縣鄉(xiāng)公路沿河擋土墻穩(wěn)定性優(yōu)化設(shè)計研究

楊遜

摘要 當(dāng)前縣鄉(xiāng)公路沿河擋土墻的背部平整多為單向點位結(jié)構(gòu)，存在受力穩(wěn)定性不高，容易出現(xiàn)位移量增加等情況。為此，文章提出對縣鄉(xiāng)公路沿河擋土墻穩(wěn)定性優(yōu)化設(shè)計與驗證研究。根據(jù)縣鄉(xiāng)公路沿河擋土墻的測定需求，采用多層級的方式增加擋土墻受力面，設(shè)置擋土墻排水管，增設(shè)扶壁和閘門，再對擋土墻局域受力與抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行計算，采用定點保定及施工核驗的方式實現(xiàn)優(yōu)化處理。

關(guān)鍵詞 縣鄉(xiāng)公路；沿河；擋土墻；穩(wěn)定性優(yōu)化；墻體搭接

中圖分類號 U417.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）08-0092-03

0 引言

縣鄉(xiāng)公路作為我國農(nóng)村地區(qū)重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，對于促進(jìn)鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有重大意義。在縣鄉(xiāng)公路的建設(shè)過程中，常常會遇到沿河地段等地形復(fù)雜路段，容易出現(xiàn)滑坡、泥石流等自然災(zāi)害，給縣鄉(xiāng)公路的建設(shè)運營帶來極大安全隱患[1]。為了確保縣鄉(xiāng)公路的安全穩(wěn)定運行，在沿河設(shè)立擋土墻被廣泛應(yīng)用于沿河地段的防護(hù)工程中，有效地防止了水流沖刷、滑坡和泥石流等自然災(zāi)害對鄉(xiāng)村公路的破壞[2]。傳統(tǒng)的擋土墻設(shè)計方法只考慮了墻體的強度和穩(wěn)定性，忽略了水流沖刷、地基變形等因素對擋土墻穩(wěn)定性的影響。為了提高擋土墻的穩(wěn)定安全，通過對擋土墻的受力特點和變形規(guī)律展開分析，從水流沖刷和地基變形等方面對擋土墻進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)一步提升擋土墻的穩(wěn)定性和安全性，為保障縣鄉(xiāng)公路的安全暢通提供有力支撐。

1 沿河擋土墻構(gòu)造設(shè)計要點

1.1 墻身構(gòu)造

根據(jù)工程實際確定采用不同擋土墻結(jié)構(gòu)，水工擋土墻的墻面應(yīng)設(shè)計成直線形狀，要求其坡度與墻背面相協(xié)調(diào)，一般應(yīng)平行或者稍緩于墻背，墻頂?shù)膶挾韧ǔ閕>0.5 m。

1.2 沿河擋土墻的排水設(shè)計

沿河擋土墻的排水系統(tǒng)主要包括地面排水和墻身排水，地面排水系統(tǒng)設(shè)計包括地面排水溝、截引地表水、防止雨水和地面水下滲等措施，在必要情況下還要設(shè)置鋪砌層。墻身排水系統(tǒng)的設(shè)置主要是排出墻后積水，對于泄水孔的設(shè)置，要按照實際泄水量選擇適宜孔眼，按照5%的坡度安設(shè)，選擇上下排梅花狀，水平及豎向間距1.5～3 m，底排泄水孔出水口高出地面的距離要≥200 mm，安設(shè)時要在泄水管周邊鋪設(shè)砂漿，再砌毛石，防止泄水管受壓破損[3]。

2 沿河擋土墻穩(wěn)定性優(yōu)化方法

2.1 擋土墻排水管與多層級背部平整處理

對于沿河擋土墻進(jìn)行穩(wěn)定性優(yōu)化及改進(jìn)是一項復(fù)雜的工作，需要平衡擋土墻的受力分布狀況。要標(biāo)定出當(dāng)前墻體背部受主動土壓力容易損壞的位置，使用覆水泥來對墻體封控處理。由于擋土墻縱向橫向在受力后易斷裂，可以增加扶壁設(shè)置，利用混凝土或磚混結(jié)構(gòu)在外部區(qū)域形成側(cè)向支撐結(jié)構(gòu)，降低擋墻的綜合壓力[4]。最后，還要在沿河擋土墻安裝排水管道，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

結(jié)合圖1，實現(xiàn)對擋土墻排水管道的設(shè)定。在擋土墻內(nèi)部增加排水系統(tǒng)進(jìn)行排水，減少墻體承受的沖擊力，提高了墻體的抗剪強度。在設(shè)定排水管道過程中，要對墻體整體的寬度進(jìn)行擴(kuò)展施工，以增加排水的范圍，具體如公式（1）所示。

（1）

式中，D——墻體改進(jìn)排水寬度；——抗剪強度；U——間距；W——管道數(shù)量；β——獨立寬度；ε——管道長度。結(jié)合當(dāng)前測定，完成對擋土墻排水管與背部平整處理。

2.2 增加扶壁和閘門

由于擋土墻背部石塊經(jīng)過風(fēng)沙侵蝕后裸露在外，加上外部環(huán)境的后續(xù)影響，容易受到溜砂沖毀破壞。需要增加扶壁和閘門進(jìn)行加固，以提升墻體的穩(wěn)定性，同時，也保證各個點位受力均勻。通過覆水泥漿實現(xiàn)澆灌處理，進(jìn)行泥漿配比的計算，具體如公式（2）所示。

（2）

式中，P——泥漿配比；Q——混凝土總量；χ——澆灌處理范圍；m——初始受力區(qū)域；n——實際受力區(qū)域；——堆疊位置，結(jié)合得出的泥漿配比，進(jìn)行施工材料的調(diào)制。覆水泥處理后，增加擋土墻的主動土壓力，縮小擋墻與填土面之間的縫隙，使整個墻體更為平滑，摩擦力減小，實現(xiàn)平整受力[5]。在擋土墻的外側(cè)設(shè)定扶壁，形成更穩(wěn)定的墻體支撐桿，減輕整體壓力，延長使用年限，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

為了防止擋土墻出現(xiàn)塌陷或者下沉等問題，需要進(jìn)行基礎(chǔ)穩(wěn)定指標(biāo)與參數(shù)的設(shè)定，公路沿河擋土墻穩(wěn)定施工指標(biāo)與參數(shù)采集信息如表1所示。

結(jié)合表1，實現(xiàn)對公路沿河擋土墻穩(wěn)定施工指標(biāo)與參數(shù)的采集分析，基于當(dāng)前數(shù)據(jù)對擋土墻撓度進(jìn)行測定，得出扶壁4個支撐點的受力情況。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)設(shè)置閘門，如圖3所示。

結(jié)合圖3，對擋土墻閘門加固結(jié)構(gòu)的設(shè)計，通過對扶壁外側(cè)的穩(wěn)定，在墻體內(nèi)部的孔隙中增設(shè)鋼制閘門，提升了整體結(jié)構(gòu)的耐磨、耐腐蝕度。擋土墻的高度應(yīng)與河岸的高度相匹配，以便穩(wěn)固地支撐土壤并承受來自水流的沖擊，擋土墻的底部應(yīng)埋入土中，以增加其穩(wěn)定性和抗沖刷能力，擋土墻的表面還應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)加固和保護(hù)。為了防止水流對擋土墻的沖刷，可以在擋土墻的表面設(shè)置一層保護(hù)層，例如排水板、防滲膜以及在擋土墻的上方設(shè)置草坪或植被等，還可以通過設(shè)置排水系統(tǒng)來減少水流對擋土墻的沖擊，例如設(shè)置排水溝、排水管等，將來自附近山體、河流和降雨的水流導(dǎo)入其他地方，減少水流對擋土墻的沖擊力和侵蝕力，提高擋土墻的抗沖刷能力。

2.3 擋土墻局域受力與抗傾覆穩(wěn)定性計算

沿河擋土墻現(xiàn)場基層承載力的測定一般選用動力觸探儀進(jìn)行測定，動力觸探儀分輕型、中型和重型三種，其落距分別為50 cm、60 cm、75 cm，設(shè)備重錘質(zhì)量分別是10 kg、28 kg、63.5 kg[6]。對沿河擋土墻土進(jìn)行壓力計算，如公式（3）所示。

（3）

式中，E——土壓力；r——受力范圍；t——基礎(chǔ)應(yīng)力；y——荷載值；φ——局域受力節(jié)點?；诟鱾€位置的土壓力變化，分析應(yīng)力的大小和分布對擋土墻的穩(wěn)定性進(jìn)行比對驗證，計算單節(jié)點受力值，如公式（4）所示。

（4）

式中，T——單節(jié)點受力值；θ——應(yīng)力分布大小；δ1、δ2——局域受力范圍和總受力范圍；i——平衡系數(shù)；η——滑動次數(shù)。測定各個節(jié)點的受力值是否處于穩(wěn)定范圍，當(dāng)擋土墻受到側(cè)向荷載作用時，可能會發(fā)生傾覆等嚴(yán)重事故。因此，在設(shè)計中要對擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行測算分析，確保滿足工程要求。計算出擋土墻的偏心距，具體如公式（5）所示：

O=ι?λ×N+π （5）

式中，O——擋土墻的偏心距；ι——承載力；λ——豎向力；N——墻趾點；π——底面寬度。根據(jù)偏心距的變化測定出當(dāng)前墻體的傾覆情況，可以確定擋土墻的抗傾覆能力，為工程安全提供有力保障。

2.4 定點保定及施工核驗實現(xiàn)優(yōu)化處理

擋土墻的穩(wěn)定是工程安全的關(guān)鍵，其中，定點保定和施工核驗是兩個重要的優(yōu)化處理方法。定點保定是指在擋土墻的設(shè)計和施工過程中，確定關(guān)鍵的支撐點和固定點，它們是保證擋土墻穩(wěn)定的關(guān)鍵，可以有效地分散外部荷載，其荷載值的計算如公式（6）所示：

（6）

式中，B——承載外部荷載值；f——擋土墻面積；r——支撐受力面積；L——支撐點數(shù)量。結(jié)合得出的承載外部荷載值，對各個穩(wěn)定位置進(jìn)行標(biāo)定，通過合理的定點保定設(shè)計，顯著提高了擋土墻的穩(wěn)定性[7]。

3 實例論證分析

3.1 縣鄉(xiāng)公路沿河擋土墻實驗環(huán)境設(shè)定

主要針對縣鄉(xiāng)公路沿河擋土墻穩(wěn)定性優(yōu)化設(shè)計的實際應(yīng)用效果進(jìn)行分析與驗證研究，選定貴州省黔東南州某縣鄉(xiāng)公路沿河擋土墻作為測試對象，該路段擋土墻工程區(qū)具有地質(zhì)較為平緩、山體多為泥巖、砂巖等特點，中間位置的溝段發(fā)育不明顯，結(jié)構(gòu)如圖4所示。

結(jié)合圖4，由于該擋土墻修建年限較長和外部環(huán)境影響，導(dǎo)致當(dāng)前擋土墻狀態(tài)不穩(wěn)定，阻擋能力明顯下降，應(yīng)用效果不佳。為解決這一問題，針對沿河擋土墻存在的問題及缺陷進(jìn)行穩(wěn)定性分析并進(jìn)行實驗環(huán)境搭建。在沿河的擋土墻附近設(shè)置邊緣界限，部署對應(yīng)的識別檢測節(jié)點和節(jié)點間的搭接，形成循環(huán)性的檢測環(huán)境，再對位移檢測儀指標(biāo)與參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如表2所示。

3.2 實例施工結(jié)果分析

結(jié)合上述測定，選定貴州省黔東南州某縣鄉(xiāng)公路上的4個路段對擋土墻進(jìn)行滲水測定和后期驗證，對擋土墻防水滲透比進(jìn)行比對分析，如表3所示。

基于此，在擋土墻上隨機(jī)選定6個測試點位，分2階段測試，測量出最大的位移量，具體如表4所示。

結(jié)合表4，對測試結(jié)果分析得知，針對隨機(jī)選定的6個測試點位，經(jīng)過兩個階段的測試，得出的滲透比在8.5以下，最大位移量被控制在0.5 m以下，說明所設(shè)計的縣鄉(xiāng)公路沿河擋土墻穩(wěn)定性的優(yōu)化設(shè)計方法更加靈活，穩(wěn)定性和安全性更強，具有較高的實用價值。

4 結(jié)語

綜上所述，對縣鄉(xiāng)公路沿河擋土墻穩(wěn)定性的優(yōu)化進(jìn)行了設(shè)計與策略分析，優(yōu)化設(shè)計方法綜合考慮了水流沖刷、地基變形等多種因素對擋土墻穩(wěn)定性的影響，通過采用有限元分析方法，從多個角度完善優(yōu)化了擋土墻的穩(wěn)定性分析與驗證，還精準(zhǔn)標(biāo)定出擋土墻的支撐點位，根據(jù)工程實際做出了相應(yīng)調(diào)整和優(yōu)化，大幅提高了沿河擋土墻的穩(wěn)固性，為沿河的縣鄉(xiāng)公路的安全通行提供了堅實保障。

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