变电站挡土墙结构形式研究

变电站挡土墙结构形式研究
发表时间：2020-12-14T15:18:11.440Z 来源：《中国电业》2020年23期作者：王春超[导读] 空箱式挡土墙是一种较为特殊的挡土墙，由底板、立墙及间隔墙组成空箱状，依靠空箱内填土或者充水的重量来维持稳定[3]王春超
中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司，长春 130021【摘要】空箱式挡土墙是一种较为特殊的挡土墙，由底板、立墙及间隔墙组成空箱状，依靠空箱内填土或者充水的重量来维持稳定[3]。

空箱式挡土墙特点鲜明，受力合理，相比于重力式挡土墙和扶壁式挡土墙，由于引入土或水来保持稳定，可有效的减少结构混凝土或其他材料用量；相对于扶壁式挡土墙，取消了面板后方的长扶壁，可在挡土墙两侧均提供平整光滑的结构面，尤其适用于隔水的情况。

【关键词】结构设计；水工结构；挡土墙；空箱式挡土墙 1引言
挡土墙的结构计算，可按单构件验算，也可整体建模计算。

实例挡土墙结构结合两种方式，首先采用STAAD.PRO进行整体建模和结构分析，得到结构的合理内力分布和基底压力分布，并进行地基承载力和沉降验算，进而通过挡土墙计算软件分析结构稳定性，并进行结构构件设计，从而得到更加合理的结构设计结果。

实例空箱式挡土墙全长1.6km，以18m为一个标准段，各标准段之间设置宽30mm的伸缩缝，并设置三向止水。

挡土墙底板宽9m，空箱净宽3.5m，空箱隔墙间距5m。

取水明渠侧挡墙面板顶标高3.3m的，排水侧挡墙面板顶标高3.7m，挡墙底板底标高-7.8m，最大挡墙高度11.5m。

由于取、排水明渠的底标高不同，且排水侧水位高于取水侧，在取水侧底板下设置凸榫增加抗滑稳定。

空箱式挡土墙标准段平面布置图见图1，典型剖面图见图2。

通过对空箱式挡土墙结构特点的分析，在STAAD.PRO中按以下步骤建立结构三维模型[4]。

1）构建模型轮廓。

确定结构的控制点坐标，并建立杆单元模拟底板及竖墙的结构边界，搭建起地下结构的杆系外轮廓； 2）建立板单元。

利用STAAD.PRO的填充板功能，将杆单元构成的轮廓以板单元填充，模拟墙板结构；再利用板单元网格划分功能将轮廓板划分为0.2mx0.2m的计算单元（计算板单元大小根据实际计算需要调整）。

3）定义基础约束。

由于空箱式挡土墙采用天然地基，因此可以用STAAD.PRO的Plate Mat Foundation建立筏板基础约束，具体命令为PLATE MAT DIRECT ALL SUBGRADE f1 f2 f3 PRINT，其中，f1 f2 f3分别为Y、X、Z方向土的压缩模量。

4）初步确定板单元厚度。

板厚可根据设计经验进行初选，待分析完成之后再进行优化调整。

建立完成的STAAD.PRO模型如图3所示。

1.2基本工况及荷载组合
确定结构的基本荷载及相应的荷载组合是进行结构设计的重要内容，《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）中对荷载及组合进行了规定。

实例空箱式挡土墙的基本荷载主要包括：结构自重、空箱内填土重、底板上覆土重、挡墙两侧内水压力、土的侧土压力、地震荷载等。

挡土墙的稳定计算是结构设计的重要内容，对本实例工程而言，主要包括抗滑稳定与抗倾覆稳定。

依据《水工挡土墙设计规范》（SL 379-2007）确定空箱式挡土墙级别为2级，相应的基本工况及特殊工况的荷载组合见表2，各工况下的水位及稳定分析安全系数[3]见表3。

2计算结果分析
2.1地基承载力及沉降验算
挡土墙基础持力层为粉土，承载力特征值140kPa，压缩模量10MPa。

在STAAD.PRO中，地基压缩模量取沉降计算深度范围内的加权平均值，以得到相应的基础沉降值。

在进行分析后，在模型后处理模块，可以提取到各工况下的基底反力及基础沉降。

对于土质地基上的挡土墙，压缩层计算深度取至地基附加应力与自重应力之比为0.20处。

以保证挡土墙安全和正常使用为原则，实例挡土墙最大沉降量不超过150mm，相邻部位最大沉降差不宜超过50mm[3]。

应取挡土墙的荷载准永久组合进行沉降计算。

取正常运行工况计算沉降，墙趾处沉降为58mm，墙踵处为51mm，沉降值及沉降差满足要求。

2.2稳定性验算
挡土墙的稳定性计算可以从STAAD.PRO中提取总水平力进行计算，也可运用挡土墙计算软件模拟计算，本例采用后者，根据等效计算截面进行稳定性验算。

挡土墙基底面与持力层的摩擦角和粘聚力，此处综合考虑《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）与《水工挡土墙设计规范》（SL379-2007）的相关规定[3][5]，取摩擦系数0.35计算抗滑稳定。

同时，底板底部设置抗滑凸榫，增加额外被动土压力抵抗滑动力。

各工况下的挡土墙稳定验算结果见表5。

计算结果，最终采用的结构配筋方案及裂缝验算结果见表。