山區(qū)公路重力式擋土墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

李 銳

(山西路恒交通勘察設(shè)計(jì)咨詢有限公司，山西 太原 030006)

重力式擋土墻作為巖土工程中常見的支擋結(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用在鐵路、公路路基中，用于承受土體側(cè)壓力，穩(wěn)定路堤、路塹。隨著社會經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和工程技術(shù)的發(fā)展，新型支擋結(jié)構(gòu)也在不斷地運(yùn)用于各類工程，然而作為公路路基工程中經(jīng)常采用的重力式擋土墻，以其簡單的形式，簡便的施工及強(qiáng)大的適應(yīng)性得到了工程技術(shù)人員的普遍青睞。在山區(qū)公路復(fù)雜的地形地質(zhì)條件下，重力式擋土墻依然能穩(wěn)定地發(fā)揮其支擋作用，設(shè)計(jì)工作中的一些關(guān)鍵點(diǎn)是值得分析并給予重視的。

1 重力式擋土墻概述

1.1 重力式擋土墻的類型

重力式擋土墻是依靠自身重力來抵抗土壓力，保持路基穩(wěn)定性的。通常可采用片石、塊石、混凝土預(yù)制塊等作為砌體，或采用片石混凝土或混凝土進(jìn)行整體澆筑。按照墻背常用線形，一般將其分為仰斜式、垂直式、俯斜式、凸折式、衡重式、臺階式等。

1.2 重力式擋土墻的特點(diǎn)

重力式擋土墻截面形式比較簡單，土壓力作用方式單一，墻體使用材料容易取得，施工工藝簡便，由于其依靠自身重力來平衡土壓力，使得重力式擋墻的圬工量較大(相比于其他形式擋土墻)。

1.3 重力式擋土墻的應(yīng)用條件

重力式擋土墻適應(yīng)性很強(qiáng)，路基工程中的路肩墻、路堤墻、路塹墻及山坡?lián)鯄刹捎弥亓κ綋跬翂ΑＴ谑县S富的山區(qū)中修建公路，路塹開挖的石方常常是優(yōu)質(zhì)的石材，重力式擋土墻尤其適用。在軟弱地基中由于受到承載力的限制，不宜選用重力式擋土墻。

2 工程概況

2.1 工程地質(zhì)條件

2.2 修建支擋結(jié)構(gòu)的理由

該段路基多位于自然斜坡上，左側(cè)靠山，右側(cè)臨水，為半填半挖式路基，最大填高約27 m，自然斜坡坡度約30°～35°。挖方區(qū)域采用臺階式邊坡放坡處理，滿足邊坡穩(wěn)定性要求。填方區(qū)域若采用放坡填筑，坡腳將處在自然河溝中，自然河溝狹窄，為季節(jié)性河流，路基邊坡對河溝會產(chǎn)生明顯的擠壓侵占，影響自然過流；同時，放坡填筑路基將產(chǎn)生較大的填方工程量，且均在斜坡坡面，填筑施工也有一定難度；另外，大面積的斜坡填土?xí)茐脑衅旅嬷脖唬绊懧啡荩捎眠吰戮G化來恢復(fù)景觀通常是得不償失的。綜上，該段采用擋土墻方案收回路基邊坡，既可以穩(wěn)定路基，又可以保護(hù)自然環(huán)境，降低水土流失的可能。

3 擋墻設(shè)計(jì)

3.1 擋墻布置

位于路基填方的擋土墻可以采用路肩墻或路堤墻，路堤墻設(shè)置在高填土路堤或陡坡路堤的下方，可以防止路堤邊坡或路堤沿基底滑動，同時可以收縮路堤坡腳，減少填方數(shù)量，減少拆遷和占地面積，作為沿河路堤，在傍水的一側(cè)設(shè)置擋土墻，可以防止水流對路基的沖刷和侵蝕。路肩墻設(shè)置在路肩部位，墻頂是路肩的組成部分，其用途與路堤墻相同，可明顯減少填方工程量，也是減少壓縮河床的有效措施。在本段路基中，臨河擋墻則應(yīng)考慮浸水穩(wěn)定的問題，加之填土高度較高，路堤墻方案的圬工和土方工程量均較大，且影響坡面自然植被，因此，優(yōu)先考慮路肩墻方案。

3.2 擋墻截面選型

根據(jù)墻背傾斜方向的不同，墻身斷面形式可分為仰斜、垂直、俯斜、衡重式等幾種。作為路肩墻，其墻背土壓力不僅考慮填土的土壓力，車輛荷載產(chǎn)生的土壓力也尤為明顯。對仰斜、垂直和俯斜式三種不同的墻背所受的土壓力進(jìn)行分析，當(dāng)墻高和墻后填料等條件相同時，仰斜墻背所受的土壓力為最小，垂直墻背次之，俯斜墻背較大；因此仰斜式的墻身斷面較經(jīng)濟(jì)。經(jīng)現(xiàn)場勘查了解，該段路基斜坡表層主要為殘積土及強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，自然斜坡穩(wěn)定，承載力約200 kPa～300 kPa，同時，路基邊緣設(shè)計(jì)標(biāo)高高于地面線多為3 m～6 m，設(shè)置路肩墻的高度大約5 m～8 m，適宜仰斜式或垂直式擋土墻。另外，對應(yīng)填方工程，宜采用俯斜或垂直墻背，以便填土易夯實(shí)[1]。

3.3 擋墻力學(xué)計(jì)算

重力式擋土墻力學(xué)計(jì)算通常包含抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算、抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算、地基承載力驗(yàn)算等，設(shè)計(jì)過程中要著重把握好地基土性狀、墻背填土性狀以及側(cè)土壓力的計(jì)算。在本段擋墻的力學(xué)計(jì)算中，主動土壓力采取了庫侖算法(墻背采用垂直墻背，填土表面亦水平，也可以采用朗肯土壓力算法，試算結(jié)果表明采用兩種算法的結(jié)果基本一致)。依據(jù)規(guī)范并結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況，選取了適宜的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)算。這里的參數(shù)選取很關(guān)鍵，不同的力學(xué)參數(shù)代表著擋墻處于不同的受力環(huán)境，它對擋墻橫斷面設(shè)計(jì)的合理性起著決定作用，該路段基底為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖及殘積土，驗(yàn)算時不考慮其粘聚力，不考慮浸水工況，基底內(nèi)摩擦角分別采用了0.5和0.4；填土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)采用綜合內(nèi)摩擦角來體現(xiàn)，填筑砂礫的計(jì)算內(nèi)摩擦角取35°。而汽車荷載按照換算土柱方法加載，經(jīng)過驗(yàn)算的擋墻能夠滿足1.3的抗滑穩(wěn)定系數(shù)及1.5的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)的要求。在此基礎(chǔ)上還要進(jìn)行不同截面的比選，不斷調(diào)整擋墻各部位尺寸，以求找到最優(yōu)擋墻斷面。在進(jìn)行擋墻斷面優(yōu)化的過程中，常常出現(xiàn)各方面需求矛盾的狀況，往往是滿足了抗傾覆，卻不滿足抗滑，或者滿足了抗滑，又不滿足承載力要求，又或是唯獨(dú)不滿足偏心距要求，這些都是很正常的，比選的意義正在于找到一個最優(yōu)斷面方案。而設(shè)計(jì)人員在此時就要冷靜思考，目標(biāo)是總體合理的斷面方案，設(shè)計(jì)時首先要滿足抗傾覆穩(wěn)定性，一般對墻背坡度稍加調(diào)整就能產(chǎn)生明顯不同，然后是抗滑穩(wěn)定性，可以通過改善基底土摩擦性能，設(shè)置內(nèi)傾基底或防滑凸榫等不同方式調(diào)整，另外當(dāng)墻體尺寸受基底壓力控制時，為了使基底壓力不超過地基承載力，可以在基底設(shè)置臺階，通常無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)臺階滿足其剛性角要求即可，而且擴(kuò)展墻趾對擋墻的抗傾覆穩(wěn)定有利。

3.4 擋墻選材及構(gòu)造

擋墻墻身及基礎(chǔ)材料多采用漿砌片石或塊石，其中石料和砂漿的力學(xué)指標(biāo)應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范要求。也可以采用混凝土或片石混凝土現(xiàn)澆的擋墻結(jié)構(gòu)，由于其相比砌石結(jié)構(gòu)有更好的整體穩(wěn)定性和明顯的耐久性優(yōu)勢，同時施工質(zhì)量容易保證，因此在山區(qū)公路中，尤其是山西的一些寒冷地區(qū)，宜優(yōu)先考慮采用混凝土或片石混凝土擋土墻，混凝土等級一般不小于C20。

4 結(jié)語

擋土墻作為路基工程最為常用的支擋結(jié)構(gòu)，是路基穩(wěn)定性的重要保障，通常也是山區(qū)公路路基工程的主要構(gòu)造物，并且占用了相當(dāng)部分的工程造價(jià)。同時，擋土墻的設(shè)計(jì)有著很強(qiáng)的靈活性，在缺乏經(jīng)驗(yàn)的情況下，這種靈活性就變成了不確定性，給設(shè)計(jì)者帶來了困惑。針對山區(qū)公路重力式擋墻設(shè)計(jì)，通過擋墻平、縱、橫斷面的布置，選類型，定尺寸及材料選用的分析，總結(jié)了這類擋墻的一般設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，在今后同類工程中可以參考、驗(yàn)證，以期不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)。

[1] 尉希成，周美玲.支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004:85.