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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2008/1/4 17:56:11
110kV略阳变电所高挡土墙的优化设计
文波1,2，赵鹏1,3，张俊发1
（1.西安理工大学，陕西西安710048；
2.陕西省电力设计院,陕西西安710054；
3.陕西省建设厅，陕西西安710002）
摘要：110kV略阳变电所由于地形复杂的原因，所区四周全部采用了挡土墙支护结构。挡土墙最高处达到19m,结合工程实际情况，进行合理分析和计算，并对设计中遇到的问题进行探讨，提出了一些建议。
关键词：挡土墙;断面设计;土压力计算
1前言
挡土墙是支承路基填土或山坡土体，防止填土或山坡土体失稳，承受侧向土压力的构筑物。目前，国内外所做的挡土墙大多都低于12m，很少有大于18m的高挡墙，对于高挡墙中稳定系数（Ko、Kc）等的取值以及构造措施均需重新考虑，因而本文结合110kV略阳变电所19m高挡土墙的设计，探讨了其中的某些问题。
2工程概况
110kV略阳变电所位于略阳县城关镇头重梁上，是略阳电厂电力送出给略阳县城的又一条重要的电力纽带。所址占地约3360m2，位于嘉陵江古河道上。随着河流的长期下切及漫长的地质作用，所址区已抬高，原河流相沉积物上覆盖一层粉质粘土。场地地形高低不平，东南向较高，向西渐低，最大坡度约18，地面相对标高为587~602.75m。所区四周围墙处均修砌有挡土墙。
3工程地质条件
根据现场调查及野外钻探，拟建场地地层岩性主要为耕土、第四系粉质粘土及细砂，具体为：
①耕土Qml:灰黄~灰褐色，厚度0.5m。层底标高594.90~602.25m。以耕土为主，含细砂，含植物根系及少量煤屑，松散，稍密，稍湿。
②粉质粘土Qdl:灰黄~黄灰色，稍湿~湿，硬塑~可塑。含植物根系，土质呈斑块状，铁锰质渲染，含结核，偶见黑色炭屑。该层土压缩模量Es一般值为13.2MPa，压缩系数a1-2为0.125MPa-1，为中等压缩性土。本层在场地内分布不均匀，最厚处大于6m，最薄处仅1m左右。
③细砂混卵石Qal pl:灰黄~灰绿色，中密，稍湿~湿，砂层中混有石灰质卵石、漂石，次圆或扁平状。
4地基土的物理力学性质
根据室内土工试验结果，层②粉质粘土Qdl的物理力学性质指标见表1。
5挡土墙设计
该变电所经土方计算及场地整平后，可知所区东北角处的挡土墙最高，为19m；所区西南角处的挡土墙最低，为2m。一般而言，高度低于12m的挡土墙视为常规挡土墙，其理论和经验较完整和成熟，此处不再赘述。现仅就最高处挡土墙的设计过程给予详细阐述。
5．1挡土墙的结构选型
目前，按照挡土墙断面的几何形状及其受力特点，常见的挡土墙可分为四大类，即：实体重力式墙、半重力式墙、悬臂式墙或T形墙和扶壁式墙。每一种挡土墙形式都有其自身的适用范围和特点。本工程方案设计比较了浆砌块石挡土墙、悬臂式挡土墙及扶壁式挡土墙等结构形式，后两个方案均存在施工难度较大、造价较高等因素；同时，本所址位于陕南地区，所区周围石材较多，开采及运输毛料石很方便。综合各方面的因素，推荐采用浆砌块石挡土墙方案。
断面设计中，计算参数如下：
(1)挡土墙材料采用MU20毛料石，M7.5水泥砂浆砌筑；
(2)墙背填土采用粉质粘土回填，其容重为20kN/m3,浆砌块石容重取22kN/m3;
(3)因无地下水影响，且墙体考虑设多层排水孔，故不考虑墙背有水的情况；
(4)墙背填土为水平，荷载考虑q=1kN/m2;
(5)所区地震基本烈度为6度，故不考虑抗震计算。
在断面尺寸及形式上，考虑了两个不同的断面，一个为墙面仰斜，墙背直立的一般实体重力式断面；另一个为加入钢筋混凝土板带的半重力式断面。其断面尺寸分别如图1、2所示。
5．2挡土墙的稳定性
在一般的挡土墙设计中，墙背土压力的计算通常采用库仑(Coulomb)理论。由于库仑理论没有考虑到土的粘聚性，只适用于无粘性土的土压力计算；而在本工程中由于持力层地基土为粉质粘土，所以在应用库仑理论计算土压力时，就需将内凝聚力c和内摩擦角Φ进行适当调整。即把c、Φ值折算为等值内摩擦角ΦD，用折算出的ΦD值代替原来的Φ值。这样就把粘结力概括进Φ值内，之后就可利用库仑公式求解土压力。具体公式为
式中γ——填土容重；
H——墙高；
c——内凝聚力；
q——地表均布荷载（以单位水平投影面上的荷载强度计）；
h0——墙背填土表面活载折算土体高度；
φ——土壤内摩擦角；
φD——土壤等值内摩擦角；
α——墙背与垂直面夹角；
δ——土壤与墙背间的摩擦角，取δ=ΦD/2；
β——墙背填土顶面与水平面的夹角。
在本工程实例中，可知：γ=20kN/m2,H=19m,q=1kN/m2,h0=0.05m,φ=21.8°,α=0°,β=0°。
将已知数值代入公式(1),即可求得土压力E值，再将E值分解成水平及垂直压力，分别是
(注：一般挡土墙的Kc数值为1.30，由于本挡土墙为高挡墙，为安全考虑，并参考有关资料，定出Kc值为1.50)
式中Kc——滑动稳定系数；
W——墙自重，kN;
Ey——主动土压力垂直向分力，kN;
Ex——主动土压力水平向分力，kN;
f——基底摩擦系数，f=0.50。
倾覆稳定系数按下式计算
(注：一般挡土墙的Ko数值为1.50，由于本挡
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