道路工程中重力式擋土墻的選型分析

盧水梅

（中鐵四院集團(tuán)南寧勘察設(shè)計(jì)院有限公司 廣西南寧 530003）

1 前言

在道路工程中，重力式擋土墻具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、取材廣泛等特點(diǎn)而被普遍使用。邊坡支擋設(shè)置擋土墻很大部分原因是受地界限制，放坡空間不足，故在有限的投資成本下，做出既安全又節(jié)省的方案是對(duì)設(shè)計(jì)人員的首要要求，同時(shí)也要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，確保實(shí)施方案優(yōu)質(zhì)可行。

重力式擋土墻可采用塊石、片石、混凝土預(yù)制塊作為砌體，或采用片石混凝土、混凝土進(jìn)行整體澆注。隨著機(jī)械化程度的日益普及，受人力作業(yè)局限性和適用條件限制，干砌、漿砌片石重力式擋土墻使用頻率下降，相比片石混凝土，素混凝土墻在工程中的使用日益廣泛。故本文以素混凝土重力式擋土墻展開論述，從技術(shù)與經(jīng)濟(jì)角度進(jìn)行分析對(duì)比，為工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)施工中做一參考借鑒。

2 重力式擋土墻的常用類型

重力式擋土墻按墻背常用線型，可分為仰斜式、垂直式、俯斜式、凸折式、衡重式、臺(tái)階式等類型，如圖1所示。本文對(duì)公路、城市等道路工程中采用較為普遍的仰斜式與衡重式展開分析。

圖1 重力式擋土墻的常用類型

3 擋土墻驗(yàn)算指標(biāo)

3.1 地基驗(yàn)算

擋土墻設(shè)計(jì)與施工中，對(duì)地基的承載力有明確要求，一般按正常使用極限狀態(tài)下作用（或荷載）效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合，相應(yīng)的抗力采用地基承載力特征值。設(shè)計(jì)中要求擋土墻基底所受的最大壓應(yīng)力不應(yīng)小于承載力特征值（或修正值），與此息息相關(guān)的是對(duì)其垂直于基礎(chǔ)底面的合力的偏心距e0的要求。對(duì)e0的限制規(guī)定，是基于防止基礎(chǔ)產(chǎn)生過大不均勻沉降和保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定。設(shè)計(jì)中，一般按作用（或荷載）增大對(duì)擋土墻結(jié)構(gòu)起不利作用考慮，按作用（或荷載）組合Ⅱ、Ⅲ、施工荷載組合相應(yīng)對(duì)e0的要求：非巖石地基e0≤B/6，較差的巖石地基e0≤B/5，堅(jiān)密的巖石地基e0≤B/4。以下計(jì)算中以非巖石地基為例，即需滿足e0≤B/6。實(shí)際設(shè)計(jì)中多采用軟件計(jì)算，而軟件往往設(shè)置的是統(tǒng)一參數(shù)，設(shè)計(jì)者應(yīng)引起注意，區(qū)分不同的地質(zhì)條件。

3.2 穩(wěn)定性驗(yàn)算

（1）一般要求

擋土墻穩(wěn)定性應(yīng)同時(shí)滿足抗滑動(dòng)和抗傾覆穩(wěn)定，本文中計(jì)算按作用（或荷載）組合Ⅰ、Ⅱ的情況要求：抗滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)Kc≥1.3，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)≥1.5。

（2）整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

設(shè)置于不良土質(zhì)地基、表土下為傾斜基巖地基及斜坡上的擋土墻，應(yīng)對(duì)擋土墻地基及填土的整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，其穩(wěn)定系數(shù)不應(yīng)小于1.25，其他情況不做整體穩(wěn)定性驗(yàn)算要求。本文中擋土墻驗(yàn)算不考慮整體穩(wěn)定性要求。

4 擋土墻選型計(jì)算分析

為方便對(duì)比分析，本文計(jì)算中將模擬條件盡量簡(jiǎn)化。一般截面強(qiáng)度檢算中截面上的偏心距e0都能滿足要求，此處偏心距e0，僅指作用于基底的合力偏心距。強(qiáng)身材料擬定為C20混凝土，取抗壓極限強(qiáng)度14MPa，受壓抗力分項(xiàng)系數(shù)1.54，抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值7.82MPa。作用在擋土墻上的填土側(cè)壓力僅考慮墻背主動(dòng)土壓力，不計(jì)水壓力。荷載系數(shù)：組合系數(shù)1.000，擋土墻結(jié)構(gòu)重力分項(xiàng)系數(shù)=1.2，墻頂上的有效永久荷載分項(xiàng)系數(shù)=1.4，墻頂與第二破裂面間有效荷載分項(xiàng)系數(shù)=1.4，填土側(cè)壓力分項(xiàng)系數(shù)=1.4，車輛荷載引起的土側(cè)壓力分項(xiàng)系數(shù)=1.400（本文計(jì)算采用軟件“理正巖土計(jì)算6.5版”）。實(shí)際設(shè)計(jì)中，擋土墻的尺寸截面可變化多樣，本文中筆者根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)直接擬定計(jì)算模型，不再論證。

4.1 路塹

路塹擋土墻中一般以仰斜式較為適宜，多采用面坡1：0.2、背坡1：0.2，按照?qǐng)D2中模擬條件（LQY模型），經(jīng)計(jì)算優(yōu)化后的設(shè)計(jì)墻型如表1。

以上述模擬條件設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，取邊坡高8m進(jìn)行對(duì)比，按照?qǐng)D3中衡重式型式（LQH模型）進(jìn)行試算，結(jié)果如表2所示。

圖3 衡重式路塹擋土墻（LQH模型）

由表2可知，從空間利用和對(duì)地基的要求方面考慮，衡重式擋土墻按LQH1-6、LQH1-7尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，方案較為合理，縱向?qū)Ρ燃磯π驮较蜓鲂笔绞諗吭胶侠?。但衡重式的LQH1-6、LQH1-7與重力式的LQY1-3對(duì)比，經(jīng)濟(jì)成本明顯升高。此外，當(dāng)墻背巖土條件較好時(shí)，臨時(shí)開挖坡面可與墻背一致，能有效減少超挖量及超挖回填土達(dá)不到密實(shí)度要求的帶來的不利影響，故一般路塹邊坡?lián)跬翂σ匝鲂笔綖橐恕?/p>

表1 仰斜式路塹擋土墻（LQY）計(jì)算表（取基底摩擦系數(shù)f=0.35）

4.2 路堤

道路工程中路堤重力式擋土墻分為路肩墻和坡腳墻，路肩擋土墻一般多采用衡重式，以圖3（LJH模型）、圖4（LJY模型）模擬條件做分析對(duì)比。

圖4 衡重式路肩檔土墻（LJH模型）

圖5 仰斜式路肩檔土墻（LJY模型）

由表3可知，在滿足穩(wěn)定性要求條件下，調(diào)節(jié)墻身截面尺寸可優(yōu)化基底的壓力分布，降低對(duì)地基的要求。整體而言，衡重式墻型較仰斜式墻型對(duì)基底承載力要求稍高，但其分布均勻性更好，從占地范圍看，衡重式墻型明顯優(yōu)于仰斜式。道路工程中，道路紅線寬度往往受限，當(dāng)不同車道間存在高差，高差為直立橫斷面時(shí)采用路肩衡重式擋土墻成為較為優(yōu)選的支擋措施。

對(duì)于路堤放坡空間不夠時(shí)，可在坡腳設(shè)置擋土墻，其計(jì)算原理同路塹邊坡，本文不再展開論述。值得注意的是，路堤直接承受車輛荷載，墻背填土質(zhì)量直接影響路基質(zhì)量，故擋土墻選型或設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在保障墻背填土壓實(shí)度方面多做考慮，如選用直立或俯斜式的墻背，或在墻背一定范圍采用易于壓實(shí)的填料回填等。

5 結(jié)語

本文以簡(jiǎn)單條件模擬計(jì)算，分析了仰斜式、衡重式分別貫用于路塹和路肩邊坡支擋的原因，所論述的內(nèi)容是巖土力學(xué)應(yīng)用中較為淺顯基礎(chǔ)的部分應(yīng)用。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，條件往往較為復(fù)雜，準(zhǔn)確判斷工況條件、合理選用設(shè)計(jì)參數(shù)是設(shè)計(jì)質(zhì)量保證的前提。設(shè)計(jì)者首先要有扎實(shí)的理論功底，要加強(qiáng)對(duì)土力學(xué)、巖土知識(shí)的學(xué)習(xí)與理解，做到知其然，更知其所以然。

表3 路肩擋土墻（LJH/LJY）計(jì)算表（取基底摩擦系數(shù)f=0.30）