山區(qū)公路擋土墻設(shè)計(jì)探討

肖焱

（中交遠(yuǎn)洲交通科技集團(tuán)有限公司，長(zhǎng)沙 410000）

1 引言

隨著我國(guó)公路建設(shè)“深度”的提升，目前山區(qū)的公路建設(shè)項(xiàng)目越來越多。山區(qū)地勢(shì)崎嶇，高差較大，地質(zhì)情況比較復(fù)雜，為了保證公路路基的穩(wěn)定性，擋土墻是山區(qū)公路最常用的構(gòu)造物[1]。通過設(shè)置擋土墻可達(dá)到穩(wěn)定邊坡，減少填挖土方量和占地面積等目的。

影響擋土墻穩(wěn)定性的因素很多，常見的有墻后填土的性質(zhì)，基礎(chǔ)承載力情況，擋土墻施工質(zhì)量等，在設(shè)計(jì)中往往容易出現(xiàn)疏忽而造成工程事故，擋土墻坍塌造成的工程事故占山區(qū)公路工程事故相當(dāng)大的比例。本文根據(jù)郴州資興市某山區(qū)公路工程（以下簡(jiǎn)稱“本工程”）擋土墻施工時(shí)出現(xiàn)的問題，分析山區(qū)公路擋土墻設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，總結(jié)山區(qū)擋土墻設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及需要注意的事項(xiàng)。

2 工程概況

本工程位于湖南南部南嶺山脈山區(qū)中，路線全長(zhǎng)8.231km。路線走廊帶標(biāo)高介于200～500m， 高差達(dá)300m，為典型的山嶺重丘區(qū)地形。為了減少填挖土方量和占地面積，本工程設(shè)置有多處衡重式路肩墻（見圖1）。

圖1 擋墻位置平面圖

其中，K19+090～K19+170段右側(cè)設(shè)置有5.0～12.0m高的衡重式路肩墻，設(shè)計(jì)地基承載力要求需達(dá)到500kPa。根據(jù)地勘顯示，本段擋墻基礎(chǔ)表層為種植土，層厚約0.6m，其下為黏土層，層厚約0.6m，持力層為中風(fēng)化灰?guī)r，地基承載力達(dá)到3 000kPa，滿足設(shè)計(jì)要求，地基高程為325.1m。

3 擋土墻施工過程出現(xiàn)的問題及處理

本段擋土墻基礎(chǔ)開挖后，地質(zhì)情況與原設(shè)計(jì)有較大出入，局部開挖至持力層標(biāo)高后，未發(fā)現(xiàn)中風(fēng)化灰?guī)r層，而為巖質(zhì)較弱的砂質(zhì)頁巖層，初步判斷不能滿足原設(shè)計(jì)的地基容許承載力要求。

發(fā)現(xiàn)問題后，立即組織地勘隊(duì)伍對(duì)本段擋墻重新進(jìn)行地質(zhì)勘探，于K19+104右側(cè)中線偏7.0m、K19+137右側(cè)中線偏9.7m位置重新鉆孔取芯。根據(jù)最新地質(zhì)勘探資料顯示，本段擋墻基礎(chǔ)表層為碎石土，層厚1.8～2.1m，地基承載力為300kPa，其下為全風(fēng)化砂質(zhì)頁巖層，層厚3.1～4.9m，地基承載力為270kPa，下伏層為強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)頁巖層，地基承載力為450kPa。根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料，需對(duì)本段擋土墻重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4 擋土墻的選型

4.1 截面形式選擇

根據(jù)最新的地質(zhì)資料，若采用原設(shè)計(jì)衡重式擋土墻，為滿足地基承載力500kPa，需要對(duì)擋墻基礎(chǔ)進(jìn)行處理，勢(shì)必需要大幅度增加造價(jià)，同時(shí)影響施工進(jìn)度，而且衡重式路肩墻施工較為復(fù)雜，對(duì)施工質(zhì)量要求較高。而仰斜式路肩墻形式簡(jiǎn)單，施工方便，截面尺寸相差不大的情況下對(duì)地基承載力要求較低，因此，根據(jù)擋土墻結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)分析，同時(shí)考慮造價(jià)、施工進(jìn)度等因素，本段擋土墻考慮改為采用仰斜式路肩墻。

山區(qū)公路一般地面橫坡比較陡峭，滿足地基承載力的條件下采用衡重式擋土墻、俯斜式擋土墻可以減小墻高，有效地減小截面，節(jié)省材料，降低工程造價(jià)，但需要掌握好基礎(chǔ)資料，因地制宜地選擇擋墻類型。

4.2 材料的選擇

山區(qū)公路中，石料資源較為豐富，片石擋土墻取材容易，施工簡(jiǎn)便，適用范圍比較廣泛。采用片石砌筑，可以較好地滿足經(jīng)濟(jì)、安全方面的要求。

根據(jù)JTG D30—2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定[2]，10m以內(nèi)擋土墻可采用漿砌片石砌筑，10m（包含10m）以上采用片石混凝土砌筑。故本段擋土墻采用片石混凝土砌筑。

4.3 位置選擇

本段擋墻重新設(shè)計(jì)主要考慮采用路肩擋土墻或路堤擋土墻。由于路堤擋土墻需要承受填土的荷載，受力條件較路肩擋土墻較為不利，相同高度下截面尺寸也較大，所以雖然路堤擋土墻可以減少擋墻的高度，但截面尺寸的加大使圬工數(shù)量較為接近。同時(shí)，由于路堤擋土墻位置外移，為滿足擋土墻襟邊要求，勢(shì)必需要加大擋土墻的高度，因此綜合比較，本段采用路肩墻比較有利。

對(duì)于山區(qū)公路而言，一般情況下采用路肩墻比較有利，但擋土墻墻高較大、地基承載力不滿足要求，特別是有放坡空間時(shí)，也可采用路堤擋土墻的形式。

5 擋墻穩(wěn)定性驗(yàn)算

擋土墻的設(shè)計(jì)應(yīng)保證其在自重和外荷載作用下不發(fā)生全墻滑動(dòng)和傾覆，并保證墻身截面有足夠的強(qiáng)度、基底應(yīng)力不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，需要進(jìn)行擋土墻的穩(wěn)定及強(qiáng)度驗(yàn)算[3]。

本工程墻身穩(wěn)定性驗(yàn)算采用理正巖土6.5版軟件進(jìn)行驗(yàn)算，包含滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算、傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算、地基應(yīng)力及偏心距驗(yàn)算、墻底截面強(qiáng)度驗(yàn)算、臺(tái)頂截面強(qiáng)度驗(yàn)算。以下為本段擋土墻最大截面擋墻驗(yàn)算書。

5.1 墻身尺寸

墻身高： 16.500m，包含基礎(chǔ)高度。

墻頂寬： 2.600m。

面坡傾斜坡度：1∶0.250。

背坡傾斜坡度：1∶-0.150

采用1個(gè)擴(kuò)展墻址臺(tái)階：墻趾臺(tái)階b1：1.900m；墻趾臺(tái)階h1：1.500m；墻趾臺(tái)階與墻面坡坡度相同。墻底傾斜坡率：0.200∶1

5.2 物理參數(shù)

圬工砌體容重：23.000kN/m3；

圬工之間摩擦系數(shù)：0.500；

地基土摩擦系數(shù)：0.500；

墻身砌體容許壓應(yīng)力：1 500kPa；

墻身砌體容許剪應(yīng)力；220kPa；

墻身砌體容許拉應(yīng)力：110kPa；

墻身砌體容許彎曲拉應(yīng)力：200kPa；

場(chǎng)地環(huán)境：一般地區(qū)；

墻后填土內(nèi)摩擦角：35.000。；

墻后填土黏聚力：0.000kPa；

墻后填土容重：19.000kN/m3；

墻背與墻后填土摩擦角：17.500。；

地基土容重：18.000kN/m3；

修正后地基承載力特征值：270kPa。

5.3 驗(yàn)算結(jié)果

1）滑移驗(yàn)算滿足 :Kc=2.829＞1.300；

地基土層水平向：滑移驗(yàn)算滿足：Kc2= 1.334 ＞1.300。

2）傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果：

傾覆驗(yàn)算滿足：K0=2.764＞1.500。

3）地基應(yīng)力及偏心距驗(yàn)算結(jié)果：

地基平均承載力驗(yàn)算滿足:壓應(yīng)力=268.2kPa≤270kPa。

4）墻底截面強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果：

截面上偏心距驗(yàn)算滿足：e1=-0.308≤0.300×6.150=1.845m；

壓應(yīng)力驗(yàn)算滿足:計(jì)算值=308.860kPa≤1 500kPa；剪應(yīng)力驗(yàn)算滿足:計(jì)算值=-20.637kPa≤220kPa。

5）臺(tái)頂截面強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果：

截面上偏心距驗(yàn)算滿足：e1=0.417≤0.300×4.100=1.230m；

壓應(yīng)力驗(yàn)算滿足:計(jì)算值=481.206kPa≤1 500kPa；

剪應(yīng)力驗(yàn)算滿足:計(jì)算值=-41.268kPa≤220kPa。

從以上計(jì)算結(jié)果看出，該截面尺寸均滿足擋土墻各項(xiàng)穩(wěn)定性要求。

6 前后擋土墻設(shè)計(jì)對(duì)比

根據(jù)對(duì)比可知，采用仰斜式路肩擋土墻后，最高處擋土墻截面尺寸有較大的增加，但重新計(jì)算后擋土墻基底承載力能滿足設(shè)計(jì)要求，不需要進(jìn)行處理。目前，擋土墻已施工完成，擋土墻穩(wěn)定性良好，也達(dá)到了縮短施工工期，節(jié)約工程造價(jià)的效果（見圖2）。

7 結(jié)語

本文根據(jù)擋土墻施工時(shí)出現(xiàn)的問題，總結(jié)得出山區(qū)公路擋土墻設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)：

圖2 擋土墻截面對(duì)比圖

1）加強(qiáng)擋土墻位置的測(cè)量工作，加密橫斷面測(cè)量，以便于確定擋土墻的位置以及擋土墻采用的形式；

2）精細(xì)化擋土墻的地質(zhì)勘探，提供完善的擋土墻計(jì)算參數(shù)；確保地質(zhì)資料的準(zhǔn)確性，為擋土墻形式的選擇提供依據(jù)；

3）施工過程中，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)該深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行指導(dǎo)，保證按圖施工，以避免由于施工不當(dāng)而引發(fā)工程事故。

總之，擋土墻作為山區(qū)公路運(yùn)用最多的路基防護(hù)工程之一。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查、勘探，確定構(gòu)造物的形勢(shì)與尺寸，運(yùn)用合理的理論計(jì)算，并進(jìn)行擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算，因地制宜，采取合理、可行的措施，對(duì)擋土墻采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)跟蹤，以保證擋土墻的安全性。