無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)在公路工程支擋結(jié)構(gòu)中的分析與應(yīng)用

摘要 文章聚焦于無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)在高速公路擋土墻設(shè)計(jì)中的分析與應(yīng)用，闡述了其在受力條件和工程經(jīng)濟(jì)性要求下的優(yōu)勢和關(guān)鍵設(shè)計(jì)考量。對于地基承載力較好、荷載相對適中的路段，無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)因其施工簡便、成本經(jīng)濟(jì)的特性而被廣泛應(yīng)用。文中探討了此類基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原理及其適應(yīng)性，結(jié)合具體案例分析了在山區(qū)高速公路建設(shè)中無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)優(yōu)化策略和實(shí)際效果，驗(yàn)證了無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)在滿足結(jié)構(gòu)安全和工程經(jīng)濟(jì)效益雙重目標(biāo)上的可行性。

關(guān)鍵詞 無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)；公路工程；擋土墻

中圖分類號 U417 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 2096-8949（2024）18-0116-04

0 引言

擋土墻[1-2]作為道路基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在保障高速公路穩(wěn)定性和安全運(yùn)行中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。其主要功能在于防止由于地形、地質(zhì)或人為因素導(dǎo)致的邊坡失穩(wěn)，保護(hù)路基免受土壤侵蝕或滑塌影響，確保交通線路的安全暢通[3]。隨著工程技術(shù)的發(fā)展和環(huán)保理念的深化，擋土墻的設(shè)計(jì)與施工越來越注重經(jīng)濟(jì)、高效和環(huán)保，其中，無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特性和良好的經(jīng)濟(jì)效益引起了廣泛的關(guān)注。

無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)[4-6]是一種利用自身材料重量以及與周圍土壤的摩擦力和黏聚力共同承擔(dān)荷載的擋土墻基礎(chǔ)形式，尤其適用于地基土質(zhì)較好、荷載分布均勻的情況，以其構(gòu)造簡單、施工便捷、節(jié)約材料和成本低廉的優(yōu)勢，在眾多類型的擋土墻中脫穎而出，尤其是在高速公路建設(shè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

然而，盡管無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)在一定程度上降低了施工難度和成本，但在具體應(yīng)用過程中仍需深入探究其在不同地質(zhì)條件、環(huán)境因素和荷載情況下的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。因此，該文旨在系統(tǒng)梳理無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)理論、關(guān)鍵技術(shù)以及其在高速公路擋土墻設(shè)計(jì)中的實(shí)踐應(yīng)用，結(jié)合具體工程案例進(jìn)行深度剖析，以期為相關(guān)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)與施工提供有價(jià)值的參考依據(jù)，并推動(dòng)我國高速公路擋土墻設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善。

1 無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論

無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)亦稱擴(kuò)大基礎(chǔ)，通常由混凝土、毛石混凝土、磚、灰土以及三合土等材料構(gòu)成，其建造成本較低，物源豐富，適用性較為廣泛。在規(guī)范中，對于無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要求主要是規(guī)定高寬比以及結(jié)構(gòu)基底單側(cè)的平均壓力值大小。

由于公路工程的使用周期較長，使用頻次較高，受自然影響較大，所采用的材料應(yīng)具有堅(jiān)固耐用的特征。一般選用混凝土材料作為擋墻施工材料，而混凝土基礎(chǔ)應(yīng)滿足寬高比的條件如表1所示。當(dāng)基礎(chǔ)底面單側(cè)的平均壓力超過300 kPa時(shí)，則需要進(jìn)行抗剪強(qiáng)度的驗(yàn)算，基礎(chǔ)尺寸如圖1所示。

2 無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)在擋土墻設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

公路工程在建設(shè)周期中會(huì)運(yùn)用多種支擋結(jié)構(gòu)形式，如擋土墻、抗滑樁等。而擋土墻使用場合較廣，可用于支擋路堤填土、自然邊坡巖土體，以防止路基或者土體發(fā)生變形失穩(wěn)。當(dāng)擋土墻基底地基較差，地勢平坦，同時(shí)墻身的高度超過了一定的范圍時(shí)，可以在已有墻趾下方增設(shè)一級無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)，在顯著減小基底壓力的同時(shí)，基底的不平衡應(yīng)力[7-8]也有較大的降低，進(jìn)而提升擋墻的抗傾覆能力。

以墻背的傾斜情況，擋土墻可分為俯斜式、衡重式、直立式和仰斜式結(jié)構(gòu)，其各有優(yōu)缺點(diǎn)與適用性，下面就以高大的衡重式擋土墻作為分析對象，討論無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)對擋土墻設(shè)計(jì)的抗滑移與抗傾覆能力的影響-。

（1）抗滑移穩(wěn)定

公路作為線性工程，擋土墻的滑移穩(wěn)定與否關(guān)乎路堤橫向穩(wěn)定性，當(dāng)發(fā)生橫向移動(dòng)時(shí)，路面多出現(xiàn)拉裂、路基堤身下陷等破壞形式。而擋土墻結(jié)構(gòu)主要是依靠自身結(jié)構(gòu)重力，抵抗路堤填土所產(chǎn)生的橫向土壓力，達(dá)到穩(wěn)定邊坡的目的。

（2）抗傾覆穩(wěn)定

擋土墻發(fā)生傾覆破壞時(shí)，是結(jié)構(gòu)自身圍繞底部墻趾角點(diǎn)發(fā)生向外轉(zhuǎn)動(dòng)倒塌的現(xiàn)象，通常體現(xiàn)為結(jié)構(gòu)斷面設(shè)置不合理，或基底地基未做相應(yīng)處治使得無法抵抗施工荷載或永久荷載所產(chǎn)生的土壓力。

3 工程實(shí)例

（1）工程概況

西南某山區(qū)高速公路，線位基本走向由正北到西南向偏移，公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計(jì)路基寬度34 m，設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)速120 km/h，汽車荷載為公路I級。項(xiàng)目地處城市周邊，用地指標(biāo)較為嚴(yán)格，同時(shí)沿線基本農(nóng)田分布廣泛，建設(shè)階段要求盡可能收縮項(xiàng)目用地，以保護(hù)基本農(nóng)田和降低征地范圍。但橋隧比在項(xiàng)目前期已完成定位與確立，收縮用地的主要措施體現(xiàn)在路基填方段設(shè)置較多高大擋土墻結(jié)構(gòu)。沿線大致以剝蝕丘陵地貌為主，地形起伏較大，地表植被林木繁密，居民點(diǎn)分布零星散落，交通路網(wǎng)稀疏，運(yùn)輸條件較差。該項(xiàng)目基本地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震動(dòng)峰值加速度0.10 g，對應(yīng)地震基本烈度Ⅶ度，對于路基相關(guān)穩(wěn)定性分析中可不考慮地震工況。

（2）理論參數(shù)計(jì)算

選取該項(xiàng)目某填方路段作為無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)在擋土墻中的應(yīng)用分析。原設(shè)計(jì)采用衡重式路堤墻作為路基收縮坡腳的支擋結(jié)構(gòu)，路堤邊坡從上至下三級，上兩級邊坡高8 m，第三級邊坡高5 m，擋墻外露地面高度8.5 m，邊坡每級平臺(tái)寬1.5 m。擋墻墻頂外露寬0.5 m，如圖2所示。

該路段為剝蝕丘陵地貌，斜坡地表多為第四系坡殘積層覆蓋，坡腳地表以下3.0 m為黃褐色可塑狀混卵礫石黏土，3.0 m以下為可硬塑狀混礫石黏土，根據(jù)勘察結(jié)果，可硬塑狀混礫石黏土地基承載力特征值fao=200 kPa，基底均需采用換填碎石處治，參考《路基設(shè)計(jì)手冊（第二版）》，擋墻計(jì)算參數(shù)綜合取值如表2所示：

在擋墻高度不變的情況下，增設(shè)無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)，無疑會(huì)增加擋墻墻身尺寸，還提升了工程建設(shè)規(guī)模，所以在保留墻身整體圬工量經(jīng)濟(jì)的前提下，僅減小擋墻頂寬，其余墻身參數(shù)維持不變，調(diào)整尺寸如圖3所示。通過巖土分析計(jì)算擋土墻結(jié)構(gòu)受力，得到成果如表3、表4所示。

原初擬擋土墻設(shè)計(jì)斷面尺寸，對于基地的壓應(yīng)力較高，且不平衡力尤為顯著，同時(shí)對基底承載力有著更高的要求，以至于換填處治深度更大，基坑開挖加大，進(jìn)一步增加了建設(shè)規(guī)模。由此產(chǎn)生增設(shè)基底無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)方案，在保持圬工量總體維持不變或略有減少的情況下，提升擋墻的穩(wěn)定安全性能。

由表3～4計(jì)算成果可以得出，增設(shè)無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)后，擋墻墻趾處的地基承載力降低幅度24.78%～26.83%，而墻踵處則提高25.01%～29.51%，進(jìn)而降低墻趾與墻踵范圍的不平衡力。增設(shè)基礎(chǔ)后，抗傾覆的力臂有較大程度的提升，抗傾覆穩(wěn)定能力大幅提升8.91%～10.97%；抗滑水平則有較小程度下降為0.71%～1.86%，但仍大于規(guī)范抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)要求的1.3。

4 結(jié)語

該文以某公路項(xiàng)目實(shí)例為背景，在原擬定擋墻結(jié)構(gòu)尺寸的基礎(chǔ)上，增設(shè)無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)，以分析擋墻的受力情況，進(jìn)而探討對穩(wěn)定安全系數(shù)的影響：

（1）無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式簡單，用材廣泛，適用于各式結(jié)構(gòu)，以降低基礎(chǔ)壓應(yīng)力，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

（2）在衡重式擋墻底部增設(shè)無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)，可顯著降低墻趾與墻踵范圍內(nèi)的不平衡力，進(jìn)而減小基底的平均壓應(yīng)力，以適應(yīng)于地質(zhì)條件較差的工程建設(shè)環(huán)境。

（3）通過計(jì)算成果得到，在略微損失部分的抗滑能力（仍較大程度上超過規(guī)范要求的規(guī)定值），擋墻的抗傾覆能力有較大程度的提升，使得結(jié)構(gòu)安全性能進(jìn)一步提高。

綜上所述，在公路工程高大擋墻中應(yīng)用無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)，可有效減小擋墻墻趾與墻踵的不平衡力，合理擋墻基底受力性能，使結(jié)構(gòu)適應(yīng)于更廣的地質(zhì)條件環(huán)境。然而，對于增設(shè)無筋擴(kuò)展基礎(chǔ)后，對于路堤的整體穩(wěn)定、擋墻基底換填處治深度等問題還需進(jìn)一步深入探討。

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