對擋土墻設(shè)計新思路的探索

趙欣劍

（1唐山市規(guī)劃建筑設(shè)計研究院；2華北理工大學(xué)，河北 唐山 063000）

對擋土墻設(shè)計新思路的探索

趙欣劍1、2

（1唐山市規(guī)劃建筑設(shè)計研究院；2華北理工大學(xué)，河北 唐山 063000）

結(jié)合公路路基設(shè)計規(guī)范對擋土墻設(shè)計的基本要求，通過對工程地質(zhì)學(xué)巖層的產(chǎn)狀的分析，探索對高填方路段路肩式擋土墻設(shè)計的新思路，提出對土側(cè)主動土壓力采用堵與疏相結(jié)合的方法設(shè)計擋土墻，使道路工程擋土墻更經(jīng)濟(jì)、更安全。

擋土墻；設(shè)計；巖層；思路

擋土墻是支承路基填土或山坡土體、防止其變形失穩(wěn)的墻式構(gòu)筑物[1]，主要作用為承受土體側(cè)壓力，防止土體坍塌，一般分為三類：路肩式擋土墻，墻頂面內(nèi)緣高程與路基邊緣高程齊平的擋土墻；路堤式擋土墻，墻頂外緣高程低于路基邊緣高程，墻頂與填方路基邊坡相連接的擋土墻；路塹式擋土墻，用于防止路塹邊坡的塌滑或為保護(hù)路塹邊坡上方的建筑物而修建在挖方邊坡一側(cè)的擋土墻。擋土墻作為支擋結(jié)構(gòu)，修筑方便，造價經(jīng)濟(jì)，所以大量應(yīng)用在道路工程中。

1 擋土墻的設(shè)計要求及常規(guī)思路

1.1 擋土墻的設(shè)計要求

擋土墻應(yīng)用普遍，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上的要求也很多。工程技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、荷載情況、邊坡高度、結(jié)構(gòu)受力特點等因素合理布設(shè)和施工，力求達(dá)到結(jié)構(gòu)安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、布局合理、選材合理、成本較低、人工與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)的擋土墻。在以上要求中，擋土墻結(jié)構(gòu)安全可靠最關(guān)鍵，結(jié)構(gòu)安全取決于能否滿足以下三點：1)能承受正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種作用（或荷載）；2)在正常使用時具有良好的工作性能；3)在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性；在地震發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必要的穩(wěn)定性[2]。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上的這些要求歸根結(jié)底的目的，就是要求廣大的工程技術(shù)人員做到：γ0≤R，即結(jié)構(gòu)本身所能抵抗各種作用的能力大于，至少是等于各種施加在擋土墻上的作用總和。

1.2 常規(guī)的設(shè)計思路

工程技術(shù)人員在擋土墻大量的設(shè)計和施工中，逐漸形成了一套慣有的設(shè)計理念，首先擬定出一個擋土墻模型，然后匯總那些影響這個擋土墻模型安全的因素，如車輛荷載引起的土側(cè)壓力、人群荷載引起的土側(cè)壓力、填土重力、擋土墻結(jié)構(gòu)重力等，再將這些壓力作用進(jìn)行組合，計算出對擬定的擋土墻的影響，最后確定這些影響要小于或等于所擬定的擋土墻的抗滑移能力、抗傾覆能力、自身強(qiáng)度等，如不滿足重新擬定。從這計算公式中可以看出，擋土墻所支擋的土體給擋土墻的壓力越大，擋土墻為了抵抗土壓力，自身的強(qiáng)度要求就越高，即擋土墻截面尺寸如鋼筋直徑等就相應(yīng)越大。這是符合工程技術(shù)者一直追求的“兵來將擋、水來土掩”的設(shè)計理念。但是當(dāng)土體所給的壓力越來越大，而設(shè)計的擋土墻卻因為各種各樣的原因無法變得足夠安全，怎么辦？這種情況下，工程技術(shù)人員一般只是去思考其他解決措施。是設(shè)置擋土墻工程的方法不可行了嗎？這種情況下采用擋土墻就真的不合理了嗎？

2 擋土墻設(shè)計新思路的探索

2.1 新思路的靈感來源

縱觀歷史，幾千年前的大禹治水的故事給當(dāng)代工程設(shè)計者提供了一個擋土墻設(shè)計的新思路。當(dāng)年，人們生活在河流兩岸，大漲的河水水位嚴(yán)重威脅著大家的安全，為了抵擋洶涌的河水，人們反復(fù)不斷的加高堤壩，最終過高的堤壩沒能實現(xiàn)有效治水的初衷。后來，大禹采取疏導(dǎo)與封堵相結(jié)合的辦法，一面加固堤壩，一面開鑿?fù)ǖ溃瑢⒉糠趾樗鑼?dǎo)去了他處，終獲成功。

仔細(xì)想來，擋土墻設(shè)計規(guī)范并沒有只要求工程設(shè)計時一味的加固擋土墻，提高擋土墻自身的抵抗能力。從公式γ0≤R中可以看出，提高擋土墻結(jié)構(gòu)抵抗各種作用的能力：一種方案是公式中的右邊數(shù)值不斷變大，這樣會造成擋土墻尺寸的無限增大，它有一定的局限性；另一種方案是適當(dāng)?shù)臏p小施加在擋土墻結(jié)構(gòu)上的作用力，不僅可以提高擋土墻安全性能，而且還能使工程量減小。

2.2 工程地質(zhì)學(xué)巖層的產(chǎn)狀分析

在工程地質(zhì)構(gòu)造上，自然形成巖層的產(chǎn)狀有三個要素，分別為走向、傾向和傾角。走向為層面與水平面交線的延伸方向；傾向為層面上與走向垂直并指向下方的直線的水平投影方向；傾角為層面與水平面的交角。這些不同的巖層的產(chǎn)狀相組合形成了水平構(gòu)造、傾斜構(gòu)造、褶皺構(gòu)造、斷裂構(gòu)造等地質(zhì)構(gòu)造。巖層傾向有三種情況：第一，巖層傾向平行于垂直面向下。這時巖體自身是穩(wěn)定的，若在此處修建擋土墻，它可能受到的僅有巖層內(nèi)部土體對巖體橫向施加的再延伸到擋土墻上的力，而這個橫向力顯然是較小的，因為垂直的巖層已經(jīng)發(fā)揮了一定的擋土墻功能。第二。巖層傾向向內(nèi)。這時的巖層不僅自身穩(wěn)定，還具有比垂直巖層更大對內(nèi)橫向力抵抗能力，若這個抵抗能力足夠強(qiáng)，在此處修建擋土墻可能不會受到來自于巖體方向的橫向壓力。第三。巖層傾向向外。這時的擋土墻受到的橫向壓力將不僅僅是巖體本身的壓力，還要額外承擔(dān)巖層自身的滑動帶來的沖擊，若要修建擋土墻，將需要很大的擋土墻截面，這種地方修建擋土墻是不經(jīng)濟(jì)、不合理的。

2.3 不同路塹擋土墻的設(shè)計探索

道路挖方有土質(zhì)路塹和巖質(zhì)路塹之分，當(dāng)修建公路需要開挖巖石形成巖質(zhì)路塹時，如果巖石風(fēng)化程度較低，比方說微風(fēng)化的情況下，公路路基設(shè)計規(guī)范要求在無外傾軟弱結(jié)構(gòu)面，高度不大于30米時，邊坡坡率可采用1：0.1～1：0.3，30米的高度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般擋土墻高度的，而1：0.1～1：0.3的坡率恰巧也是一般擋土墻的外面坡的坡度。在實際計算中，在這種道路路塹處安置的30米高擋土墻，其所受土側(cè)的壓力非常的小。這樣的擋土墻設(shè)計起來容易，施工起來方便。

由于微風(fēng)化巖質(zhì)路塹，無外傾軟弱結(jié)構(gòu)面，采用1：0.1～1：0.3的邊坡坡率可行。因此，在擋土墻工程設(shè)計時，我們可以仿造出類似的道路路塹這樣的工程條件，改變土側(cè)橫向施加給擋土墻的壓力，去設(shè)計10米、20米甚至更高的填方路段兩側(cè)路肩式擋土墻。

3 擋土墻設(shè)計的新思路

從以上巖層的傾向分析和探索可以看出，將擋土墻修在向內(nèi)傾向的巖層處是非常經(jīng)濟(jì)的。在道路工程中遇到高填方路段需要設(shè)置路肩式擋土墻時，既然是填方，路基里面填料顆粒的大小、級配等要求在工程設(shè)計和施工時都是可以控制的，工程的建造過程中就可以人為的制造出向內(nèi)傾向的巖層。

工程設(shè)計時，擬定一個擋土墻結(jié)構(gòu)，首先將擋土墻所受各種作用進(jìn)行組合，計算出路肩式擋土墻第一第二破裂面位置和擋土墻墻背填料范圍，然后將墻背填料范圍外的破裂面土體內(nèi)分層插入鋼板，鋼板通長設(shè)置，每塊鋼板與道路水平面形成45度夾角，在這部分土體內(nèi)注入水泥漿或摻加石灰，這樣就形成了堅硬的，方向向內(nèi)的結(jié)構(gòu)面。這樣土體的橫向作用力被分解成水平和豎直兩個方向的分力，分力只有以前合力的一半，土壓力被大大的削弱，而且，本來應(yīng)該擋土墻承受的這部分土壓力還再一次被這一層層的堅硬結(jié)構(gòu)面重新分配成水平力和豎直力，再次被分解的水平力受到了這種近似重力式擋土墻的堅硬結(jié)構(gòu)面的進(jìn)一步削弱，最后設(shè)置的路肩式擋土墻受到的土壓力變成本該承受的土體壓力的四分之一還不到，設(shè)置的路肩式擋土墻就很容易滿足設(shè)計要求，成為一道安全性高的構(gòu)筑物[3]。

工程設(shè)計時，對于擋土墻所受土體的各種作用，從只注重堵，到堵與疏相結(jié)合，人為地制造向內(nèi)傾向的巖層，就可以在滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上，形成一個更經(jīng)濟(jì)、更安全的擋土墻。希望本文的研究能對擋土墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供一些有益的建議和指導(dǎo)。

[1]JTG D30-2015/中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司.公路路基設(shè)計規(guī)范[Z]北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.4

[2]牛琪英，李學(xué)武.工程地質(zhì)學(xué)[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2002.4

[3]中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司.公路擋土墻設(shè)計與施工技術(shù)細(xì)則[Z]北京：人民交通出版社，2008.1

Exploration of new ideas for retaining wall design

According to the basic requirements of highway subgrade design specification for retaining wall design,through the analysis of engineering geology strata occurrence and exploration of high embankment shoulder retaining wall design new ideas,put forward to the lateral soil active earth pressure by plugging method combined with thinning of the design of retaining wall,retaining wall engineering make the road more the economy,more safety.

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TU248

B

：1003-8965（2017）02-0068-02