貴陽首個超高重力式擋土墻施工技術

張彥偉 宋星光

在市政道路工程中，擋土墻是為了防止固體廢棄物堆積體被沖蝕或易發(fā)生滑塌、崩塌、或穩(wěn)定人工開挖形成高陡邊坡，或避免滑坡體前緣再次滑動而修建的擋土工程。按照擋土墻斷面的設計幾何形狀及其受力特點，常用的擋土墻形式可分為重力式、半重力式、衡重式、懸臂式、扶壁式等。在路堤邊坡防護中，重力式擋土墻的應用較為廣泛。重力式擋土墻是依靠墻身自重來維持穩(wěn)定的，根據(jù)擋土墻斷面的設計幾何形狀及其受力特點可分為仰斜式、垂直式、俯斜式、凸型折線式、衡重式五類。

1 工程及地質(zhì)概況

貴陽市某市政道路工程路堤填方施工里程段總長255 m，其中填方高度在15 m～20 m之間的總長為170 m，占設計總長(255 m)的67%;其中填方高度達到20 m的總長為105 m，占設計總長(255 m)的41%?，F(xiàn)場填方路段周邊居民建筑密集，同時緊鄰國家AAAA級原始自然生態(tài)景區(qū)。

填方路程段位于原始生態(tài)公園山體坡腳，坡度較陡，坡度在1∶1～1∶0.5之間;其地表主要為第四系雜填土、耕植土及殘坡積粘土層，覆蓋層厚約0.5 m～1.0 m;下伏基巖為三疊系安順層(T1a)厚層白云巖，三疊系大冶組(T1d)薄～中厚層石灰?guī)r。根據(jù)調(diào)查，線路通過地段巖溶較發(fā)育。巖溶形態(tài)以地表淺部的溶溝(槽)、石芽為主，巖體內(nèi)主要為溶孔、垂直溶洞(隙)、懸臂巖體等，溶洞被粘土呈半充填或全充填狀態(tài)。

2 設計方案

擋土墻設計荷載為城—A級荷載。擋土墻設計采用C25片石混凝土(片石摻量不超出每次澆筑總體積的20%)。上、下層新舊混凝土之間采用接槎石進行連接，接槎石布置間距為1.2 m×1.2 m。

2.1 基礎結構設計

擋土墻基礎置于基巖上，基巖風化程度應控制在中～微風化;擋土墻前趾嵌入完整基巖內(nèi)的深度不小于150 cm;基底無巖溶，反之應將其內(nèi)填充物清除，并用高標號混凝土進行回填處理。

針對不同擋土墻墻身高度(H)，擋土墻基礎結構可選擇不同的形式。當14 m≤H≤20 m，選用A型基礎。為提高擋土墻與基底圍巖的摩擦力，避免擋土墻在壓力作用下發(fā)生滑移，在原有仰坡(坡率1∶20)的基礎上特對A型基礎增加榫頭結構，提高基礎與基底圍巖的鍥接能力。當10 m＜H＜14 m時，選用B型基礎。

2.2 墻身結構設計

擋土墻墻身混凝土結構采用分層、分段進行模筑，分層高度為2 m、分段長度為15 m。沿線路走向每隔15 m設一道沉降縫，縫寬2 cm，用膠泥或泡沫板進行填塞;為提高混凝土墻身結構之間的整體性，在擋土墻墻身高度6 m～20 m之間的沉降縫增設榫頭結構。為將主動土壓力進行轉(zhuǎn)換、分解，設計將擋土墻墻背在原設計基礎上進行了優(yōu)化設計。即在原設計擋土墻斜坡墻背(坡率為1∶5)的基礎上每2 m為分層高度，以此為分界并且逐層修筑臺階，臺階寬度為75 cm?；炷翂ι砭唧w結構形式見圖1。

3 重力式擋土墻設計計算

3.1 土壓力的計算

根據(jù)現(xiàn)場工程地形地貌及相關要求，C25片石混凝土墻身高H=20 m，墻頂以上無填石(即填石表面與水平面的夾角β=0°)，擋土墻墻背后填石容重γ=20 kN/m3，內(nèi)摩擦角φ=35°，擋土墻墻背與填石間的摩擦角δ=φ/2，墻背俯斜1∶0.53(擋土墻墻背與豎直面的夾角α=28°)，墻體容重γk=24 kN/m3，擋土墻墻身頂寬0.75 m，其墻身分段長度B=15 m，設計荷載為城—A級，防撞墻每延米重8.32 kN/m。

根據(jù)JTG D60-2004公路橋涵設計通用規(guī)范規(guī)定，當土層特性無變化但有汽車荷載作用時，作用在擋土墻后的主動土壓力標準值在β=0°時，可按照庫侖土壓力進行計算。

上述計算式中:

此外，上述主動土壓力計算式中h代表汽車荷載的等代均布填層厚度，根據(jù)CJJ 77-98城市橋梁設計荷載標準中的規(guī)定計算得:城—A級車輛荷載的等代均布荷載填層厚度h=0.78 m。

綜上所述，作用于C25片石混凝土擋土墻的主動土壓力E=33 634 kN，主動土壓力的著力點距離計算填層底面C=6.9 m;主動土壓力的水平分力EX=E·cos(δ+α)=23 574 kN、垂直分力EY=E·sin(δ+α)=23 989 kN。

3.2 擋土墻基底應力和抗剪強度驗算

15.0 m長，20.0 m高的C25片石混凝土擋土墻及其上護欄自重∑Gw=48 005 kN、主動土壓力的垂直分力EY=23 989 kN。C25片石混凝土擋土墻基礎嵌入微分化～中分化白云巖基巖中，其嵌入完整基巖的深度不小于150 cm，根據(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)情況和GB 50007-2002建筑地基基礎設計規(guī)范，GB 50021-2001巖土工程勘察規(guī)范相對照判斷，地基圍巖屬于軟質(zhì)巖(較軟巖)、巖體較完整，其巖石地基基本承載力[σ0］=500 kPa～800 kPa。

在運營期間，作用在基底的豎直方向的壓力N=∑Gw+∑EY=71 994 kN，基底的承受平均應力 σ=(∑Gw+∑EY)/A=374 kN/m2＜[σ0］=500 kPa～800 kPa，基礎地基承載力能夠滿足設計要求。

在運營期間，C25片石混凝土擋土墻墻身的最大剪應力τmax=0.77 MPa＜[τ0］=1.0 MPa，擋土墻采用 C25 片石混凝土能夠滿足設計要求。

3.3 擋土墻穩(wěn)定性驗算

擋土墻穩(wěn)定計算主要包括抗滑動穩(wěn)定系數(shù)Kc和抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)Ko的計算。

根據(jù)JTG D30-2004公路路基設計規(guī)范中的要求，Kc=

根據(jù)上述說明代入相關參數(shù)，計算得 Kc=2.12＞[Kc］=1.3。

Ko，其中計算式中各參數(shù)具體含義見JTG D30-2004公路路基設計規(guī)范中的說明。

根據(jù)擋土墻結構形式及相關參數(shù)計算得:KO=3.57＞[KO］=1.5。

綜合上述分析，擋土墻的抗滑動穩(wěn)定系數(shù)Kc和抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)KO均滿足JTG D30-2004公路路基設計規(guī)范中相關要求。

4 施工技術要求

4.1 模板工程

1)模板選擇:擋土墻的墻面?zhèn)炔捎酶?.0 m，長1.5 m，厚5 mm的組合鋼模板，鋼模板之間通過M16螺栓進行連接。為避免模板接縫之間的漏漿，模板之間設計“0.5 mm的公母扣”進行過渡。擋土墻的墻背和兩側(cè)面采用定形的組合鋼模板，定形的組合鋼模板尺寸為高0.5 m，長1.0 m，厚5 mm，鋼模板之間采用M16螺栓進行連接。此外，為避免模板與基面接頭位置存在的縫隙出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，現(xiàn)場采用M10砂漿進行封堵。2)模板加固:擋土墻墻面一側(cè)的模板可通過增設水平桿、木支撐進行固定、加固，同時在模板內(nèi)側(cè)架設斜拉撐、臨時斜支撐進行加固。擋土墻的墻背和兩側(cè)面的組合鋼模板固定、加固同墻面。擋土墻之間的榫頭采用木板進行加工，刨光后直接用“U”形卡進行固定。

4.2 混凝土工程

1)混凝土灌注。混凝土全部使用商品混凝土，混凝土攪拌運輸車進行混凝土運輸，現(xiàn)場使用自制滑槽(腳手架支撐、固定和3 mm鋼板加工成型)和汽車輸送泵相互配合進行混凝土澆筑施工。HBT系列混凝土輸送泵(俗稱地泵)，其混凝土輸送管道基本為φ150 mm和φ125 mm，混凝土輸送管道需要搭建專門的支架，同時輸送管道在混凝土澆筑完成后，需要專門拆除后清洗，現(xiàn)場操作繁瑣、困難。與HBT系列混凝土輸送泵相比較，自制滑槽和汽車輸送泵相對比較簡單，容易操作。

2)片石回填?，F(xiàn)場施工采用人工拋填、汽車式起重機配合的方式進行。首先在汽車式起重機吊鉤增加一鋼筋籠，然后將清洗干凈的片石裝入其中，待其起吊至片石填放處時，現(xiàn)場由人工進行拋填。在混凝土結構模板上方使用竹跳板搭設人行通道，確保片石拋填均勻，以保證片石混凝土的質(zhì)量。

4.3 排水工程

超高重力式擋土墻施工中，擋土墻自身排水系統(tǒng)的設計合理性及施工質(zhì)量是保證運營期間擋土墻結構安全的關鍵。

為防止超高重力式擋土墻的墻背后積水，同時避免因積水對填層的破壞和所產(chǎn)生水壓力對擋土墻墻身結構的破壞。現(xiàn)場施工過程中，在擋土墻墻背分臺階處設置外傾坡度為5%、間距4×2 m梅花形布置、直徑為10 cm的泄水孔(進水口處的碎石過濾包采用外包200 g/m2土工布的大粒徑礫石或碎石，過濾包最小截面尺寸不小于30 cm×30 cm×30 cm)的基礎上，擋土墻墻背后2 m范圍內(nèi)回填級配碎石，以其墻背臺階頂面為界設置厚度不小于20 cm粘土隔水層。

此外，在必要時可以進行“透水試驗”來檢查擋土墻自身排水系統(tǒng)的施工質(zhì)量。

5 結語

上述超高防護重力式擋土墻于2009年8月初開始組織施工，2009年10月底完成，工程建設周期不到2個月。施工期間對周邊環(huán)境的影響甚小，同時比原橋梁設計節(jié)約近600萬元。在擋土墻墻背進行回填過程中，現(xiàn)場對擋土墻垂直度、穩(wěn)定性(抗滑動)均進行了監(jiān)控，亦未發(fā)現(xiàn)任何變化，監(jiān)控結果顯示擋土墻結構性能良好。

與其他工程設施相比較，擋土墻有著計算理論簡單、施工工藝便捷、工程投資節(jié)約、周邊環(huán)境影響小、建設工期較短的顯著特點。隨著城市道路建設速度的加快，為了減少對建設周邊環(huán)境的影響，尤其是減少臨時征地和拆遷，高擋土墻的設計及施工可作為一個有效的工程防護途徑。

[1]貴陽市建筑設計院有限公司.貴陽市瑞金北路延伸段道路工程黔靈山隧道(土建)施工圖[Z］.2008.

[2]JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規(guī)范[S］.

[3]JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術規(guī)范[S］.

[4]JTG F10-2006，公路路基施工技術規(guī)范[S］.

[5]JTG D30-2004，公路路基設計規(guī)范[S］.

[6]GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范[S］.

[7]GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規(guī)范[S］.

[8]CJJ 77-98，城市橋梁設計荷載標準[S］.

[9]JTJ D61-2005，公路圬工橋涵設計規(guī)范[S］.

[10]陳仲頤，周景星，王洪瑾.土力學[M］.北京:清華大學出版社，1994.