扶壁式擋墻在貴州高速公路建設(shè)中適宜性研究

張 敏 袁 奇 秦 龍

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴陽(yáng) 550081)

根據(jù)“十三五”對(duì)交通的規(guī)劃，貴州省高速公路、各地方市政道路及各種等級(jí)道路的設(shè)計(jì)和施工都在緊鑼密鼓地開(kāi)展[1]。由于高速公路與地方市政路、等級(jí)路之間缺乏必要的溝通，亦或高速公路與市政道路的互通連接處在設(shè)計(jì)時(shí)出于線型順直、節(jié)約土地、減少拆遷的考慮，越來(lái)越多高速公路填方的擋墻坐落于已建高速、已建市政路、已建等級(jí)路的填方上，由于填方原始基底及松散土層厚度不一、填料性質(zhì)及厚度不一、壓實(shí)工藝不一，以及填筑體自身存在較長(zhǎng)時(shí)間的工后沉降，已建道路的填方承載力并不滿足新建高速公路高擋墻的承載力要求。直接將高擋墻修建于已建填方上，整體路基并不滿足穩(wěn)定性要求。更有甚者，多條道路與高速公路同時(shí)設(shè)計(jì)施工，導(dǎo)致高速公路擋墻必須坐落于新建填方上，不僅是承載力及穩(wěn)定性的問(wèn)題，更存在新建高擋墻與下伏填方的協(xié)同沉降問(wèn)題，從而導(dǎo)致路基開(kāi)裂，橋臺(tái)跳臺(tái)問(wèn)題[2]。

在貴州省內(nèi)以往高速公路建設(shè)過(guò)程中，在已建填方體上修建高擋墻，或者下伏填方與上覆高擋墻同時(shí)施工，皆熟用重力式擋墻及樁基承臺(tái)擋墻[3-4]。本次研究依托于廈蓉線貴州境畢節(jié)至生機(jī)段高速公路二堡互通的路肩墻設(shè)計(jì)，根據(jù)理論分析及穩(wěn)定性計(jì)算，設(shè)計(jì)出本段填方支擋所需要的較為合理的扶壁式擋墻，將扶壁式擋墻引入貴州省內(nèi)的高速公路支擋防護(hù)，應(yīng)用于下伏填方與上覆高擋墻的設(shè)計(jì)，從而在確保路基穩(wěn)定性的前提下，達(dá)到節(jié)約投資、加快施工進(jìn)度、縮短施工工期的目的。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

廈蓉線貴州境畢節(jié)至生機(jī)段高速公路二堡互通式立體交叉位于畢節(jié)市二堡，地方道路碧陽(yáng)二道與二堡互通B匝道并行交叉，屬于同時(shí)設(shè)計(jì)同時(shí)施工的2條不同等級(jí)道路。原始地面線高程較低，碧陽(yáng)二道屬于填方通過(guò)。由于高速公路高程更高，2條道路線位高程存在差異，碧陽(yáng)二道下穿高速公路，形成下拉槽，因此碧陽(yáng)二道路的兩側(cè)，須采用結(jié)構(gòu)物支擋高速路的填方，作為高速公路匝道的路基防護(hù)。

1.2 工程地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)地層上覆褐黃色，中密，稍濕，碎石成分為灰?guī)r殘坡積層(Qel+dl)的碎石土，互通區(qū)內(nèi)總體厚度在5～16 m。下伏基巖為三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組(T2g)灰黃色中至厚層泥—微晶灰?guī)r，生物粉屑—砂屑微晶灰?guī)r及蠕蟲(chóng)狀灰?guī)r夾少量去膏化藻凝塊石泥質(zhì)泥晶白云巖。下部為灰黃色中至厚層泥—微晶灰?guī)r。場(chǎng)區(qū)無(wú)常年地表徑流，未發(fā)現(xiàn)泉點(diǎn)出露。雨季時(shí)，大氣降水沿坡面匯聚后，順沖溝向低處排出場(chǎng)區(qū)。場(chǎng)區(qū)地下水類型為基巖裂隙水、巖溶水及第四系松散土層孔隙水。

2 扶壁式擋墻設(shè)計(jì)

2.1 墻高確定

根據(jù)地面線標(biāo)高，結(jié)合高速公路匝道與碧陽(yáng)二道的設(shè)計(jì)標(biāo)高，從而進(jìn)行高程計(jì)算，高速公路的路肩墻填土7.5 m，支擋物高度約8.3 m。出于節(jié)約投資造價(jià)、縮短施工工期的考慮，為滿足擋墻《公路路基規(guī)范》[5]對(duì)擋墻埋深的要求，基礎(chǔ)為填方填土，因此，設(shè)計(jì)高度確定為7，8，9，10 m的扶壁式擋墻，作為高速路的路肩支擋防護(hù)。

2.2 土性參數(shù)選取

結(jié)合以往高速公路拼寬經(jīng)驗(yàn)，以及根據(jù)下伏原始土性的鉆探勘察資料，結(jié)合本次路基填料來(lái)源，確定土性計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 土性計(jì)算參數(shù)

2.3 穩(wěn)定性、抗滑移及抗傾覆驗(yàn)算

根據(jù)理論分析及受力分析，扶壁式擋土墻荷載主要有自重應(yīng)力、車輛載荷、填土壓力。土壓力分為被動(dòng)土壓力和主動(dòng)土壓力?？紤]最不利的工況及簡(jiǎn)化計(jì)算，忽略擋土墻前所受的被動(dòng)土壓力[6-8]。由于貴州省內(nèi)高速公路并未見(jiàn)扶壁式擋墻的計(jì)算先例，也未有成熟尺寸可以參考，因此，結(jié)合東部地區(qū)對(duì)扶壁式擋墻較為成熟的研究，考慮墻背的主動(dòng)土壓力。采用朗肯土壓力，取擋土墻每延米進(jìn)行計(jì)算，所得結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 抗滑移、抗傾覆及穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果

2.4 墻身尺寸

鑒于扶壁式擋墻存在扶壁，因此，為便于標(biāo)準(zhǔn)化施工及計(jì)算圬工量，本次設(shè)計(jì)以10 m為1個(gè)單元進(jìn)行統(tǒng)計(jì)工程數(shù)量[9]，見(jiàn)表3。

表3 墻身尺寸及工程數(shù)量

2.5 支擋設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際工程需要，并滿足《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》的埋置深度要求，對(duì)互通匝道的路肩墻防護(hù)進(jìn)行支擋設(shè)計(jì)，典型立面見(jiàn)圖1，典型橫斷面設(shè)計(jì)為BK0+020，見(jiàn)圖2。

圖1 B匝道扶壁式擋墻設(shè)計(jì)立面圖(單位：m)

圖2 BK0+020橫斷面設(shè)計(jì)圖(單位：m)

3 適宜性分析

3.1 造價(jià)優(yōu)勢(shì)

本次研究探索性地引進(jìn)扶壁式擋墻進(jìn)入省內(nèi)高速公路的設(shè)計(jì)施工，應(yīng)用于在已建填方體上修建高擋墻。下伏填方與上覆高擋墻的設(shè)計(jì)，有別于以往在貴州省內(nèi)高速公路建設(shè)過(guò)程中，皆采用重力式擋墻以及樁基承臺(tái)擋墻。為進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，進(jìn)行了樁基承臺(tái)擋墻方案與扶壁式擋墻方案造價(jià)投資對(duì)比，詳見(jiàn)表4。

表4 不同支擋方案經(jīng)濟(jì)造價(jià)對(duì)比

由表4可見(jiàn)，扶壁式擋墻能大量地降低投資，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約739.32萬(wàn)元，扶壁式擋墻的造價(jià)投入僅為樁基承臺(tái)擋墻的40.21%。與此同時(shí)，樁基承臺(tái)擋墻施工期間，須開(kāi)挖抗滑樁以解決承載力不足的問(wèn)題，施工周期也會(huì)大大增加，而扶壁式擋墻施工不存在此類問(wèn)題。

3.2 應(yīng)用范圍

由于整個(gè)貴州省內(nèi)地形以高原山地斜坡為主，設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中不可避免地會(huì)造成大量的填方體路基及大量的半填半挖路基。二次設(shè)計(jì)不可避免在已建填方體上修建高擋墻，或者下伏填方與上覆高擋墻同時(shí)施工。以往常用的重力式擋墻要求承載力較高，樁基承臺(tái)擋墻造價(jià)投資較大，而扶壁式擋墻要求承載力較低，投資相較于樁基承臺(tái)擋墻節(jié)省，有效解決了承載力與投資造價(jià)問(wèn)題，因此應(yīng)用范圍更廣。

3.3 實(shí)施效果

為避免填方體發(fā)生不均勻沉降，保證扶壁式擋墻的穩(wěn)定性，按設(shè)計(jì)要求清表后對(duì)基底進(jìn)行了碾壓，保證基底的壓實(shí)度要求，填方體采用填石路基，按規(guī)范要求進(jìn)行分層碾壓。

該段扶壁式擋墻路基支擋施工過(guò)程大大縮短了工期，建成通車后，墻面美觀整潔大氣，有利于提高駕駛員的行車舒適度和整個(gè)路段服務(wù)水準(zhǔn)，實(shí)景效果見(jiàn)圖3。

圖3 建成通車后的扶壁式擋墻

4 結(jié)語(yǔ)

貴州省山區(qū)高速公路地質(zhì)地形條件復(fù)雜，路基較多，若千篇一律地使用重力式擋墻，將會(huì)造成極大的投資浪費(fèi)，引入輕型的扶壁式擋墻，可達(dá)到節(jié)約投資及縮短施工工期的目的。從后期施工及道路運(yùn)行來(lái)看，美觀性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性都得到滿足和提升。

本次設(shè)計(jì)的扶壁式擋墻較成功地解決了造價(jià)、投資及施工工期問(wèn)題，在同類的工程條件及地質(zhì)條件下，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，豐富了將高擋墻修建于承載力較低的填方體上的經(jīng)驗(yàn),彌補(bǔ)了同類型路基填土與擋墻支擋的協(xié)同沉降及工后沉降的設(shè)計(jì)施工的經(jīng)驗(yàn)不足?？梢钥紤]進(jìn)行推廣使用。

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