路堤擋土墻選型及適用條件分析

(平潭綜合實驗區(qū)公路管理局，平潭350400)

路堤擋土墻選型及適用條件分析

■石敏

(平潭綜合實驗區(qū)公路管理局，平潭350400)

重力式擋墻是道路工程設(shè)計中最常用的支擋型式，重力式擋墻又分為仰斜式、俯斜式、衡重式等多種型式，具體在設(shè)計中應(yīng)采用何種型式的擋墻，本文通過對三種不同型式重力式擋墻的土壓力及經(jīng)濟性等方面對比分析，闡述了如何進行路堤擋土墻選型以及重力式擋墻的適用條件。

路堤擋土墻重力式擋墻選型

重力式擋土墻墻身自重支撐土壓力來維持其穩(wěn)定。重力式擋墻型式簡單，施工方便，適應(yīng)性較強，因此被廣泛運用。但由于其圬工數(shù)量較大，對地基承載力要求較高。常用的擋墻截面型式為仰斜式、俯斜式、衡重式三種，由于不同擋墻型式所受的土壓力不同，因此截面尺寸和擋墻基底應(yīng)力均不同，本文通過在相同條件下對三種擋墻型式進行受力特征和經(jīng)濟比較，為道路工程擋墻設(shè)計提供參考。

1 路堤擋土墻選型分析

1.1 擋墻設(shè)計參數(shù)

為方便比較，本文按路堤填土高度0m、4m、8m控制，并為三種擋墻選用的相同的設(shè)計參數(shù)，參數(shù)選擇參考《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30-2015)。具體如下表1。

表1 擋墻設(shè)計參數(shù)

計算僅考慮一般地區(qū)擋墻，取用荷載組合Ⅰ、Ⅱ。

1.2 擋土墻土壓力計算

作用在擋土墻墻背上的主動土壓力，一般按庫倫理論計算。

庫倫主動土壓力基本公式,如公式(1)。

式中，Ea為主動土壓力(kN)；γ為土的容重(kN/m3)； H為擋土墻高(m)；Ka為庫倫土壓力系數(shù)。

1.3 擋土墻穩(wěn)定驗算及強度計算

擋土墻的設(shè)計應(yīng)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(yīng)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(yīng)進行墻的穩(wěn)定及強度驗算。

(1)滑動穩(wěn)定性驗算

擋土墻沿基底的滑動穩(wěn)定系數(shù)Kc應(yīng)不小于1.3，計算公式如式(2)。

式中，W為擋土墻自重；Ex、Ey為主動土壓力的水平和垂直分力(kN)；f為基底摩擦系數(shù)。

(2)傾覆穩(wěn)定性驗算

擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)不小于1.5，計算公式如式(3)。

式中，Zx為Ey對墻趾O點的力臂(m)；ZY為Ex對墻趾O點的力臂(m)；為對墻趾O點的力臂(m)。

(3)基底應(yīng)力及偏心驗算

基底的合力偏心距e的計算公式如式(4)：

式中，[σ]為地基土修正后的容許承載力(kPa)。

(4)墻體截面強度驗算

通常選取1～2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(yīng)力和剪應(yīng)力的驗算。剪應(yīng)力包括水平剪應(yīng)力和斜剪應(yīng)力兩種，重力式擋土墻只驗算水平剪應(yīng)力。

1.4 計算結(jié)果

根據(jù)數(shù)值分析軟件計算，表2、3、4分別為仰斜式、衡重式、俯斜式擋墻在相同參數(shù)條件下滿足穩(wěn)定性及強度的計算結(jié)果。

表2 仰斜式擋墻計算結(jié)果

表3 衡重式擋墻計算結(jié)果

表4 俯斜式擋墻計算結(jié)果

1.5 計算分析

對仰斜式、衡重式、俯斜式擋墻分別從擋墻截面面積、主動土壓力、墻趾部壓應(yīng)力對比圖1～3可以看出，在相同墻高及擋墻計算參數(shù)一致的情況下仰斜墻背所受的土壓力為最小，衡重墻背次之，俯斜墻背較大；因此仰斜式的墻身斷面較經(jīng)濟，且對地基承載力要求較低。這是由于仰斜式擋墻墻背后仰，在破裂角范圍內(nèi)的填土重度最小，因此所受的主動力較小。俯斜式擋墻墻背后俯，在破裂角范圍內(nèi)填土重度最大，故俯斜式擋墻所受主動土壓力最大。衡重式擋墻墻背介于兩者之間，因此受力居中。

圖1 表面面積對比圖

圖2 主動土壓力對比圖

圖3 墻趾壓應(yīng)力對比圖

2 路堤擋土墻適用條件

路堤擋土墻是道路工程設(shè)計中由于路線附近存在構(gòu)筑物、河流等有避讓需要時設(shè)置，或者現(xiàn)狀地面坡度較大，造成填方階數(shù)過大以及薄填的時候施工機具不好碾壓而在設(shè)計中考慮設(shè)置擋墻。

在確定需要設(shè)置支擋措施收坡的情況下，首先需考慮設(shè)計的用地范圍，因為重力式擋墻墻身及擋墻基礎(chǔ)均較大，當(dāng)臨近建筑物較近時，則無法實施需考慮其他的支擋措施；其次在確定可以實施重力式擋墻的情況下，則要從墻身截面尺寸、地基土承載力、場地施工條件等去選用重力式擋墻。下面結(jié)合擋墻計算結(jié)果及分析分別闡述三種重力式擋墻的適用條件。

2.1 仰斜式擋墻適用條件

在上述的擋墻穩(wěn)定性驗算結(jié)果和對比分析中，我們可以看出仰斜式擋墻在相同條件下墻身面積最優(yōu)且對地基承載力要求較低，但由于仰斜式擋墻墻背后仰，后部存在三角區(qū)域，導(dǎo)致施工機具無法對該塊區(qū)域的填料進行壓實；由于面坡后仰在橫坡較陡的情況下，擋墻基礎(chǔ)埋置深度需用墻趾前的安全襟邊寬度來控制，導(dǎo)致仰斜式擋墻墻身高度較其他類型擋墻要高，擋墻的經(jīng)濟性降低。所以仰斜式擋墻適用于在地面平坦的路肩墻和路堤墻。

2.2 衡重式擋墻適用條件

在上述的擋墻穩(wěn)定性驗算結(jié)果和對比分析中，我們可以看出衡重式擋墻墻身面積和地基承載力均居中。衡重式擋墻采用陡直的墻面，比仰斜式擋墻占地少；墻背在上下墻間設(shè)有衡重臺，利用衡重臺上填土的重力使全墻重心后移，從穩(wěn)定性計算表中可以看出墻趾墻踵壓應(yīng)力接近，增加了墻身的穩(wěn)定；下墻采用仰斜墻背，可以減小基礎(chǔ)寬度，減少開挖工作量，但存在三角區(qū)域，無法機械壓實。所以衡重式擋墻適用于山區(qū)地形陡峻處的路肩墻和路堤墻。

2.3 俯斜式擋墻適用條件

在上述的擋墻穩(wěn)定性驗算結(jié)果和對比分析中，我們可以看出俯斜式擋墻墻身面積和地基承載力均較大。俯斜式擋土墻采用陡直的墻面，占地少；俯斜墻背的坡度緩，施工方便；在有石料來源且地基承載力較好的路段可以采用俯斜式擋墻作為路肩墻和路堤墻。

3 結(jié)束語

本文在相同的擋墻計算參數(shù)的條件下對仰斜式、衡重式、俯斜式擋墻按不同填土高度分別計算。在擋墻穩(wěn)定均滿足的情況下對三種擋墻在墻身截面面積、主動土壓力、基礎(chǔ)壓應(yīng)力進行對比分析，并根據(jù)分析結(jié)果分別闡述了擋墻的適用條件。在地形地貌復(fù)雜的道路工程中，擋墻占比較大，因此在安全性、經(jīng)濟性的情況下合理的選擇擋墻型式顯得尤為重要。

[1]陳忠達.公路擋土墻設(shè)計[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2]JTGD30-2015，公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[3]JTG F10-2006，公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].

[4]交通部第二勘察設(shè)計院.公路設(shè)計手冊《路基》[M].北京:人民交通出版社,1996.