扶壁式挡土墙在公路工程设计中的运用

摘要：阐述了扶壁式挡土墙的主要特点和设计计算内容，包括结构设计及内力计算、稳定性验算、配筋设计计算，并通过工程实例介绍了扶壁式挡土墙的设计要点及过程，包括挡土墙结构尺寸及相关参数拟定、挡土墙设计计算、排水设施设计、沉降缝设置。扶壁式挡土墙具有节约占地、施工工艺简单、工期较短等优点，设计时，合理的结构尺寸和构造配筋尤为重要。

关键词：扶壁式挡土墙；结构设计；内力计算；排水设施

挡土墙是支撑路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳、以承受侧向土压力为主要受力方式的墙式构筑物，在公路工程中应用较为广泛，主要用于支撑填方路基或路堑边坡，以及桥台、沿河路堤、隧道出入口等，按挡土墙结构形式不同，主要有重力式、衡重式、锚杆式、悬臂式、扶壁式、加筋式等几种。本文主要阐述扶壁式挡土墙在公路设计中的应用。扶壁式挡土墙是一种钢筋混凝土薄壁式挡土墙，其结构形式主要是沿悬臂式挡土墙的纵向墙长方向，间隔一定长度设置一道扶壁，提高墙面板（立壁）与墙底板的连接强度，以承受较大的弯矩作用，改善墙面板与墙底板的受力条件，提高结构的刚度性能和整体稳定性，从而减小墙面板的变形，在需要设置较高挡土墙

1扶壁式挡土墙的主要特点

扶壁式挡土墙由墙面板、墙趾板、墙踵板及扶壁组成，结构形式如图1所示。其墙身断面尺寸比较小，结构形式与施工工艺比较简单，墙身自重比较轻，能够使材料发挥自身的强度性能，通常用于地基承载力较低的路段，也用于石材比较匮乏和对抗震要求比较高的地区。在填土高度较高的填方路段，为了减少占地面积和节约土石方工程数量，一般采用扶壁式挡土墙来稳定路堤。扶壁式挡土墙断面尺寸较小，墙踵板上的土体重力可有效抵抗倾覆和滑移，墙面板和扶壁共同承受土压力产生的弯矩和剪力，相对于悬臂式挡土墙受力较好。

2扶壁式挡土墙的设计计算

扶壁式挡土墙的结构稳定性是依靠墙身自重和墙踵板上方填土的重力来实现的，并且通过设置墙趾板达到增大挡土墙自身抗倾覆稳定性的目的，从而使挡土墙基底所承受的应力大大减小。设计计算内容主要涵盖挡土墙结构设计、墙身截面尺寸的拟定、墙身稳定性和基底应力及合力偏心距验算、墙身配筋设计和裂缝宽度验算等。扶壁式挡土墙的结构设计采用极限状态分项系数法，极限状态分为正常使用极限状态和承载力极限状态。正常使用极限状态指的是挡土墙出现下列状态之一时，即认定超过了正常使用的极限状态[1]：影响正常使用或外观变形；影响正常使用或耐久性的局部破坏；影响正常使用的其他特定状态。承载力极限状态指的是当挡土墙出现以下任何一种状态，即认定超过了承载力极限状态[1]：挡土墙整体或一部分挡土墙作为刚性结构失去平衡；挡土墙构件或连接部件因材料承受的强度超过极限而破坏，或因过量塑性变形而不适合继续承载；挡土墙结构变为机动体系或局部失去平衡。

2.1挡土墙结构设计及内力计算

扶壁式挡土墙的墙高一般不超过15m，分段长度一般为10m，扶壁间距一般取1/4～1/2的墙高，扶壁厚度依据扶壁背面的配筋要求，一般取扶壁净距的1/8～1/6，且≮0.3m。墙身截面可以采用随墙高向下增厚的变截面，也可采用等厚截面，墙面板宽度一般≮0.2m。墙底板由墙踵板和墙趾板两部分组成，墙踵板宽度由全墙抗滑稳定验算确定，并具有一定的刚度，一般取墙高的1/4～1/2，且≥0.5m。墙趾板宽度应依据挡土墙的抗倾覆稳定性、基底承载力（即地基应力）和偏心距等因素综合确定，一般取墙高的1/20～1/5，墙底板厚度一般≮0.3m。为增强扶壁式挡土墙的稳定性及抗滑移能力，墙底板下部常设置防滑凸榫，为了使防滑凸榫的土体产生最大的被动土压力，墙后的主动土压力不因设置防滑凸榫而增大，一般应特别注意防滑凸榫的设置位置。防滑凸榫高度应根据其前方土体的被动土压力能够满足抗滑稳定性的要求而确定。扶壁式挡土墙的设计计算一般应先假定各构件尺寸，然后通过验算、修改来完成，也可以采用结构优化的设计方法直接计算。墙身构造的内力计算一般包括墙面板的设计计算、墙踵板的设计计算、扶壁的设计计算。

2.2扶壁式挡土墙的稳定性验算

扶壁式挡土墙作为一种支挡结构物，设计时应考虑以下几种基本要求[2]：挡土墙不能滑移、不能倾覆；墙身要有足够的强度；基础能够满足承载力的要求。因此，扶壁式挡土墙的稳定性验算应包括抗滑稳定性、抗倾覆稳定性、基底应力及合力偏心距等方面的计算。抗滑稳定性指的是在外部荷载和墙后填土压力的作用下，挡土墙基础底部摩阻力抵抗墙体滑移的能力，一般用抗滑稳定性系数表示，即作用于挡土墙的抗滑力与实际下滑力的比值。抗倾覆稳定性指的是挡土墙抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力，一般用抗倾覆稳定系数表示，即对墙趾的稳定力矩和与倾覆力矩和的比值。为了满足挡土墙的基底容许承载力不小于基底应力，设计时必须对基底应力进行验算，为了保证挡土墙结构尺寸的合理性，并且能够避免发生较大的不均匀沉陷，还必须验算挡土墙基底的合力偏心距，并使其控制在合理范围之内。

2.3扶壁式挡土墙的配筋设计计算

扶壁式挡土墙是一种钢筋混凝土结构，在通过墙身构造设计及内力计算、稳定性验算，并最终确定截面尺寸后，应进行墙体的配筋设计计算，计算通过后，应画出每个截面的钢筋构造图，并给出详细的工程量。其墙面板、墙踵板、墙趾板均应按照矩形截面受弯构件配筋，扶壁按变截面T型结构配筋，配筋构造如图2所示。

3应用实例

河北省张家口市清水河滨河东、西路与南环线原为平面交叉，南环线大型货车较多，严重影响了通行车辆的行车安全，在对该平面交叉改造成立体交叉时，两条滨河路需分别设置跨线桥上跨南环线，为了节约占地，并考虑设置辅道的要求，跨线桥两端分别设置了长约300m的悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙，其中扶壁式挡土墙墙高为6.5～9m。在施工图设计前，先对建设场地进行了地质勘察，并出具了地质勘察详细报告，明确了建设场地的水文地质情况，然后采用如下步骤进行设计。

3.1挡土墙结构尺寸及相关参数拟定

结合拟建场地的冻土深度（该建设场地最大冻土深度为2.2m），挡土墙基础埋深拟定2.5m，墙身、墙趾板和墙踵板厚度依据墙高并经计算修改确定，拟定扶壁厚0.4m，扶壁两端墙面板悬挑长度为0.41倍扶壁净距。挡土墙车辆荷载按满布考虑，折算成土柱进行计算。墙后填土内摩擦角35°，墙后填土容重18kN/m3，抗滑动稳定系数Kc=1.3，抗倾覆稳定系数K0＝1.6。墙身混凝土强度等级采用C30，现场浇注。主筋和分布筋采用HRB400，箍筋采用HPB300。

3.2挡土墙设计计算

采用以上参数并结合拟定的具体尺寸和土体力学参数，分别进行了极限状态下挡土墙的内力计算、抗滑稳定性验算、抗倾覆稳定性验算，通过反复试算修改，计算出了相应高度对应的挡土墙的详细尺寸，在满足各种荷载组合的要求后，进行了结构配筋设计，并画出了配筋构造设计图。由于作用在扶壁上的力主要是受拉荷载，在设计扶壁时，结合土压力分布特点，分段布置立壁，并设置足够多的受拉钢筋。

3.3排水设施设计

挡土墙设计应设置完善的排水设施，其主要作用是：①疏干墙后填料中的水分，防止路面积水渗入路基从而引起墙后填土积水，使墙身承受额外的静水压力；②避免因含水量增加使黏性土填料产生膨胀压力；③减小季节性冰冻地区填料的冻胀压力。本工程所在地区主要受季节性冻胀压力的影响，排水设计沿墙高和墙长方向设置直径为5cm的圆形泄水孔，泄水孔向墙外倾斜坡度为3%，间距2m，最下一排泄水孔底部高出外侧辅道0.3m，泄水孔的进水口一侧设置反滤层，厚度为0.3m，在最下一排泄水孔的底部设置隔水层。

3.4沉降缝的设置

为防止墙身因基底不均匀沉降而产生裂缝，本工程设置了沿墙长方向10m一道的沉降缝，沉降缝与施工缝重合，缝宽为0.02m，并采用沥青木板沿墙内、外、顶三边填塞沉降缝，填塞深度为0.15m。

4结语

近年来，随着公路工程基础设施建设速度的加快，特别是低等级公路不断升级改造，扶壁式挡土墙在实际应用中越来越广泛。在挡土墙的几种常见形式中，扶壁式挡土墙具有节约占地、施工工艺简单、工期较短等优点，地基承载力较低时采用扶壁式挡土墙较好。但是其主要材料混凝土和钢筋的用量较大，钢材用量随着墙高的增加而增加，墙高时其经济性能较差。因此，在挡土墙设计时，合理的结构尺寸与构造配筋尤为重要。

参考文献：

[1]邓学钧.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]焦峰.扶壁式挡土墙结构的最优设计[D].兰州：兰州理工大学，2004.

作者:丁鹏飞 单位:张家口翰得交通公路勘察设计有限责任公司