扶壁式挡土墙设计及应用研究

摘要：扶壁式挡土墙指的是在悬臂式挡土墙沿墙长度方向每隔一定距离加设一道扶壁，将立壁式面板与墙踵板连接起来的支挡结构。其主要是依靠墙体自身的自重以及墙体踵板以上的填筑土体的重量维持挡土墙的稳定，适用于石料缺乏和地基承载力较低的地段。在现阶段，随着我国城市化发展水平的不断提升，城市化建设力度的不断增强，这种方法也越来越多被应用到我国的城市道路建设中。本文就将对我国扶壁式挡土墙的相关设计以及应用问题进行分析探讨。

关键词：扶壁式挡土墙；城市道路；设计；应用

中图分类号：O434文献标识码： A

我国经济的迅猛发展使基础设施建设的迈入快速发展阶段，城市建设事业方兴未艾。在城市道路建设过程中，扶壁式挡土墙主要应用于填挖方较高的路段，因为其能有效地减少土石方填挖量、节约建设用地、稳定边坡、收缩路堤与路堑的坡脚，而且其结构具有构造简单、施工简便、墙身断面较小、自重小、受力性能好、基底附加压力较小、经济适用性强等优点，被广泛地应用于城市道路路堤路堑支挡加固工程中。对扶壁式挡土墙设计与应用的研究将不断的促进着我国城市道路的建设和发展水平。

1 扶壁式挡土墙的优点

1.1 节约用地

扶壁式挡土墙可以起到收缩边坡的作用；同时，扶壁式挡土墙墙身窄、支护高度高，可以节省大量建设用地。在城市道路建设中，在满足使用要求的情况下，可以有效节省城市稀缺的土地资源。

1.2 用于特殊地段

扶壁式挡土墙为钢筋砼结构形式，由于结构自身具有较好的稳定性、抗倾覆、抗剪切及抗滑动等特性，可用于城市中山体稳定性差、泥石流、崩塌、滑坡等地质灾害多发的地区，以保证道路交通及附近建筑物的安全。

1.3 与周围环境协调

利用扶壁式挡土墙结构的可塑性，可以在墙身上设计出各种图案及形式，在实现挡土墙工程功能的同时，还可以美化环境，丰富城市景观。

2 扶壁式挡土墙设计理论

扶壁式挡土墙是一种轻型钢筋混凝土类型的挡土结构，由立板、墙踵板、墙趾板及扶壁组成，也是薄壁式挡土墙的一种。扶壁式挡土墙墙身较高，实际上它就是悬臂式挡土墙沿着纵向在底板上每隔一定距离加设扶肋（也称扶壁），所以也成为扶壁式挡土墙。扶壁连接在墙面板与墙踵板之间，把两者连接成一个整体，从而提高扶壁式挡土墙的刚度与整体性，改善挡土墙各构件间的受力条件，减小墙面板的侧向变形。为加强墙体的整体性，扶壁式挡土墙宜整体灌注，也可采用拼装，但拼装式扶壁挡土墙不宜在地质不良地段和地震烈度大于或等于八度的地区使用。

3 扶壁式挡土墙土压力理论

3.1 静止土压力

挡土墙在土压力作用下不发生任何变形和位移墙后填土处于弹性平衡状态，作用在挡土墙背的土压力。

3.2 主动土压力

挡土墙在土压力作用下离开土体向前位移时，土压力随之减少。当位移至一定程度后，墙后土体达到主动极限平衡状态。此时，作用在墙背的土压力称为主动土压力。

3.3 被动土压力

作用在挡土墙上的土压力随着挡土墙在外力作用下推挤土体向后移动的位移增大而增加。当位移增加到使墙后的土体达到被动极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为被动土压力。下图为墙身位移和土压力关系曲线图：

墙身位移和土压力关系曲线图

3.4 土压力理论

目前通用的土压力理论有库伦土压力理论和朗肯土压力理论，尤其是库伦土压力理论具有原理简单、适用范围广等优点，被认为是最经典的理论公式。库伦土压力理论可用于墙背粗糙或光滑、墙后填土表面水平或倾斜、墙后填土表面有附加荷载或无附加荷载等情况，故被广大设计人员广泛使用。

4 扶壁式挡土墙结构设计

4.1 确定墙身尺寸

根据规范中所谓挡墙构造要求和类似工程经验初步确定扶壁式挡土墙的尺寸。墙面板的倾斜角度对整个挡墙造价有很大的影响。在计算作用在挡墙侧向土压力过程中，作用在挡土墙上的土压力随着角增大而减小，尽管此时挡墙占地面积增大，但其造价会变少。所以，应选取适当的墙面板倾角，挡墙各构件尺寸确定流程如下图：

4.2 墙身构造设计

墙高的初步确定：国家现行《建筑边坡工程技术规范》规定扶壁式挡土墙高度不宜超过10m。但当扶壁式挡土墙高度过低时（不大于6m）考虑到扶壁的施工难度和挡墙造价两方面的因素，建议此时宜采用悬臂式挡土墙。考虑变形因素的影响，对于扶壁式挡土墙变形缝一般分段布置，分段长度不大于20m，缝中填充沥青麻絮等材料。

4.3 配筋计算

荷载效应组合选取：承载力验算取荷载效应的基本组合进行，在验算过程中，取荷载效应标准组合，且要加入永久荷载的影响。裂缝宽度验算：填土侧裂缝宽度小于200mm，临空面的裂缝宽度小于300mm。各构件的构造和配筋参照现行《混凝土结构设计规范》进行设计。

4.4 回填土和排水设计

高扶壁式挡土墙填土范围包括墙后填土、底板下填土等。挡土墙填土应选用碎石、卵石及砂砾等粗颗粒土，由于卵石、砾砂的内摩擦角较大，主动土压力系数小，则作用在挡土墙上的土压力就小；而且上述砂石材料透水性好，有效的减小墙后孔隙水压力，能更好地保证墙体的稳定性。挡土墙填土所选用的材料应级配良好，不得含有植物残体、垃圾等杂质，砂石的最大粒径不宜大于50mm，回填时须分层碾压，分层铺填厚度不大于300mm，每层振动碾压次数通过试验确定。根据施工方法按经验选用适宜的施工含水率，填土压实系数不小于0.94。不宜采用的回填土有：软粘土、成块的硬粘土、膨胀土及耕植土，主要因为这些土在冬季冻胀或者雨季吸水膨胀时会产生额外的土压力，导致墙体外移甚至失稳破坏等现象的出现。

由于墙后填土中充水时，土中孔隙水压力的增大会大大增加墙后的土压力，工程实践中大多数的挡土墙破坏是因为墙后排水不通畅造成的，而且扶壁式挡土墙墙身为混凝土材料，墙体透水性差，因此在具体设计和施工过程中，一定要重点把控扶壁式挡土墙的填土和排水工作，严格按照规范施工。扶壁式挡土墙回填土及和泄水孔设计示意图如下：

扶壁式挡土墙回填土和泄水孔示意图

4.5 挡墙稳定性验算

在确定完扶壁式挡土墙的墙身尺寸后，要根据相关的规定计算作用在挡墙上的侧向土压力，将挡土墙各个构件、墙面板、以及踵板及墙后填土作为一个整体，对挡墙的稳定性进行验算。扶壁式挡土墙的稳定验算主要包括三个方面：首先是抗滑移稳定性，受踵板宽度和填土特性影响较大；其次是抗倾覆稳定性，受趾板宽度影响较大；最后是地基稳定性。

5 扶壁式挡土墙地基设计

5.1 地基处理方法

当扶壁式挡土墙地基承载力不能满足设计要求时，要对地基进行处理加固。常用的处理方法如下表：

在确定地基处理方案时，宜选取多种方案进行比选，以达到安全、合理、经济、美观、环保等要求。

5.2 地基稳定性验算

对挡土墙地基稳定性验算包括两方面的内容：一是验算基底平均压力，以满足挡土墙对地基承载力的要求；二是验算基底合力偏心距，以防止挡土墙发生不均匀沉降。

挡墙基底平均压应力值和最大压应力值按以下三个公式进行验算。

综上所述，挡土墙作为一种能有效防止土体坍塌下滑的构筑物，它被广泛应用于城市道路的路堤、路堑、洞口以及桥梁两端的路基边坡等工程。随着工程技术的发展，挡土墙的形式日渐增多，应用范围也日渐扩大，不仅广泛应用于城市道路建设，同时在铁路、公路、河床整治、水利工程、港口建设、山体滑坡、水土保持、山地规划及泥石流灾害防治等领域也有着广泛的应用。所以在以后的工作中一定要重视起来，保证其质量。

参考文献

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