路堤擋土墻選型及適用條件分析

(平潭綜合實驗區公路管理局，平潭350400)

路堤擋土墻選型及適用條件分析

■石敏

(平潭綜合實驗區公路管理局，平潭350400)

重力式擋墻是道路工程設計中最常用的支擋型式，重力式擋墻又分為仰斜式、俯斜式、衡重式等多種型式，具體在設計中應采用何種型式的擋墻，本文通過對三種不同型式重力式擋墻的土壓力及經濟性等方面對比分析，闡述了如何進行路堤擋土墻選型以及重力式擋墻的適用條件。

路堤擋土墻重力式擋墻選型

重力式擋土墻墻身自重支撐土壓力來維持其穩定。重力式擋墻型式簡單，施工方便，適應性較強，因此被廣泛運用。但由于其圬工數量較大，對地基承載力要求較高。常用的擋墻截面型式為仰斜式、俯斜式、衡重式三種，由于不同擋墻型式所受的土壓力不同，因此截面尺寸和擋墻基底應力均不同，本文通過在相同條件下對三種擋墻型式進行受力特征和經濟比較，為道路工程擋墻設計提供參考。

1 路堤擋土墻選型分析

1.1 擋墻設計參數

為方便比較，本文按路堤填土高度0m、4m、8m控制，并為三種擋墻選用的相同的設計參數，參數選擇參考《公路路基設計規范》(JTG D30-2015)。具體如下表1。

表1 擋墻設計參數

計算僅考慮一般地區擋墻，取用荷載組合Ⅰ、Ⅱ。

1.2 擋土墻土壓力計算

作用在擋土墻墻背上的主動土壓力，一般按庫倫理論計算。

庫倫主動土壓力基本公式,如公式(1)。

式中，Ea為主動土壓力(kN)；γ為土的容重(kN/m3)； H為擋土墻高(m)；Ka為庫倫土壓力系數。

1.3 擋土墻穩定驗算及強度計算

擋土墻的設計應保證其在自重和外荷載作用下不發生全墻的滑動和傾覆，并保證墻身截面有足夠的強度、基底應力小于地基承載力和偏心距不超過容許值。因此在擬定墻身斷面形式及尺寸之后，應進行墻的穩定及強度驗算。

(1)滑動穩定性驗算

擋土墻沿基底的滑動穩定系數Kc應不小于1.3，計算公式如式(2)。

式中，W為擋土墻自重；Ex、Ey為主動土壓力的水平和垂直分力(kN)；f為基底摩擦系數。

(2)傾覆穩定性驗算

擋土墻繞墻趾的傾覆穩定系數應不小于1.5，計算公式如式(3)。

式中，Zx為Ey對墻趾O點的力臂(m)；ZY為Ex對墻趾O點的力臂(m)；為對墻趾O點的力臂(m)。

(3)基底應力及偏心驗算

基底的合力偏心距e的計算公式如式(4)：

式中，[σ]為地基土修正后的容許承載力(kPa)。

(4)墻體截面強度驗算

通常選取1～2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。

1.4 計算結果

根據數值分析軟件計算，表2、3、4分別為仰斜式、衡重式、俯斜式擋墻在相同參數條件下滿足穩定性及強度的計算結果。

表2 仰斜式擋墻計算結果

表3 衡重式擋墻計算結果

表4 俯斜式擋墻計算結果

1.5 計算分析

對仰斜式、衡重式、俯斜式擋墻分別從擋墻截面面積、主動土壓力、墻趾部壓應力對比圖1～3可以看出，在相同墻高及擋墻計算參數一致的情況下仰斜墻背所受的土壓力為最小，衡重墻背次之，俯斜墻背較大；因此仰斜式的墻身斷面較經濟，且對地基承載力要求較低。這是由于仰斜式擋墻墻背后仰，在破裂角范圍內的填土重度最小，因此所受的主動力較小。俯斜式擋墻墻背后俯，在破裂角范圍內填土重度最大，故俯斜式擋墻所受主動土壓力最大。衡重式擋墻墻背介于兩者之間，因此受力居中。

圖1 表面面積對比圖

圖2 主動土壓力對比圖

圖3 墻趾壓應力對比圖

2 路堤擋土墻適用條件

路堤擋土墻是道路工程設計中由于路線附近存在構筑物、河流等有避讓需要時設置，或者現狀地面坡度較大，造成填方階數過大以及薄填的時候施工機具不好碾壓而在設計中考慮設置擋墻。

在確定需要設置支擋措施收坡的情況下，首先需考慮設計的用地范圍，因為重力式擋墻墻身及擋墻基礎均較大，當臨近建筑物較近時，則無法實施需考慮其他的支擋措施；其次在確定可以實施重力式擋墻的情況下，則要從墻身截面尺寸、地基土承載力、場地施工條件等去選用重力式擋墻。下面結合擋墻計算結果及分析分別闡述三種重力式擋墻的適用條件。

2.1 仰斜式擋墻適用條件

在上述的擋墻穩定性驗算結果和對比分析中，我們可以看出仰斜式擋墻在相同條件下墻身面積最優且對地基承載力要求較低，但由于仰斜式擋墻墻背后仰，后部存在三角區域，導致施工機具無法對該塊區域的填料進行壓實；由于面坡后仰在橫坡較陡的情況下，擋墻基礎埋置深度需用墻趾前的安全襟邊寬度來控制，導致仰斜式擋墻墻身高度較其他類型擋墻要高，擋墻的經濟性降低。所以仰斜式擋墻適用于在地面平坦的路肩墻和路堤墻。

2.2 衡重式擋墻適用條件

在上述的擋墻穩定性驗算結果和對比分析中，我們可以看出衡重式擋墻墻身面積和地基承載力均居中。衡重式擋墻采用陡直的墻面，比仰斜式擋墻占地少；墻背在上下墻間設有衡重臺，利用衡重臺上填土的重力使全墻重心后移，從穩定性計算表中可以看出墻趾墻踵壓應力接近，增加了墻身的穩定；下墻采用仰斜墻背，可以減小基礎寬度，減少開挖工作量，但存在三角區域，無法機械壓實。所以衡重式擋墻適用于山區地形陡峻處的路肩墻和路堤墻。

2.3 俯斜式擋墻適用條件

在上述的擋墻穩定性驗算結果和對比分析中，我們可以看出俯斜式擋墻墻身面積和地基承載力均較大。俯斜式擋土墻采用陡直的墻面，占地少；俯斜墻背的坡度緩，施工方便；在有石料來源且地基承載力較好的路段可以采用俯斜式擋墻作為路肩墻和路堤墻。

3 結束語

本文在相同的擋墻計算參數的條件下對仰斜式、衡重式、俯斜式擋墻按不同填土高度分別計算。在擋墻穩定均滿足的情況下對三種擋墻在墻身截面面積、主動土壓力、基礎壓應力進行對比分析，并根據分析結果分別闡述了擋墻的適用條件。在地形地貌復雜的道路工程中，擋墻占比較大，因此在安全性、經濟性的情況下合理的選擇擋墻型式顯得尤為重要。

[1]陳忠達.公路擋土墻設計[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2]JTGD30-2015，公路路基設計規范[S].

[3]JTG F10-2006，公路路基施工技術規范[S].

[4]交通部第二勘察設計院.公路設計手冊《路基》[M].北京:人民交通出版社,1996.