山區(qū)公路重力式擋墻淺層地基處理技術(shù)

倪洪亮，焉 娜

（1.云南省交通規(guī)劃設(shè)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(qū)公路重力式擋墻淺層地基處理技術(shù)

倪洪亮1，焉 娜2

（1.云南省交通規(guī)劃設(shè)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(qū)公路建設(shè)中最常用的重力式擋土墻這一結(jié)構(gòu)形式，從幾何尺寸及力學(xué)計算的角度分析其產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，在此基礎(chǔ)上結(jié)合山區(qū)公路建設(shè)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(chǎn)生的影響，并定性的分析了片石墊層在地基處理中的增強(qiáng)效果。

山區(qū)公路；重力式擋土墻；地基處理；換填墊層

山區(qū)公路建設(shè)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(qū)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(jù)擋土墻的尺寸，從力學(xué)計算的角度分析其自身的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，通過定量計算與定性分析相結(jié)合的方法對擋土墻淺層地基處理技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1　擋土墻受力分析

1.1擋土墻土壓力計算理論

根據(jù)庫侖土壓力理論及幾何關(guān)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(shù)。

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(jié)構(gòu)荷載、基礎(chǔ)自重與基礎(chǔ)上土重之和；Mk擋土墻基礎(chǔ)底面的力矩值；Wk為基礎(chǔ)底面的抵抗矩。

2　重力式擋土墻受力計算

2.1基本參數(shù)選擇

根據(jù)云南山區(qū)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(shù)進(jìn)行受力計算。

表1　巖土計算參數(shù)選擇

2.2擋墻尺寸選擇

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

表2　擋墻尺寸選擇

2.3受力計算成果

根據(jù)上述土力學(xué)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(jié)果

3　重力式擋墻基礎(chǔ)處理

3.1計算模型

換填墊層地基處理時，基礎(chǔ)底面的附加應(yīng)力將通過墊層進(jìn)行應(yīng)力擴(kuò)散，傳至墊層底面時已經(jīng)成為擴(kuò)散后的附加應(yīng)力值，其擴(kuò)散情況可通過下式進(jìn)行計算：

式中：pc為墊層底面附加應(yīng)力值；pk-pc為基礎(chǔ)底面附加應(yīng)力值；b為基底寬度；z為墊層厚度；θ為墊層壓力擴(kuò)散角。

將換填墊層計算公式進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)化，令，則可視為因換填墊層產(chǎn)生的應(yīng)力擴(kuò)散影響因子。值越大，擴(kuò)散影響越大，擴(kuò)散作用越顯著，反之則越小。

根據(jù)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(kuò)散影響因子。

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

因此，在實(shí)際施工過程中，施工人員就可以根據(jù)擋墻所產(chǎn)生的基底應(yīng)力及地基本身所能提供的承載力結(jié)合上圖進(jìn)行換填墊層厚度的選擇。

3.2片石對地基承載力的增強(qiáng)作用

換填墊層施工后，地基受到墊層的預(yù)壓本身的抗剪強(qiáng)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(qiáng)度增加值；Δσz為預(yù)壓荷載引起的地基土附加應(yīng)力值；Ut為地基土的固結(jié)度；φcu為土的內(nèi)摩擦角。

由上式可知，地基土受到墊層的重力產(chǎn)生的預(yù)壓效應(yīng)對其抗剪強(qiáng)度會有一定的提高，其提高的程度除與土自身的土力學(xué)性質(zhì)有關(guān)外，外在因素主要與墊層本身的重量密切相關(guān)。即換填墊層重量越大，抗剪強(qiáng)度的提高愈大，而土的抗剪強(qiáng)度的提高與地基承載力的增強(qiáng)有直接關(guān)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(xué)效果，可以帶來更大的地基承載力的增強(qiáng)效應(yīng)。

4　總 結(jié)

（1）換填墊層法相比于其他深層處治，在山區(qū)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(yōu)勢，適合優(yōu)先選擇。

（2）使用擴(kuò)大基礎(chǔ)這種基礎(chǔ)形式可以降低擋墻基底應(yīng)力，有效的減少擋墻地基處理的承載力負(fù)荷。

（3）在片石材料充足的條件下，優(yōu)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(qiáng)。

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

［2］ 中華人民共和國建設(shè)部.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.中國建筑工業(yè)出版社，2007：35.

［3］ 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.中國建筑工業(yè)出版社，2012：8.

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