堤岸工程中高大扶壁式擋土墻結構設計與施工

戴 維，彭振華，蔣浩然

（1、北京市市政工程設計研究總院有限公司東莞分院 廣東東莞523071；2、深圳中鐵二局工程有限公司 深圳518054）

0 引言

扶壁式擋土墻是抵抗墻后土壓力、提高墻后土體和工程結構穩定性的一種工程構筑物，由于構造簡單、施工方便，在公路、鐵路工程領域應用廣泛。在國內，謝瑞豐［1］介紹了某鐵路站房扶壁式擋土墻與站臺雨棚、通道樓扶梯立柱合建設計方案，通過力學分析驗證結構安全穩定，滿足使用要求。張亮［2］介紹了重慶某道路扶壁式擋墻傾斜事故，并采用了預應力錨索對扶壁式擋墻整體穩定性加固的預防措施及地基注漿加固處理。在國外，Farhat 等人［3］提出了一種全預制混凝土扶壁式擋土墻體系，與傳統方法相比，該系統具有許多優點，如減少施工時間、成本和環境影響。Davies等人［4］介紹了澳大利亞悉尼博塔尼港擴建項目設計高度為21.5 m的大型扶壁式擋土墻結構。

由于墻后土壓力和結構與土相互作用的復雜性，很多學者采用了物理或數值模型來研究扶壁式擋土墻的力學行為，如沈宇鵬等人［5］采用Midas/GTS 分析采用盾構法先后施工左右線隧道引起的橋間路基扶壁式擋墻的變形變化特征。鄒育等人［6］開展了模型槽限定區域的擋土墻試驗，對比分析放坡傾斜的扶壁式擋土墻、加卸載板的扶壁式擋土墻、拱形擋土墻、W形扶壁式擋土墻的變形特征和受力特點，結果表明W形扶壁式擋土墻具有穩定性好、承載力高、材料用量少、施工工期快的優點。熊健等人［7］采用有限元分析了某大型地下車站配套設施工程中11.5 m高的扶壁式擋土墻受力特性。Davies 等人［4］采用動力有限元與Newmark 滑塊計算結果的等效性，建立了一個合適的擬靜力來表示地震荷載，這種合理化的抗震設計方法證明了設計的充分性，克服安全系數設計方法的缺點。

然而，由于高大扶壁式擋墻應用在堤岸工程中結構設計與計算較為復雜，故很少有文獻對其進行研究，本文擬結合東莞某實際工程，詳細介紹擋土墻的工程背景、土壓力計算與穩定性分析、擋土墻的施工流程與技術要求，本工程的實踐經驗、設計方案和詳盡的數據可供類似工程借鑒參考。

1 工程設計

本工程為河道治理和市政道路擴建工程，位于東莞市虎門鎮東引運河及太平水道東岸，河道治理修建現澆鋼筋混凝土扶壁式擋土墻以作堤岸防洪結構，通過擋土墻截面結構設計試算，并根據計算結果調整原試算斷面尺寸。扶壁式擋土墻的典型斷面與側面如圖1 所示，其中墻身總高5.6 m，墻寬0.4 m，墻趾懸挑長2.0 m，墻踵懸挑長4.3 m，底板高0.8 m，墻趾端部高0.8 m，扶肋間距5.0 m，扶肋厚0.4 m，扶壁兩端墻面板懸挑長度2.1 m，鋼筋合力點到外皮距離50 mm，擋墻分段長度20 m。

墻后為市政道路，土層主要為素填土、淤泥質土和回填中粗砂，采用深層攪拌樁進行地基處理，土的抗剪強度得到了提升。土壓力計算時將墻后土層概化為單一填土，其粘聚力為20 kPa，內摩擦角為32°，重度為18.0 kN/m3，填土與墻背內摩擦角為17.5°。底板下采用100 cm 厚C20混凝土墊層作為施工作業面，地基土采用風化礫石土換填，厚600 cm，其粘聚力為5 kPa，內摩擦角為35°，重度為20 kN/m3，與底板摩擦系數為0.4，地基承載力大于500 kPa（見圖1）。

圖1 現澆鋼筋混凝土扶壁式擋墻Fig.1 Cast-in-place Reinforced Concrete Buttress Retaining Wall

扶壁式擋土墻混凝土標號為C35，重度取25 kN/m3，鋼筋采用HRB400 和HBR335。鋼筋保護層厚度為40 mm。扶壁式擋墻配筋如圖2所示，各部位的配筋形式與數量如表1所示，一段扶壁式擋土墻的混凝土總用量為176.08 m3，鋼筋總用量為10 243.3 kg。

2 土壓力計算

扶壁式擋土墻受力主要包含：擋墻自重、墻踵填土重力、填土側壓力、人行道人行荷載和車行活載。其中人行道人行荷載折算成土柱高為0.154 m，車行活載折算成土柱高0.744 m，兩者折算成一種均布荷載，得到土柱高h0=0.55 m。

土壓力按照式⑴計算

圖2 扶壁式擋墻配筋Fig.2 Buttress Retaining Wall Reinforcement

表1 各部位配筋匯總Tab.1 Summary of Reinforcement for Each Part

式中主要參數物理意義詳見扶壁式擋墻土壓力計算模型（見圖3），其中c=20 kPa，φ=32°，δ=2φ/3=20.6°，γ=19.5 kN/m3，H=6.4 m，h0=0.55 m，d=0.5 m，α=37.5°，B=6.7 m，計算得到Ea=216.60 kN，Ex=88.46 kN，Ey=197.71 kN，作用點高度Zy=0.86 m。

圖3 扶壁式擋墻土壓力計算模型Fig.3 Earth Pressure Calculation Model of Buttress Retaining Wall

3 穩定性驗算

抗滑移和抗傾覆穩定性是擋土墻設計的重要內容，在實際工程中，失穩破壞常有發生，尤其是傾覆失穩較為常見，其破壞機理較為復雜，本設計依據《公路路基設計規范：JTG D30-2015》［8］要求進行驗算。

3.1 抗滑動穩定性

式中：Kc為抗滑穩定系數；N為作用于基底上合力的豎向分力（kN）；μ為基底與地基間的摩擦系數，μ=0.4；c為地基土粘聚力；B為擋土墻底板寬度；Ex為滑移力（kN）。墻體截面積7.6 m2，重量190 kN，整個墻踵上的土重205 kN，c=5 kPa，B=6.7 m，Ex=88.47 kN，抗滑力Nμ+cB=191.50 kN，滑移驗算滿足Kc=2.17 ＞1.30。

3.2 抗傾覆穩定性

4 施工要點

扶壁式擋土墻施工按以下流程進行：測量放線?墊層施工?底板鋼筋混凝土施工?搭設支架?吊裝墻身模板?綁扎墻身鋼筋?澆筑墻身混凝土?墻背反濾層施工?墻背回填?防浪墻施工。

4.1 擋土墻底板施工要點

⑴底板模板采用以6015為主的工具式組合鋼模板，模板安裝前應對模板進行刨光、修整、清洗并涂刷脫模劑，脫模劑嚴禁采用廢機油。

⑵底板鋼筋設計為上下2層鋼筋網片，鋼筋表面應清潔，粘有的油污、泥土、浮銹使用前必須清理干凈，經調直后的鋼筋不得有局部彎曲、死彎、小波浪形，其表面傷痕不應使鋼筋截面減少5%，鋼筋安裝的規格、型號、數量必須與設計圖紙一致，鋼筋安裝過程中應仔細進行核對。

⑶底板混凝土連續一次性澆筑完成，混凝土澆筑環境晝夜溫度平均不低于5℃或最低溫度不低于-3℃，局部溫度不高于40℃；混凝土采用分層澆筑，分層厚度控制在35～40 cm，縱向20 m 一層澆筑完成后，方可進行下一層的澆筑，振搗采用插入式振動器，振搗時嚴禁碰撞鋼筋和模型，在混凝土澆筑完成并且初凝后，對混凝土加以覆蓋并保濕養護。

⑷施工接縫面應水平，邊緣處理平整；連接面應進行鑿毛處理，混凝土澆筑前應灑水濕潤連接面。

4.2 擋土墻墻身施工要點

⑴ 采用φ48.0 mm×3.5 mm 扣件式鋼管搭設支架，支架立桿橫距0.9 m，沿擋墻長度方向縱距0.9 m，并根據支撐位置設置步距，支架每一步設置剪刀斜撐；支架外側設置與地面呈45°的拋撐，縱向每隔0.9 m設置支撐鋼管，支撐鋼管端部設置頂托，支撐在模板上；支架頂部設置工作平臺，平臺上采用腳手板滿鋪，平臺四周設置欄桿，欄桿高度110 cm；欄桿掛安全網兜底，上下支架采用鋼管設置梯步。

⑵墻身模板采用定型大塊鋼模，由模板廠家統一加工制作，高度分節為3.0 m與1.5 m。模板結構面板采用4 mm 厚鋼板，橫肋采用厚度δ6 mm，高度h=70 mm鋼板，豎向間距30 cm，豎肋采用100 mm×100 mm×6 mm等邊角鋼，水平間距不得大于40 cm，背楞采用單根10#槽鋼，模板支撐采用φ48.0 mm×3.5 mm鋼管支架支撐到模板背楞上；支撐間距縱向0.9 m，豎向不得大于1.0 m，上下板縫處必須進行支撐，若需支撐處無背楞，采用10 cm×10 cm 方木用作臨時背楞，采用支架進行支撐（見圖4）。

圖4 扶壁式擋土墻鋼模板施工安裝Fig.4 Construction and Installation of Steel Formwork for Buttress Retaining Wall

⑶墻身鋼筋在加工場內統一集中加工制作，墻身鋼筋安裝應與模板安裝同步進行，墻身在底板中預埋鋼筋接長采用單面搭接焊，焊縫長度不得小于10d，焊接前連接端頭應進行預彎，保證受力鋼筋軸線在同一條直線上；同一截面上鋼筋接頭數量不超過總截面面積的50%，接頭相互錯開距離必須大于1.0 m；箍筋與受力鋼筋綁扎時應先進行劃線定位，綁扎前先采用間斷點焊，但不得燒傷受力筋，保證箍筋水平位置準確，采用22 號鉛絲進行“八字扣”綁扎；鋼筋保護層必須滿足設計要求，鋼筋保護層墊塊每m2不得小于4個。

⑷墻身混凝土攪拌必須采用強制式攪拌設備，墻身混凝土澆筑前必須保證模板內清潔、無積水，嚴格控制分層澆筑的間隔時間，分層厚度30～45 cm，不得超過50 cm，嚴禁漏振、過振、欠振，搗固棒應插到下層混凝土中不得小于5 cm，墻身模板拆除后應立即進行養護，同一視覺范圍內的混凝土，必須采用同一種養護方法（見圖5）。

圖5 扶壁式擋土墻拆模后Fig.5 Buttress Retaining Wall after Mold Removal

5 結語

本文詳細介紹了廣東省東莞市某實際工程擋土墻的工程背景、土壓力計算與穩定性分析、擋土墻的施工流程與技術要求，得出以下結論：

⑴扶壁式擋土墻能較好地適應堤岸工程，抵擋道路傳遞過來的土壓力，提供穩定的支擋作用。

⑵扶壁式擋土墻穩定性較好，抗傾覆安全系數達到2.17，大于文獻［8］要求的1.30，抗傾覆安全系數達到3.37，大于文獻［8］要求的1.50。

⑶扶壁式擋土墻構造簡單、施工方便，并且擋墻外側迎水立面采用凹凸卡槽外觀裝飾設計，為堤岸工程提供了美麗的濱河景觀形象。

本工程的實踐經驗、設計方案和詳盡的數據可供類似工程借鑒參考。