重力式擋墻新形式探討

段洪超

1 概述

重力式擋墻是指依靠墻體自重抵抗土壓力、防止土體坍滑的擋土結構,是最早應用于巖土工程中的支擋結構,發展較為完善。一般來講,重力式擋墻形式簡潔,節約土地,既合理又經濟。在工程實踐中,重力式擋墻的設計偏于保守的不少,也因考慮不周而致擋墻倒塌,甚至連地基發生整體滑動或因發生滑坡而被推倒。

近年來,隨著我國經濟的快速發展,地處山區的邊坡建筑、高等級公路和鐵路建設以及城市中大量高層建筑的興建,重力式擋墻在基坑和邊坡中的應用越來越廣泛,而深入開展研究與分析這些地區邊坡支擋結構的新型形式,對在保證公路、鐵路和建筑物的使用安全,減少滑坡、泥石流對其的危害的前提下降低工程造價具有重大的意義。

2 重力式擋墻設計

重力式擋墻設計一般包括如下幾方面內容[1]:

1)墻體斷面形式的確定。重力式擋土墻按墻背的傾斜方向可分為仰斜、直立和俯斜三種(見圖1)。墻高一般小于8 m,當墻高在8 m～12 m之間時,宜用衡重式。

根據重力式擋土墻結構類型及其特點,我們可以根據實際條件選擇不同類型的斷面結構。如果地面橫坡比較陡峭,若采用仰斜式擋土墻,一定會過多增加墻高,斷面增大,造成浪費,而采用俯斜式擋土墻會比較經濟合理。只有在路塹墻、墻趾處地面平緩的路肩墻或路堤墻等情況下,才考慮采用仰斜式擋土墻。

2)擋墻截面尺寸的確定。重力式擋土墻是靠自身重力來抵抗土壓力,在設計時,重力式擋土墻的截面尺寸一般按試算法確定,可結合工程地質、填土性質、墻身材料和施工條件等方面的情況按經驗初步擬定截面尺寸,然后進行驗算,如不滿足要求,則應修改截面尺寸或采取其他措施,直到滿足為止。

3)擋墻的設計計算。a.抗滑移穩定驗算。抗滑移穩定驗算,就是驗算重力式擋土墻在土壓力作用下,產生水平滑移的可能性。擋土墻的抗滑移穩定性,與擋土墻基底的摩擦系數的關系很密切,該摩擦系數應在現場條件下進行原位試驗后給出。當缺乏現場試驗資料時,《建筑地基基礎設計規范》所給出的數據,可供設計時應用。為保證擋土墻設計有一定的安全度,規范給出的數據普遍偏低,所以有條件時,應盡量采用現場試驗值。b.抗傾覆穩定驗算。抗傾覆穩定性驗算,是驗算擋土墻繞墻趾轉動的可能性。c.地基承載力驗算。擋土墻地基承載力的驗算,與普通擴展基礎基本相同,即基底的平均應力值應小于地基承載力特征值,其最大邊端壓應力值不得大于地基承載力特征值的1.2倍。d.墻身材料強度驗算。通常選取一到兩個截面進行驗算。驗算截面可選在基礎底面、1/2墻高處或上下墻交界處等。墻身截面強度驗算包括法向應力和剪應力的驗算。剪應力包括水平剪應力和斜剪應力兩種,重力式擋土墻只驗算水平剪應力,而衡重式擋土墻還需進行斜截面剪應力的驗算。e.其他。重力式擋墻設計還包括沉降縫與伸縮縫的設置。若在地震區,應進行抗震設計等。

3 工程算例

3.1 工程概況

某鐵路線路經過一丘陵陡坡,坡面植被較發育。地質巖性構造上層為粉質黏土,棕黃色,硬塑(Ⅲ),下層為頁巖,全～強風化,巖層產狀308°∠28°,視傾角 26.8°(Ⅴ)。有不良地質情況,具體為表層第四系的灰巖殘積層,液限約為40%,為紅黏土,該地層表面具有收縮和較強的脹縮性;下層基巖巖溶發育。水文地質條件為丘坡基巖裂隙水。地下水對混凝土無侵蝕性。

根據實際情況,設計單位起初準備在路基兩側設計仰斜式重力式擋墻,擋墻最高處為8.0 m,墻體等厚度為2.0 m,坡率0.25。具體如圖2所示。

經計算得,抗滑動穩定系數為 1.0,小于《規范》[2]的 1.2或1.3的要求。

3.2 重力式擋墻的新形式探討

由于現場條件制約及圬工材料充足,經專家討論,一致認為應將墻后土體加固,并采用加筋土擋墻理念進行設計。最終,工程采用了在土體中加入土工格柵的方法加固土體,每0.6 m鋪設一層土工格柵,抗拉強度不小于80 kN/m2,土工格柵與重力式擋墻背相連。具體如圖3所示。經計算,土工格柵滿足抗拔要求,采用加筋土擋墻同樣的整體穩定檢算,抗滑穩定性為1.93,大于《規范》1.3的要求,抗傾覆穩定性為 8.52,大于《規范》1.5的要求。此外,基地應力、墻體強度等都滿足了設計要求。

4 結語

重力式擋墻由于其設計方法成熟,結構簡單合理,被廣泛應用于各種工程中。但是隨著科學技術及設計理論的不斷更新發展,重力式擋墻的結構形式也將多樣化。

本文結合具體工程實踐,考慮了重力式擋墻和加筋土擋墻兩者的優勢,設計了一種新型重力式擋墻,結果表明,其不僅能滿足工程設計要求,而且在一定程度上拓展了支擋結構的形式,為工程實踐活動創造新型結構形式提供了有力依據。

[1] 董建軍,喬殿金,初建榮.重力式擋土墻工程的設計要點探析[J].企業技術開發,2009(1):4-8.

[2] TB 10025-2001,鐵路路基支擋結構設計規范[S].

[3] 王 軍,車志強.擋土墻設計淺析[J].山西建筑,2008,34(30):124-125.