淺談衡重式擋土墻在土木工程中的應(yīng)用

易義東　劉麗春

摘要：衡重式擋土墻在土木工程中得到了廣泛使用，多用作陡坡路基的路肩墻。本文介紹了衡重式擋土墻的結(jié)構(gòu)形式及衡重式擋土墻的布置和擋土墻材料選擇，并對衡重式擋土墻設(shè)計中的問題進行了探討。

關(guān)鍵詞：衡重式擋土墻；路肩墻；結(jié)構(gòu)形式

1 衡重式擋土墻的特點

衡重式擋土墻有如下較其他形式擋土墻優(yōu)越的特點：利用衡重臺上填土重量和墻身自重共同作用維持其穩(wěn)定；使地基應(yīng)力分布均勻；在材料用量上比重力式或半重力式少；基礎(chǔ)開挖和回填方量大大減少；衡重臺上的較大的容納空間使上墻墻背增加緩沖墻后，可作為攔截崩墜石用。

2 衡重式擋土墻的結(jié)構(gòu)形式

衡重式擋土墻的優(yōu)點在于利用衡重臺上部填土的土壓力作用和全墻重心的后移來增加墻身的穩(wěn)定，減小斷面尺寸；它的墻面陡直，下墻墻背仰斜，可大大降低墻高，減少基礎(chǔ)的開挖量。適用于山區(qū)、地面橫坡陡的路肩墻，也可用于路塹墻或路堤墻。一般在如設(shè)置重力式擋土墻墻高超過 8-10m時，就可以考慮采用衡重式擋土墻。

衡重式擋土墻的幾種常用的結(jié)構(gòu)形式，有卸荷板式衡重式擋土墻。卸荷板又稱減壓板，它的作用是增加擋土墻的抗滑移穩(wěn)定性，它的位置根據(jù)計算來確定；樁墻結(jié)構(gòu)的形式，在擋土墻基礎(chǔ)不能滿足要求或墻身要求太高時，可以采用此結(jié)構(gòu)形式。衡重式擋土墻的斷面尺寸一般為：上墻與下墻的比例為4:6，衡重臺寬度為墻高的0.25-0.35倍，墻頂取0.3-0.6m，胸坡坡度采用1:0.05，上墻俯斜坡度1:0.25-1:0.45，下墻仰斜坡度為 1:0.25-1:0.30。墻面一般為直線形，其坡度應(yīng)與墻背坡度相協(xié)調(diào)。同時還應(yīng)考慮墻趾處的地面橫坡，在地面橫向傾斜時，墻面坡度影響擋土墻的高度，橫向坡度愈大影響愈大。因此地面橫坡較陡時，墻面坡度一般為1:0.25-1:0.20，矮墻時也可采用直立；地面橫坡平緩時，墻面可適當(dāng)放緩，但一般不緩于1:0.35。在設(shè)計擋土墻時，斷面形式不宜變化過多，以免造成施工困難，并且應(yīng)當(dāng)注意不影響擋土墻的外觀。

3 衡重式擋土墻的布置與材料選擇

3.1 衡重式擋土墻的布置

擋土墻的布置包括擋土墻位置的選定、擋土墻的縱向布置、橫向布置與平面布置，通常在路基斷面圖和墻址縱斷面上進行。

3.1.1 擋土墻位置的選定

路塹擋土墻大多設(shè)在邊溝旁。山坡?lián)跬翂?yīng)考慮設(shè)在基礎(chǔ)可靠處，墻的高度應(yīng)保證設(shè)墻后墻頂以上的邊坡穩(wěn)定。

路肩擋土墻因可充分收縮坡腳，大量減少填方和占地，當(dāng)路肩墻和路堤墻的墻高和截面場土數(shù)量相近、基礎(chǔ)情況相似時，應(yīng)優(yōu)先選用路肩墻，按路基寬布置擋土墻位置。若路堤墻的高度或場土數(shù)量比路肩墻顯著降低大，而且基礎(chǔ)可靠時，宜選用路堤墻。必要時應(yīng)做技術(shù)經(jīng)濟比較以確定墻的位置。

3.1.2 縱向布置

縱向布置在墻址縱斷面圖上進行，布置后繪成擋土墻正面圖，布置內(nèi)容有:

確定擋土墻的起砌點和墻長，選抒擋土墻與路基或砌體結(jié)構(gòu)物的銜接方式。路肩擋土墻端部可以嵌入石質(zhì)路塹中，或采用錐坡與路堤銜接;與橋臺連接時，為了防止墻后回填土從橋臺尾端與擋土墻連接處的空隙溜出，需在臺尾與擋土墻之間設(shè)置隔墻及接頭墻。路塹擋土墻在隧道洞日應(yīng)結(jié)合隧道洞門、翼墻的設(shè)置情況平順銜接；與路塹邊坡銜接時，一般將墻高逐漸降低至2m以下，使邊坡坡腳不致仲入邊溝內(nèi)，有時也可用橫向端墻連接。

按地基、地形及墻身斷面變化情況進行分段，確定仲縮縫和沉降縫位置。

布置各段擋土墻的基礎(chǔ)。墻趾地面有縱坡時，擋土墻的基底宜做成不大于5%的縱坡。但地基為巖石時，為減少開挖，可縱向做成臺階。臺階尺寸應(yīng)隨縱坡大小而定，但其高寬比不宜大于1:2。

3.1.3 橫向布置

橫向布置選擇在墻高最大處、墻身斷面或基礎(chǔ)形式有變異處以及其它必須樁號的橫斷面圖上進行。根據(jù)墻型、墻高、地基及填土的物理力學(xué)指標(biāo)等設(shè)計資料，進行擋土墻設(shè)計或套用標(biāo)準(zhǔn)圖，確定墻身斷面、基礎(chǔ)形式和埋置深度，布置排水設(shè)施等，并繪制擋土墻橫斷面圖。

3.1.4 平面布置

對于個別復(fù)雜的擋土墻，如高、長的沿河擋土墻和曲線擋土墻，除縱橫向布置外，還應(yīng)進行平面布置，繪制平面圖，標(biāo)明擋土墻與路線的平面位置及附近地貌和地物等情況，特別是與擋墻有干擾的建筑物的情況。沿河擋土墻還應(yīng)繪出河道及水流方向、其他防護與加固土程等。

3.2 擋土墻材料選擇

擋土墻的修建應(yīng)遵循就地取材的原則，在有石料的地區(qū)，應(yīng)盡可能的采用水泥砂漿砌片石砌筑。水泥砂漿標(biāo)號，一般地區(qū)及寒冷地區(qū)采用M7.5；浸水地區(qū)及嚴寒地區(qū)采用M10.0號。片石的極限抗壓強度均不得低于30MPa。對于浸水和潮濕地區(qū)的石砌主體土程，石料的軟化系數(shù)應(yīng)不低于0.8。在嚴寒地區(qū)尚應(yīng)滿足抗凍試驗的要求。

在缺乏石料的地區(qū)一般采用C15號混凝土或片石混凝土；嚴寒地區(qū)采用C20號混凝土或片石混凝土。輕型擋土墻采用C20號鋼筋混凝土。

墻后填料的選擇是保證擋土墻正常使用和經(jīng)濟合理的一項重要工作。填料的內(nèi)摩擦角越大，主動土壓力就愈?。欢盍系娜葜赜?，主動土壓力就愈大。因此，應(yīng)選擇內(nèi)摩擦角大、容重小的填料，優(yōu)先采用砂類土、碎(礫)石土填筑。

這些填料透水性好、抗剪強度大且穩(wěn)定、易排水，能顯著減少主動土壓力。

一般不宜采用粘性土，因為粘性土的壓實性和透水性較差，又常具有吸水膨脹和冰脹的特性，產(chǎn)生側(cè)向膨脹壓力，從而影響擋土墻的穩(wěn)定。當(dāng)不得已采用粘性土做墻后填料時，應(yīng)適當(dāng)摻入碎石、礫石和粗砂等滲透性較好的材料。嚴禁使用淤泥、硅藻土等作為填料。填料中也不應(yīng)含有機物、冰塊、草皮、樹根等雜物及生活垃圾。在季節(jié)性冰凍地區(qū)，不能使用凍脹材料。對于重要的，高度較大的擋土墻，不應(yīng)用粘土做填料。

4 衡重式擋土墻設(shè)計中的問題

4.1 土壓力計算中等效內(nèi)摩擦角的問題

在土壓力的計算中，一般只考慮主動土壓力。設(shè)計計算時一般使用庫侖主動土壓力公式計算，但是庫侖理論假定墻后填土為砂性土(即c=0)，當(dāng)墻后填土為粘性土?xí)r候，一般采用等效內(nèi)摩擦角?漬，通常取?漬0＝35°。等效內(nèi)摩擦角的確定可以采用三種不同的等效條件進行折算：抗剪強度相等的條件；朗肯總土壓力相等的條件；朗肯土壓力對趾部力矩相等。這三種方法的計算結(jié)果都表明 隨擋土墻高度的增大而減小，如不考慮這種減少的影響，對高擋土墻的設(shè)計是偏不安全的。使用等效內(nèi)摩擦角的方法對填土高度6-8m時較為合適，用此角度計算高墻或低墻土壓力時則產(chǎn)生低墻偏大，高墻偏小的缺陷，依據(jù)它所設(shè)計出的擋土墻截面則低墻保守，高墻危險。

通過分析三種等效內(nèi)摩擦角算法，從中選擇一種較為合理而又簡便的等效內(nèi)摩擦角的折算方法，便于直接采用庫侖理論及其計算公式設(shè)計高擋土墻，即先按朗肯總土壓力相等的條件折算等效內(nèi)摩擦角，再用庫侖理論及其計算公式計算土壓力。

4.2 軟土地基中衡重式擋土墻的結(jié)構(gòu)

地基承載力驗算是擋土墻設(shè)計中的必須內(nèi)容。在軟土地基中修筑衡重式擋土墻時，其結(jié)構(gòu)形式與地基承載力有著直接的關(guān)系。通過改變擋土墻結(jié)構(gòu)(適當(dāng)加寬擋土墻底寬)，同時采用適當(dāng)?shù)姆椒▽Φ鼗M行加固處理，就可以使地基滿足衡重式擋土墻修筑的要求。

參考文獻

[1]易芳，衡重式擋土墻優(yōu)化設(shè)計方法及其實現(xiàn)分析，中國高新技術(shù)企業(yè)，2008.

[2]吳華勛，重力式擋土墻設(shè)計淺析，山西建筑，2006.