浅议扶壁式挡土墙的应用
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摘要：根据扶壁式挡土墙的特点，在挡土墙较高时加强墙后排水设计，确保有效排水，降低水压力。施工时，应控制回填土质量和施工方法，提高挡土墙后土体的稳定性，避免因回填方式不当产生挤压倾向。
关键词：扶壁式挡土墙；排水设施；回填措施；
1.工程概况
马水闸枢纽工程位于信阳市固始县马乡会光村境内的淮河一级支流灌河上，上游距鲇鱼山水库大坝37km，是一座以灌溉、防洪为主的中型水闸枢纽工程。水闸按20年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核，设计洪水位53.85m，相应泄量970m3/s，是灌河鲇鱼山水库烟北头水闸以下唯一的枢纽控制工程，对下游的防洪灌溉起着至关重要的作用。
1957年固始县在枢纽位置修建了马进水闸，群众打砂坝拦截河水进行灌溉。鲇鱼山水库建成以后，绝大部分径流被水库拦蓄。为了保证马灌区灌溉效益的正常发挥, 1976年开始修建水闸枢纽工程，拦截烟北头枢纽以下区间240km2径流供马干渠灌溉用水，工程建成于1980年，主要由溢流坝、泄洪冲砂闸、灌溉进水闸和右岸防洪堤等组成。
冲砂闸共1孔，位于溢流坝左端，闸孔尺寸10×4m（宽×高），闸底板高程49.50m，闸门型式为弧形钢闸门，采用2×10t卷扬式启闭机，闸室下游消力池、海漫段翼墙为重力式挡土墙，高7.25m，长100m，翼墙下接防洪堤。
工程区地处丘陵间河谷阶地，丘陵坡度30°～50°，相对高差15～25m，地形开阔平坦，高程在50.00～77.00m，河床为下切U型河谷，河底高程44.50～51.00m。地表均为第四系（Q2+Q4）残积、坡积、冲积、洪积的松散沉积物，河道两岸阶地的表层为高液限粘土、低液限粉质粘土等。河床及阶地下部为砾质粗砂，砂层厚6～7m。
2.工程水毁情况
2009年固始县遭遇百年一遇大旱，河床干涸，地表径流水量锐减，地下水位下降，为确保下游农田抗旱保麦，马水闸枢纽于2月初开闸放水。由于长时间干旱，下游无水，下游消能不充分，海漫段块石冲失淘空，冲砂闸下游左岸M7.5浆砌石挡土墙垮塌约36m长，下游堤防坡基础抛石大量流失，影响防洪堤安全。
3.挡土墙结构分析
3.1挡土墙结构选型
通过对重力式、衡重式、扶壁式等型式分析，以及地基承载力等综合比较，工程选用了C25钢筋砼扶壁式挡土墙。扶壁式挡土墙是由底板及固定在底板的直墙和扶璧构成的，为一种轻型的支挡结构。该挡土墙由立壁、墙趾板、墙踵板、扶璧板4部分组成，它依靠墙身自重和踵板上方填土的重力来保证其稳定性，而且墙趾板显著地增大了抗倾覆稳定性，并大大减小了基底应力。该挡土墙较陡或直立，上部回填后可利用空间较大。
3.2挡土墙设计方法
扶壁式挡土墙结构设计的主要内容包括：结构荷载计算、墙身结构尺寸和应力计算、稳定性和基底应力验算，以及结构配筋和裂缝宽度计算等。其计算模型和方法如下：
计算模型及方法如下：(1) 挡土墙土压力计算采用朗肯理论计算，挡土墙除墙后土压力外，还受地下水压力、上部填土压力、车荷载、人行荷载以及冲砂闸海漫段内侧水压力等荷载作用。上部车和人行荷载按换算成作用在填土上部的均布荷载计算。对于施工期大面积回填强夯震动等临时荷载，除考虑设置减震带外，还考虑换算成部分局部均布荷载进行计算；
(2)受力构件为墙面板、踵板、趾板和扶肋，取分断长度为一个计 算单元（本例取3.4m）；
(3)墙面板视为固支于扶肋及墙踵板上的三向固支板，属超静定结构。计算时将其沿墙高或墙长划分为若干单位宽度的水平与竖向板条，假定每一单元条上作用均布荷裁，其大小为该条单位位置处的平均值，近似按支承于扶肋上的连续板计算；
(4)墙踵板视为支承于扶肋上的连续板，不计墙面板对它的约束，简化 为铰支；
(5)墙趾板和扶肋分别按矩形和T形变截面悬臂梁计算；
(6)配筋设计采用极限状态法，对截面有正负弯矩交替作用的构件，按单筋矩形截面计算。
3.3扶壁式挡土墙的构造
根据实际情况，重建下游左侧翼墙40m，采用扶壁式挡土墙型式，为C25钢筋砼结构。挡土墙设计高度为8.05m，顶部高程56.00m，立壁墙体迎水面垂直，背坡边坡1：0.041，顶部厚度0.3m，底部厚度为0.6m，墙踵板长1.5m、厚0.8m，墙趾板长5.7m、厚0.8m，扶壁板厚度为0.3m、间距3.4m。挡墙纵向在拐弯以及直墙与护坡交界处设沉降缝，内填橡胶止水带。
通过挡土墙计算，结合有限元分析，挡土墙应力、稳定力、地基应力、裂缝宽度等结构计算结果均满足规范要求。挡土墙结构断面如图1所示。
4.墙后排水和回填措施
由于挡土墙较高，且墙后及上部填筑面积较大，因此，排水成为挡土墙及边坡稳定控制的关键，它直接关系到冲砂闸和护岸的安全。墙后排水设计采用ф110排水孔距前趾顶1.2m、2.4m处共2排，呈梅花型布置，间距1.5m。为防止水分渗入地基，下排排水孔进水口的底部应铺设0.3m厚的粘土隔水层。同时为了迅速降低厂区内的地下水，在排水系统末端设置宽2m的纵向块石、
碎石排水层。地下水汇集于排水管后，通过墙身上的排水孔排入海漫段。采用这种排水系统有效地降低地下水位，确保挡土墙的稳定安全。
按工程布置要求，挡土墙后回填高度在8m左右，回填面积大。为了保证墙后的稳定，设计时除回填料特性外，选用易压实、能够与加筋材料形成充分摩擦的填料，采用渗水性强的砂性土、砂砾、碎石等，增强自稳能力。
为了避免施工期大面积强夯对挡土墙的影响，设计中块石、碎石排水层做缓冲层，缓冲层至墙体之间采用分层碾压，缓冲层外可采用强夯压实，减轻强夯对墙体的冲击力，避免墙体发生挤压破坏。
5.结语
通过对挡土墙的方案比较，及本工程扶壁式挡土墙设计，可得到以下结论：
⑴扶壁式挡土墙较衡重式、重力式挡土墙节约圬工量40％左右，在砂石料运距较远的项目上选用扶壁式挡土墙是比较经济。扶壁式挡土墙由于坡度较陡，可提高墙后回填场地利用率。另外，由于该墙体对地基要求不高，施工较方便，质量也容易得到保证。在护岸较高，基础较差时，采用扶壁式挡土墙是比较经济的选择。
⑵扶壁式挡土墙或墙后填土较高时，必须考虑墙后排水设施，确保墙后排水的有效性，减少墙后地下水压力，确保挡土墙的安全。
⑶墙后回填土体高且范围大时，应采用合理的压实方式，以避免挡土墙受挤压破坏。本设计中采用以排水设置的块石、碎石排水柱体为缓冲层，避免了强夯产生的冲击力对墙体的破坏。
参考文献：
⑴中华人民共和国水利部.水工挡土墙设计规范[S].
⑵管枫年、薛广瑞.水工挡土墙设计[M].北京：水利水电出版社。1996
⑶顾慰慈编．挡土墙土压力计算手册.中国建材工业出版社．2005