衡重式超高擋土墻在山區公路中的應用

何蛟　羅勁松

摘要：文章通過一個衡重式超高擋土墻施工實例，闡述了衡重式超高擋土墻在山區公路中的應用，其中包括了衡重式超高擋土墻的適用范圍、支擋原理、尺寸擬定、穩定驗算、施工要點等內容，為衡重式超高擋土墻在山區公路中的應用與推廣提供參考經驗。

關鍵詞：衡重式;超高擋土墻;山區公路

中國分類號：U417.1+1文獻標識碼：A

0 引言

我國山區地域廣闊，山區公路在交通路網中扮演著重要的角色，為山區的交通建設做出了極大貢獻。山區公路由于地勢險峻、工程造價、技術水平等諸多因素限制，很多臨溝臨崖路段均需設置擋墻支護工程。衡重式擋土墻作為支擋工程中的一種，在山區公路的支護工程中發揮著重要的作用。當溝崖較深時可適當設置衡重式超高擋土墻，在滿足支護安全的同時，達到就地取材、控制造價、施工簡便等效果。本文將通過一個衡重式超高擋土墻施工實例，詳細地闡述衡重式超高擋土墻在山區公路中的具體應用，為山區公路中超高擋土墻的建設提供一些參考經驗。

1 工程概況

廣西壯族自治區某山區公路路段，公路等級為四級公路，設計速度為20 km/h，汽車荷載為公路—Ⅱ級，路基全寬6.5 m，路面全寬6 m。項目路線經過區域地勢陡峻，地形變化較大。在項目實施過程中發現某路段路基出現坍塌，導致其右側路基寬度不足，無法填筑路基，需在該路段增設擋墻支護工程。該路段溝底至路基頂面高差約20 m，路基下邊坡地質情況主要為堆積侵蝕地貌，上部為殘破積黏土層，厚度為0.5～1.5 m，土黃色～褐色，含少量碎石顆粒，下伏基巖為泥質粉砂巖、砂巖，開挖邊坡基巖風化嚴重，節理發育較為破碎并伴有順層。下伏基巖的端土極限承載力δR為1 200 kPa，容許承載力σ0為650 kPa。

2 衡重式超高擋土墻的選用

路基支護工程中，重力式擋土墻、衡重式擋土墻、扶壁式擋土墻、加筋土擋土墻等都是比較常用的支擋形式，但各自有各自的特點與適用條件。對于擋土高度≤5 m的路基擋墻，一般采用重力式擋墻;當擋土高度>5 m時，可采用衡重式擋土墻;扶壁式擋土墻可進一步提高擋墻砌筑高度，但擋墻底板必須有足夠的寬度，特別是在前齒部位;加筋土擋土墻是一種能適應軟土地基砌筑高擋墻的支擋結構。從本項目的工程實際出發，重力式擋土墻支擋高度較低，扶壁式擋土墻與加筋土擋土墻造價較高，工藝較復雜，故本路段對支擋結構高度、工程造價、施工工藝等多因素綜合考慮后，決定采用衡重式擋土墻。

衡重式擋土墻的支擋原理是利用衡重平臺上的填土重量，迫使墻身整體重心后移，使基底應力趨于均衡，以此增加墻身的穩定性。一般情況下，擋土墻超過12 m后，稱為超高擋土墻。本路段路基下邊坡采用衡重式超高擋土墻支護，擬定擋墻高度為17 m。

3 衡重式超高擋土墻的尺寸擬定

本路段路基下邊坡采用衡重式超高擋土墻支護，根據交通部衡重式擋墻通用圖及擋墻基底地質情況，擬定的尺寸具體為：擋墻高度為17 m，擋墻頂寬為1.40 m，擋墻底寬為4.57 m，衡重臺寬為1.40 m，外墻坡率為1∶0.05，上墻背斜率為1∶0.40，下墻背斜率為1∶0.25，墻趾高度為1 m，墻趾寬度為0.8 m，墻趾底面坡率為1∶10。具體尺寸見圖1。

一般情況下，擋土墻由于造價原因多采用M7.5或M10漿砌片石材料。本路段衡重式擋土墻為超高擋土墻，為提高擋土墻的整體強度與穩定性，同時也不至于造價過高，本路段衡重式超高擋土墻采用C25片石混凝土材料分層澆筑成形。

4 衡重式超高擋土墻的穩定驗算

根據《公路路基設計規范》（JTG D30-2015）第5章第5.4.2條規定：擋土墻設計應進行其承載力能力極限狀態計算和正常使用極限狀態驗算，以及擋土墻抗滑穩定、抗傾覆穩定和整體性驗算。本路段衡重式超高擋土墻的穩定驗算，采用理正巖土計算機軟件進行輔助計算，主要驗算步驟為：

第一步為原始條件輸入，一般包括墻身尺寸、物理參數、場地環境等參數的錄入，相當于一個建立模型的過程。

第二步為荷載分析并進行荷載組合分類，一般根據受力特征分為三類組合，相當于一個模型加載的過程。

第三步為各個特征指標、特征截面的具體驗算，一般包括滑動穩定性驗算、傾覆穩定性驗算、地基應力及偏心距驗算、基礎強度驗算、上墻截面強度驗算（容許應力法、極限狀態法）、墻底截面強度驗算（容許應力法、極限狀態法）、臺頂截面強度驗算（容許應力法、極限狀態法）等內容。這相當于一個應力應變計算與容許值驗算的過程。

采用理正巖土計算機軟件進行輔助計算，能比較方便地對擋土墻的受力情況進行驗算，同時也能較方便地出具相應的計算書。針對計算書中的計算步驟、計算公式以及驗算指標，應根據《公路路基設計規范》（JTG D30-2015）中的詳細規定進行詳細復核，確保無誤后方可認定擋土墻驗算通過。本路段衡重式超高擋土墻的穩定驗算采用理正巖土計算機軟件進行輔助計算，具體的驗算過程摘取部分如下：

4.1 滑動穩定性驗算

基底摩擦系數=0.500

采用傾斜基底增強抗滑動穩定性，計算過程如下：

基底傾斜角度=5.711（°）;

Wn=1 829.375（kN），En=313.908（kN），Wt=182.937（kN），Et=435.230（kN）;

滑移力=252.293（kN），抗滑力=1 071.641（kN）;

滑移驗算滿足：Kc=4.248>1.300。

滑動穩定方程驗算：

滑動穩定方程滿足：方程值=821.880（kN）>0.0。

地基土層水平向：滑移力=464.305（kN），抗滑力=1 274.781（kN）。

地基土層水平向滑移驗算滿足：Kc2=2.746>1.300。

4.2 傾覆穩定性驗算

相對于墻趾，墻身重力的力臂Zw=3.349（m）;

相對于墻趾，上墻Ey的力臂Zx=6.005（m）;

相對于墻趾，上墻Ex的力臂Zy=13.213（m）;

相對于墻趾，下墻Ey的力臂Zx3=5.559（m）;

相對于墻趾，下墻Ex的力臂Zy3=4.368（m）。

驗算擋土墻繞墻趾的傾覆穩定性：

傾覆力矩=3 058.514（kN·m），抗傾覆力矩=7 995.083（kN·m），

傾覆驗算滿足：K0=2.614>1.500。

傾覆穩定方程驗算：

傾覆穩定方程滿足：方程值=3 075.402（kN·m）>0.0。

4.3 地基應力及偏心距驗算

基礎類型為天然地基，驗算墻底偏心距及壓應力，取傾斜基底的傾斜寬度驗算地基承載力和偏心距：

作用于基礎底的總豎向力=2 143.282（kN），作用于墻趾下點的總彎矩=4 936.570（kN·m）;

基礎底面寬度B=4.380（m），偏心距e=0.113（m）;

基礎底面合力作用點距離基礎趾點的距離Zn=2.303（m）;

基底壓應力：趾部=565.368（kPa），踵部=413.348（kPa）;

最大應力與最小應力之比=565.368/413.348=1.368;

作用于基底的合力偏心距驗算滿足：e=0.113（m）≤0.200×4.380=0.876（m）。

墻趾處地基承載力驗算滿足：壓應力=565.368≤624.000（kPa）。

墻踵處地基承載力驗算滿足：壓應力=413.348≤676.000（kPa）。

4.4 墻底截面強度驗算

驗算截面以上，墻身截面積=73.117（m2），重量=1 681.702（kN）;

相對于驗算截面外邊緣，墻身重力的力臂Zw=3.355（m）。

（1）容許應力法

法向應力檢算：

作用于截面總豎向力=2 085.154（kN），作用于墻趾下點的總彎矩=4 921.485（kN·m）;

相對于驗算截面外邊緣，合力作用力臂Zn=2.360（m）。

截面寬度B=4.467（m），偏心距e1=0.127（m）;

截面上偏心距驗算滿足：e1=0.127≤0.250×4.467=1.117（m）。

截面上壓應力：面坡=546.260，背坡≤387.321（kPa）;

壓應力驗算滿足：計算值=546.260≤1 000.000（kPa）。

切向應力檢算：

剪應力驗算滿足：計算值=-82.775≤90.000（kPa）。

（2）極限狀態法

重要性系數=1.000;

驗算截面上的軸向力組合設計值Nd=2 078.365（kN）;

軸心力偏心影響系數=0.956;

擋墻構件的計算截面每延米面積A=4.467（m2）;

材料抗壓極限強度Ra=14 000.000（kPa）;

圬工構件或材料的抗力分項系數=1.540;

偏心受壓構件在彎曲平面內的縱向彎曲系數為0.924。

計算強度時：

強度驗算滿足：計算值=2 078.365≤38 834.645（kN）。

計算穩定性時：

穩定性驗算滿足：計算值=2 078.365≤35 871.848（kN）。

5 衡重式超高擋土墻的施工要點

本項目衡重式超高擋土墻經過驗算，已滿足穩定性與截面強度要求。對于衡重式超高擋土墻的施工，其與一般衡重式擋土墻的施工大體一致。關鍵的區別在于兩點：（1）衡重式超高擋土墻需要分層澆筑，所以分層澆筑是衡重式超高擋土墻施工的難點;（2）衡重式超高擋土墻的高空外模，一定要牽引牢固。針對衡重式超高擋土墻的分層澆筑，其具體施工有如下幾個要點：（1）注意合理安排分層厚度;（2）注意振搗密實;（3）注意避免片石混凝土離析;（4）可以適當預埋接茬鋼筋;（5）注意處理好施工縫。更多更詳細的施工技術可參照《公路路基施工技術規范》（JTG F10-2006）、《公路擋土墻設計和施工技術細則》（2008年3月版）等技術規范。

6 結語

衡重式擋土墻在山區公路中應用廣泛，而衡重式超高擋土墻作為一種造價適中、工藝不難的支擋形式，也應當在山區公路支擋工程中成為不錯的選擇。在條件適宜的情況下選擇衡重式超高擋土墻，可達到就地取材、控制造價、施工簡便等效果。本文通過衡重式超高擋土墻施工實例，闡述了衡重式超高擋土墻在山區公路中的應用，希望能為山區公路的支擋工程提供一些參考經驗。

參考文獻：

[1]JTG D30-2015，公路路基設計規范[S].

[2]JTG F10-2006，公路路基施工技術規范[S].

[3]中交第二公路勘察設計研究院有限公司.公路擋土墻設計和施工技術細則[M].北京：人民交通出版社，2008.