扶壁式挡土墙在水工建筑物中应用的设计要点

程洁铃 殷辉

摘要：挡土墙在水利水电工程中得到广泛应用，文章以扶壁式挡土墙为例，依据《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007），简要说明水工扶壁式挡土墙的设计要点，为水利设计者在扶壁式挡土墙的设计中提供的一定的参考。

关键词：扶壁式挡土墙;水工建筑物;稳定计算;结构计算

中图分类号：TV223 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）12-0071-02

1概述

扶壁式挡土墙（又称为扶垛式挡土墙）由底板及固定在底板上的直墙和扶壁构成的，主要依靠底板上的填土重量维持稳定的挡土建筑物。扶壁式挡土墙是在悬臂式挡土墙的基础上发展起来的，属于轻型钢筋混凝土结构。在挡土墙高度大于6m的土质地基上可采用扶壁式挡土墙。

扶壁式挡土墙在水利水电工程中可以用于水库下游的岸墙，隧洞出水渠段的边墙，倒虹吸进出水池的边墙等。与用于公路、铁路等行业边坡治理的挡墙相比，应用于水工建筑物中的挡墙存在墙前水位，受墙前水位降落的影响，挡墙所受的水重、静水压力、扬压力等荷载会发生变化，因此水工挡土墙可能存在的工况类型更多，设计更复杂。

2稳定计算要点

扶壁式挡土墙在设计过程中应先进行稳定计算，选取最危险工况下的计算结果，以确定挡土墙的尺寸。

首先，应根据水工建筑物的级别确定挡土墙的级别;其次，应该进行挡土墙的抗滑稳定、抗倾覆稳定、地基应力等计算。扶壁式挡土墙进行稳定计算时取相邻两永久缝之间的挡土区段作为一个计算单元。在进行土压力计算时，应该根据墙后填土的性质选择合适的公式，墙后填土为均质无粘性土时，土压力的计算可按文献[1]附录A中公式（A.0.1-1）～（A.0.1-5）进行计算;墙后填土为粘性土时，土压力的计算可按文献[1]附录A中公式（A.0.2-1）～（A.0.2-3）进行计算。抗滑稳定计算应根据地基性质选择合适的公式，参照文献[1]中公式（6.3.5-1）-（6.3.5-7）进行计算。抗倾覆稳定计算按文献[1]中公式（6.4.1）进行计算。地基应力的计算按文献[1]中公式（6.3.3）进行计算。

3结构计算要点

在进行结构内力计算时，需要将扶壁式挡土墙的各个部位进行不同地简化。土质地基上扶壁式挡土墙底板的前趾可简化为固支在墙体上的悬臂板，按受弯构件计算，按文献[1]附录C中公式（C.4.2-1）～（C.4.2-3）进行计算;底板、墙身距墙身和底板交线1.5倍扶壁间距以内部分可简化为三边固支、一边自由的弹性板，按双向板计算，其余部分按单向板计算，按文献[1]附录C中公式（C.3.1-1）～（C.3.1-6）进行计算;扶壁可简化为固支在底板上的悬臂梁，将扶壁与墙体作为一个共同作用的整体结构，按受弯构件计算，按文献[1]附录C中公式（C.3.2-1）～（C.3.2-3）进行计算。

4案例

某水库泄洪洞出水渠采用扶壁式挡土墙作为边墙，挡土墙高度6.6m，基础为砂卵砾石，墙后回填土容重取22.0kN/m³，内摩擦角ψ取21°，粘聚力取5kPa。初步拟定扶壁式挡土墙每10米为一段，底板厚度为0.8m，墙身顶部宽d为0.5m，底部宽D为0.83m，墙身外侧坡比1：0.5，墙趾悬挑长L1为1m，墙趾悬挑长L2为4.5m，扶壁间距4.5m，扶壁厚0.5m。

4.1稳定计算

泄洪隧洞为3级建筑物，因此确定扶壁式挡墙级别为3级。根据规范要求，抗滑安全系数Kc、抗倾覆安全系数K。不小于1.5，地基应力应不超过地基承载力，且满足应力的最大值与最小值之比小于1.5。

根据工程经验，泄洪洞出水渠在设计洪水位泄洪完成，挡墙内侧水位已经降落，而墙外水位尚未降落至排水孔底部高程状态下挡墙处于最危险状态。该工况下挡土墙内侧水位为0，外侧水位取3.8m。

为简化计算，假設挡墙外侧为铅直，扶壁重量按填土重量计算，计算结果偏安全。通过计算发现，初步拟定的尺寸计算结果不满足规范要求，通过改变墙趾悬挑长、墙踵悬挑长或扶肋间距进行计算，计算结果见表1。

通过稳定计算，确定扶壁式挡土墙尺寸为墙身总高7.4m，底板厚度为0.8m，墙身顶部宽d为0.5m，底部宽D为0.83m，墙趾悬挑长L1为1.2m，墙趾悬挑长L2为5m，扶壁间距4m，扶壁厚0.5m。

4.2结构计算

将墙身荷载简化为三角形荷载，墙身、墙踵、墙趾、、扶壁部分分别按照文献[1]中相应地公式进行计算，混凝土保护层厚度取50mm，计算结果见表2、表3。

根据计算结果可知，该扶壁式挡土墙墙身、墙踵、墙趾、扶壁均按最小配筋率配筋，墙身为不等厚结构，为安全起见，取最大厚度处截面的配筋率进行配筋。

5结束语

扶壁式挡土墙在水工建筑物中运用广泛，理正、远盛等软件均开发出扶壁式挡土墙计算的功能，但作为水工设计者，不应该过分依赖软件，应该充分学习规范，以规范为准绳，用规范检验软件的计算结果。