山區(qū)公路擋土墻設(shè)計淺析

羅建華

【摘 要】本文主要介紹采用容許應力法進行擋土墻設(shè)計的情況，分析山區(qū)公路擋土墻設(shè)計中的重點問題，并提出了較為合理可行的建議與措施。

【關(guān)鍵詞】山區(qū)公路；擋土墻設(shè)計；淺析

0.引言

公路擋土墻是用來支承路基填土或山坡土體，防止填土或土體變形失穩(wěn)的一種構(gòu)造物。在路基工程中，擋土墻可用以穩(wěn)定路堤和路塹邊坡，減少土石方工程量和占地面積，防止水流沖刷路基，并經(jīng)常用于整治坍方、滑坡等路基病害。

擋土墻的形式多種多樣，按其結(jié)構(gòu)特點，可分為：石砌重力式、石砌衡重式、加筋土輕型式、砼半重力式、鋼筋砼懸臂式和扶壁式、柱板式、錨桿式、錨定板式及垛式等類型；按其中路基橫斷面上的位置，又可分：路肩墻、路堤墻及路塹墻；按所處的環(huán)境條件，又可分為：一般地區(qū)擋墻、浸水地區(qū)擋土墻及地震地區(qū)擋土墻。

1.擋土墻的選型

1.1材料選擇

漿砌片石擋土墻取材容易，施工簡便，適用范圍比較廣泛。山區(qū)公路中，石料資源較為豐富，在擋土墻高≤10米時，因地制宜，采用漿砌片石砌筑，可以較好地滿足經(jīng)濟、安全方面的要求。

1.2截面形式選擇

根據(jù)擋土墻結(jié)構(gòu)類型及其特點分析，當墻高<5時，采用重力式擋土墻，可以發(fā)揮其形式簡單，施工方便的優(yōu)勢。同時，由于山區(qū)公路地面橫坡比較陡峭，若采用仰斜式擋土墻，會過多增加墻高，斷面增大，造成浪費，采用俯斜式擋土墻會比較經(jīng)濟合理。一般在路塹墻、墻趾處地面平緩的路肩墻或路堤墻等情況下，才考慮采用仰斜式擋土墻。當墻高≥5且地基條件較好時，采用衡重式擋土墻，可以有效地減小截面，節(jié)省材料。

1.3位置選擇

在挖方邊坡比較陡峭時，采用路塹擋土墻，可以降低邊坡高度，減少山坡開挖，避免破壞山體平衡；在地質(zhì)條件不良情況下，還可以支擋可能坍滑的山坡土體。

對于采用路肩擋土墻或路堤擋土墻，應結(jié)合具體條件考慮，必要時應作技術(shù)經(jīng)濟比較。因為路堤擋土墻承受荷載較大，受力條件較為不利，截面尺寸也較大，所以錄路堤墻與路肩墻的墻高或截面污工數(shù)量較為接近，基礎(chǔ)情況相仿時，采用路肩墻比較有利。

2.土壓力的計算

擋土墻設(shè)計的經(jīng)濟合理，關(guān)鍵是正確地計算土壓力，確定土壓力的大小、方向與分布。土壓力計算是一個十分復雜的問題，它涉及墻身、填土與地基三者之間的共同作用。計算土壓力的理論和方法很多。由于庫倫理論概念清析，計算簡單，適用范圍較廣，可適用不同墻背坡度和粗糙度、不同墻后填土表面形狀和荷載作用情況下的主動土壓力計算，且一般情況下計算結(jié)果均能滿足工程要求，因此庫倫理論和公式是目前應用最廣的土壓力計算方法。

2.1庫倫主動土壓力計算公式及計算簡圖

主動土壓力計算公式：

Eα=1/2γH2Ka

《公路設(shè)計手冊·路基》中，以庫倫理論為基礎(chǔ)，按墻后填土表面的形狀和車輛荷載分布情況的不同，推導出各種情況下的主動土壓力計算公式，設(shè)計時可根據(jù)實際情況查表計算。

2.2第二破裂面土壓力的計算

在擋土墻設(shè)計中，當墻背或假想墻背的傾角α1或α1大于第二破裂面的傾角αi，或作用于墻背或假想墻背的土壓力對墻背法線的傾角δ小于或等于墻背摩擦角δ時，就會出現(xiàn)第二破裂面，這種情況下，應按破裂面出現(xiàn)的位置來求算土壓力。

3.擋土墻的穩(wěn)定驗算及強度驗算

擋土墻的設(shè)計應保證其在自重和外荷載作用下不發(fā)生全墻的滑動和傾覆，并保證墻身截面有足夠的強度、基底應力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，應進行墻的穩(wěn)定及強度驗算。擋墻的驗算方法有二種：一種是采用分項安全系數(shù)的極限狀態(tài)法，另一種是總安全系數(shù)的容許應力法。目前國內(nèi)多數(shù)應用容許應力法設(shè)計擋土墻。下面是采用容許應力法進行擋土墻驗算的簡介。

3.1滑動穩(wěn)定驗算

擋土墻沿基底的滑動穩(wěn)定系數(shù)Kc應不小于1.3。計算公式為：

Kc=（W+Ey）f/Ex

3.2傾覆穩(wěn)定驗算

擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定系數(shù)Ko應不小于1.5。計算公式為：

Ko=（WZw+EyZx）/（ExZy）

3.3基底應力及偏心驗算

基底的合力偏心距e。計算公式為：

e=B/2-Zn=B/2-（WZw+EyZx-ExZy）/（W+Ey）

3.4墻身截面強度驗算

通常選取一、兩個截面進行驗算。驗算截面可選在基礎(chǔ)底面、1/2墻高處或上下墻交界處等。

墻身截面強度驗算包括法向應力和剪應力的驗算。剪應力包括水平剪應力和斜剪應力兩種，重力式擋土墻只驗算水平剪應力，而衡重式擋土墻還需進行斜截面剪應力的驗算。

4.采取措施

完成了擋土墻截面設(shè)計及穩(wěn)定、強度驗算之后，必須采取必要的措施，以保證擋土墻的安全性。

4.1基礎(chǔ)加固措施

（1）為減少基底壓應力，增加抗傾覆的穩(wěn)定性，在墻趾處伸出一臺階，以拓寬基底。墻趾臺階的寬度不小于20cm，臺階高寬比可采用3：2或2：1。

（2）地基為軟弱土層時，可用砂礫、碎石、礦渣或灰土等質(zhì)量較好的材料換填，以擴散基底壓應力，滿足設(shè)計要求。

4.2排水措施

對于漿砌石擋土墻，應在墻前地面以上設(shè)置一排泄水孔。墻較高時，可在墻上部加設(shè)泄水孔。泄水孔采用10×10cm的方孔或圓孔，孔眼間距2～3米，上下排泄水孔錯開設(shè)置。泄水孔進水口應設(shè)置反濾材料。

4.3沉降縫與伸縮縫的設(shè)置

為避免地基不均勻沉降引起墻身開裂，需按墻高和地基性質(zhì)的變異，設(shè)置沉降縫，同時，為了減少圬工砌體因收縮硬化和溫度化作用而產(chǎn)生裂縫，需設(shè)置伸縮縫。擋土墻的沉降縫和伸縮縫設(shè)置在一起，每隔10～15m設(shè)置一道，縫寬2～3cm，自墻頂做至基底，縫內(nèi)宜用瀝青麻絮、瀝青竹絨或涂以瀝青的木板等具有彈性的材料，沿墻的內(nèi)、外、頂三側(cè)填塞，填塞深度不小于15cm。

4.4墻頂與路面的銜接

當墻頂寬大于土路肩寬度時，擋土墻侵入土路肩部分應預留出相當于路面結(jié)構(gòu)厚度部分以鋪筑路面。

4.5車輛安全行駛保障措施

對于路肩墻，其墻頂面以下50cm采用C20砼澆筑，并預埋鋼筋，在其上設(shè)置防撞欄或防撞墻。

5.材料要求

（1）石料須經(jīng)過挑選，質(zhì)地均勻，無裂縫，不易風化。

（2）石料的抗壓強度應不低于30MPa。

（3）盡量采用較大的石料砌筑，塊石應大致方正，其厚度不小于15cm，寬度和長度相應為厚度的1.5～2.0倍和1.5～3.0倍。

（4）采用7.5號砂漿砌筑，10號砂漿勾縫。

6.設(shè)計體會

6.1設(shè)計參數(shù)的選取

因用于計算主動土壓力的庫倫理論較適用于砂性土，而對于粘性土的壓力計算會存在一定的誤差，所以對于以粘性土做填料的擋土墻計算，設(shè)計參數(shù)如填料的內(nèi)摩擦角等的取值應相對保守。由于庫倫理論是一種簡化的土壓力計算方法，所以對于以砂性土做填料的擋土墻，設(shè)計參數(shù)也應根據(jù)實際情況取相對保守值。 （下轉(zhuǎn)第228頁）

（上接第201頁）6.2安全系數(shù)的選取

對墻高≥6m的擋土墻，實際設(shè)計時建議將安全系數(shù)提高20%，以保證其安全性。

6.3墻面坡的選取

出于美觀和施工方便的考慮，一段擋土墻通常都采用一個墻面坡。對于山區(qū)公路擋土墻，采用較陡的墻面坡，可有效減小墻高，節(jié)省材料。一般情況下，重力式擋土墻（俯傾式）、衡重式擋土墻墻面坡取1：0.05，仰斜式擋土墻的墻面坡取1：0.25，均能滿足設(shè)計要求。

6.4墻背坡的選取

仰斜式擋土墻的墻背坡一般不超過1：0.3，具體結(jié)合開挖的臨時邊坡選取。

俯斜式擋土墻的墻背坡一般取1：0.2，隨著墻高增加，墻頂寬度相應增大。

對于衡重式路肩擋土墻，當墻高≤8m時，上墻背坡取1：0.25，墻高>8m而≤10m時，上墻背坡取1：0.3；下墻背坡取1：0.25。若為路堤墻，則上墻背坡應相應加大。

6.5設(shè)計控制重點

對于俯斜式擋土墻，由于所受土壓力較大，所以設(shè)計時應注意其穩(wěn)定和抗傾覆的驗算。對于衡重式擋土墻，一般較容易滿足穩(wěn)定要求，墻身斷面的強度成為擋土墻設(shè)計中主要的控制指標，所以一定要采用高強度的材料砌筑。

7.結(jié)束語

公路擋土墻是路基防護工程的重要組成部分。在山區(qū)公路中，擋土墻的應用更為廣泛。擋土墻設(shè)計時，應進行詳細地調(diào)查、勘測，確定構(gòu)造物的形式與尺寸，運用合適的理論計算土壓力，并進行穩(wěn)定性和截面強度方面的驗算，采取合理、可行的措施，以保證擋土墻的安全性。

【參考文獻】

[1]公路路基設(shè)計規(guī)范（JTGD30-2004）.

[2]公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ041-2000）.

[3]公路工程質(zhì)量檢驗評定標準（土建分冊）（JTGF80/1-2004）.