山區公路重力式擋墻淺層地基處理技術

倪洪亮，焉 娜

（1.云南省交通規劃設計研究院，云南昆明 650011；2.中鐵上海工程局六公司，云南昆明 650217）

山區公路重力式擋墻淺層地基處理技術

倪洪亮1，焉 娜2

（1.云南省交通規劃設計研究院，云南昆明 650011；2.中鐵上海工程局六公司，云南昆明 650217）

針對山區公路建設中最常用的重力式擋土墻這一結構形式，從幾何尺寸及力學計算的角度分析其產生的結構應力，在此基礎上結合山區公路建設中就地取材的原則，分析換填墊層這一地基處理方法中不同換填厚度所產生的影響，并定性的分析了片石墊層在地基處理中的增強效果。

山區公路；重力式擋土墻；地基處理；換填墊層

山區公路建設過程中，地面線變化劇烈，工程中的支擋形式豐富多樣，但對于邊坡支擋高度小于8 m的時，多采用重力式擋土墻。而山區公路施工時，常會遇到軟土、膨脹土等不良地基，這類地基的地基承載力必然較低，大多不能滿足重力式擋土墻所能要求的地基承載力。本文根據擋土墻的尺寸，從力學計算的角度分析其自身的結構應力，通過定量計算與定性分析相結合的方法對擋土墻淺層地基處理技術進行詳細介紹。

1　擋土墻受力分析

1.1擋土墻土壓力計算理論

根據庫侖土壓力理論及幾何關系，可知擋土墻所受主動土壓力為

令

則公式（1）可以簡寫為

式中：γ為擋土墻墻背土重度；H為擋土墻墻身高度；Ka為庫侖主動土壓力系數。

1.2擋土墻基底壓力計算理論

軸心荷載作用時

偏心荷載作用時

式中：pk、pkmax、pkmin為擋土墻基底平均壓力、最大壓力、最小壓力；Fk+Gk為上部結構荷載、基礎自重與基礎上土重之和；Mk擋土墻基礎底面的力矩值；Wk為基礎底面的抵抗矩。

2　重力式擋土墻受力計算

2.1基本參數選擇

根據云南山區公路常用重力式擋土墻形式，選擇下表1中的幾何尺寸及車輛荷載等參數進行受力計算。

表1　巖土計算參數選擇

2.2擋墻尺寸選擇

本文從分析擋墻穩定性的影響因素角度出發，選擇施工中常用的擋墻高度和填土高度進行驗算。

表2　擋墻尺寸選擇

2.3受力計算成果

根據上述土力學理論及擋墻基底壓力計算公式，可計算不同墻頂填土高度下，各擋墻高度時的基底最大、最小壓力值，如表3。

表3　擋土墻受力計算結果

3　重力式擋墻基礎處理

3.1計算模型

換填墊層地基處理時，基礎底面的附加應力將通過墊層進行應力擴散，傳至墊層底面時已經成為擴散后的附加應力值，其擴散情況可通過下式進行計算：

式中：pc為墊層底面附加應力值；pk-pc為基礎底面附加應力值；b為基底寬度；z為墊層厚度；θ為墊層壓力擴散角。

將換填墊層計算公式進行一定的轉化，令，則可視為因換填墊層產生的應力擴散影響因子。值越大，擴散影響越大，擴散作用越顯著，反之則越小。

根據以上分析，對擋土墻墻身高度變化的情況下，對不同墊層厚度計算分別計算各類情況下的擴散影響因子。

換填墊層厚度在1 m時，對附加壓力的擴散作用影響相對較小；在1～2 m厚度范圍內，影響作用變化率最高，換填墊墊層產生的效果也有顯著提高；而在2～3 m的厚度范圍內，影響作用變化率次之，但所起到的擴散作用最大。

因此，在實際施工過程中，施工人員就可以根據擋墻所產生的基底應力及地基本身所能提供的承載力結合上圖進行換填墊層厚度的選擇。

3.2片石對地基承載力的增強作用

換填墊層施工后，地基受到墊層的預壓本身的抗剪強度會有一定的提高，其提高程度可通過下式計算：

式中：τft-τf0為地基土抗剪強度增加值；Δσz為預壓荷載引起的地基土附加應力值；Ut為地基土的固結度；φcu為土的內摩擦角。

由上式可知，地基土受到墊層的重力產生的預壓效應對其抗剪強度會有一定的提高，其提高的程度除與土自身的土力學性質有關外，外在因素主要與墊層本身的重量密切相關。即換填墊層重量越大，抗剪強度的提高愈大，而土的抗剪強度的提高與地基承載力的增強有直接關系。因此，在換填墊層材料選擇時，同樣厚度的墊層，選擇重度較大的材料會有更好的力學效果，可以帶來更大的地基承載力的增強效應。

4　總 結

（1）換填墊層法相比于其他深層處治，在山區高速公路的地形條件不理想、工期要求緊等的不利情況下，有其特有的優勢，適合優先選擇。

（2）使用擴大基礎這種基礎形式可以降低擋墻基底應力，有效的減少擋墻地基處理的承載力負荷。

（3）在片石材料充足的條件下，優先選用片石作為換填材料，其上再用碎石或砂礫找平，可以使地基承載力得到更大程度的增強。

［1］ 工程地質手冊編寫委員會.工程地質手冊（第四版）［M］.中國建筑工業出版社，2007：832-835.

［2］ 中華人民共和國建設部.建筑地基基礎設計規范［S］.中國建筑工業出版社，2007：35.

［3］ 中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑地基處理技術規范［S］.中國建筑工業出版社，2012：8.

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