于支挡挖方工程的边坡，适宜采用仰斜墙背。反之，如果是填方工程，则宜用俯斜墙背或垂直墙背，以便填土易夯实。在个别情况下，为减小土压力，采用仰斜墙也是可行的，但需要保证墙背的回填土质量。重力式挡土墙由于体积和重量较大，对地基承载力的要求较高。在岩基上，虽然承载力不起控制作用，但高的重力式挡墙由于断面大，材料耗费较多，也不经济，一般高度在6 m以下较为经济合理。

(二)悬臂/扶壁式挡土墙

悬臂式挡土墙主要由立壁、趾板及踵板三个钢筋混凝土构件组成，主要靠自重及底板上的填土重量来维持稳定。挡土墙高度大于6 m 时,常选用钢筋混凝土悬臂式挡土墙。由于踵板的长度较长，一般适用于填方边坡。扶壁式挡土墙是加强的悬臂式挡土墙，与悬臂式挡墙相比，扶壁式挡墙在立壁与踵板之间增加了肋板。挡土墙高度大于8 m 时,如果采用悬臂式挡土墙，会造成立壁太厚，配筋太多，在进行扶壁式挡土墙设计时,可将墙身及墙踵作为三边固定的板进行计算。悬臂/扶壁式挡土墙墙身断面小，自重轻，能较好发挥材料的性能，所需地基承载力较低。

(三)衡重式挡土墙

衡重式挡土墙是指利用衡重台上部填土的重力而墙体重心后移以抵抗土体侧压力的挡土墙。最大优点是可利用衡重平台上的填土重、迫使墙身整体重心后移，使基底应力趋于均衡，增加了墙身的稳定性、这样可适当提高挡土的高度，但从另一方面来讲，衡重式挡墙的构造形式又限制了其基底不可能做得很大，因此就扩散挡墙基底应力而言，衡重式挡土墙反而不如其他形式的挡土墙，其提高挡土的高度也是比较有限的。

带卸荷板的重力式挡墙，既可以利用卸荷板上的填土重来迫使墙整体重心后移使基底压力趋于均衡，又在很大程度上减小了土体对挡墙的主动土压力，如能科学地、合理地使用，可大大地提升挡墙的高度。

本项目由于沟渠断面为梯形，而悬臂/扶壁式挡土墙一般为垂直的立壁，其次由于排渠深度只有2.5米，并考虑两侧为填方施工，故适宜直立重力式挡土墙。如图所示：

明渠横断面图

三、明渠结构设计要点

(一)基础及地基处理

为增强基底的抗滑稳定性，设置抗滑凸榫，凸榫尺寸为300x600，设置在挡土墙前部，墙趾下方以防止水流冲刷掏空挡土墙下部土体。地基处理根据基础底部土层的不同采取相应的措施。地基为素填土时，换填300厚的级配碎石垫层，压实系数≥0.97；地基为淤泥，深度≤3米时，可以采用抛石挤淤，深度>3米时，采用水泥搅拌桩对地基进行处理。

(二)排水设计

对于浆砌块石挡土墙，需要在墙体上设置泄水孔。最下一排泄水孔高出墙外地表200-300mm。泄水管采用φ50PVC管，倾斜度i=5%，水平及竖向间距均为2m-3m，上下排泄水孔呈梅花形布置。墙后泄水管对应处设置反滤包，反滤包底部夯实黏土隔水层，上部为300厚的砾石层及150厚的砂砾层。

(三)沉降缝与伸缩缝

为避免地基不均匀沉降引起墙身开裂,需按墙高和地基性质的变异设置沉降缝,同时,为了减少圬工砌体因收缩硬化和温度变化作用而产生裂缝,需设置伸缩缝。挡土墙的沉降缝和伸缩缝设置在一起,每隔10 m ～ 15 m 设置一道,缝宽2 cm ～ 3 cm,自墙顶做至基底,缝内宜用沥青麻絮等具有弹性的材料填塞,沿墙的内、外、顶三侧填塞,填塞深度不小于15 cm

(四)渠底结构设计

渠底结构设计的好坏直接影响水流的顺畅程度。本工程渠底面层采用C25的200厚混凝土。首先夯实地基土，在其上设置500厚的毛石，在面层和毛石之间设置200厚的碎石作为过渡层。为了消除地下水对渠底的影响，每隔10米在混凝土面层上设置一根φ50PVC来平衡上下部的水压。

四、结语

挡土墙断面的设计是排渠设计中的难点和重点，本文工程实例通过采用两个直立式挡墙形成排水明渠的断面，简要介绍了挡土墙在排水明渠设计中的应用，分析了明渠结构设计的要点，给排水明渠的设计提供了参考。