段洪超

1 概述

重力式擋墻是指依靠墻體自重抵抗土壓力、防止土體坍滑的擋土結(jié)構(gòu),是最早應用于巖土工程中的支擋結(jié)構(gòu),發(fā)展較為完善。一般來講,重力式擋墻形式簡潔,節(jié)約土地,既合理又經(jīng)濟。在工程實踐中,重力式擋墻的設(shè)計偏于保守的不少,也因考慮不周而致?lián)鯄Φ顾?甚至連地基發(fā)生整體滑動或因發(fā)生滑坡而被推倒。

近年來,隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,地處山區(qū)的邊坡建筑、高等級公路和鐵路建設(shè)以及城市中大量高層建筑的興建,重力式擋墻在基坑和邊坡中的應用越來越廣泛,而深入開展研究與分析這些地區(qū)邊坡支擋結(jié)構(gòu)的新型形式,對在保證公路、鐵路和建筑物的使用安全,減少滑坡、泥石流對其的危害的前提下降低工程造價具有重大的意義。

2 重力式擋墻設(shè)計

重力式擋墻設(shè)計一般包括如下幾方面內(nèi)容[1]:

1)墻體斷面形式的確定。重力式擋土墻按墻背的傾斜方向可分為仰斜、直立和俯斜三種(見圖1)。墻高一般小于8 m,當墻高在8 m～12 m之間時,宜用衡重式。

根據(jù)重力式擋土墻結(jié)構(gòu)類型及其特點,我們可以根據(jù)實際條件選擇不同類型的斷面結(jié)構(gòu)。如果地面橫坡比較陡峭,若采用仰斜式擋土墻,一定會過多增加墻高,斷面增大,造成浪費,而采用俯斜式擋土墻會比較經(jīng)濟合理。只有在路塹墻、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。

2)擋墻截面尺寸的確定。重力式擋土墻是靠自身重力來抵抗土壓力,在設(shè)計時,重力式擋土墻的截面尺寸一般按試算法確定,可結(jié)合工程地質(zhì)、填土性質(zhì)、墻身材料和施工條件等方面的情況按經(jīng)驗初步擬定截面尺寸,然后進行驗算,如不滿足要求,則應修改截面尺寸或采取其他措施,直到滿足為止。

3)擋墻的設(shè)計計算。a.抗滑移穩(wěn)定驗算?？够品€(wěn)定驗算,就是驗算重力式擋土墻在土壓力作用下,產(chǎn)生水平滑移的可能性。擋土墻的抗滑移穩(wěn)定性,與擋土墻基底的摩擦系數(shù)的關(guān)系很密切,該摩擦系數(shù)應在現(xiàn)場條件下進行原位試驗后給出。當缺乏現(xiàn)場試驗資料時,《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》所給出的數(shù)據(jù),可供設(shè)計時應用。為保證擋土墻設(shè)計有一定的安全度,規(guī)范給出的數(shù)據(jù)普遍偏低,所以有條件時,應盡量采用現(xiàn)場試驗值。b.抗傾覆穩(wěn)定驗算?？箖A覆穩(wěn)定性驗算,是驗算擋土墻繞墻趾轉(zhuǎn)動的可能性。c.地基承載力驗算。擋土墻地基承載力的驗算,與普通擴展基礎(chǔ)基本相同,即基底的平均應力值應小于地基承載力特征值,其最大邊端壓應力值不得大于地基承載力特征值的1.2倍。d.墻身材料強度驗算。通常選取一到兩個截面進行驗算。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。e.其他。重力式擋墻設(shè)計還包括沉降縫與伸縮縫的設(shè)置。若在地震區(qū),應進行抗震設(shè)計等。

3 工程算例

3.1 工程概況

某鐵路線路經(jīng)過一丘陵陡坡,坡面植被較發(fā)育。地質(zhì)巖性構(gòu)造上層為粉質(zhì)黏土,棕黃色,硬塑(Ⅲ),下層為頁巖,全～強風化,巖層產(chǎn)狀308°∠28°,視傾角 26.8°(Ⅴ)。有不良地質(zhì)情況,具體為表層第四系的灰?guī)r殘積層,液限約為40%,為紅黏土,該地層表面具有收縮和較強的脹縮性;下層基巖巖溶發(fā)育。水文地質(zhì)條件為丘坡基巖裂隙水。地下水對混凝土無侵蝕性。

根據(jù)實際情況,設(shè)計單位起初準備在路基兩側(cè)設(shè)計仰斜式重力式擋墻,擋墻最高處為8.0 m,墻體等厚度為2.0 m,坡率0.25。具體如圖2所示。

經(jīng)計算得,抗滑動穩(wěn)定系數(shù)為 1.0,小于《規(guī)范》[2]的 1.2或1.3的要求。

3.2 重力式擋墻的新形式探討

由于現(xiàn)場條件制約及圬工材料充足,經(jīng)專家討論,一致認為應將墻后土體加固,并采用加筋土擋墻理念進行設(shè)計。最終,工程采用了在土體中加入土工格柵的方法加固土體,每0.6 m鋪設(shè)一層土工格柵,抗拉強度不小于80 kN/m2,土工格柵與重力式擋墻背相連。具體如圖3所示。經(jīng)計算,土工格柵滿足抗拔要求,采用加筋土擋墻同樣的整體穩(wěn)定檢算,抗滑穩(wěn)定性為1.93,大于《規(guī)范》1.3的要求,抗傾覆穩(wěn)定性為 8.52,大于《規(guī)范》1.5的要求。此外,基地應力、墻體強度等都滿足了設(shè)計要求。

4 結(jié)語

重力式擋墻由于其設(shè)計方法成熟,結(jié)構(gòu)簡單合理,被廣泛應用于各種工程中。但是隨著科學技術(shù)及設(shè)計理論的不斷更新發(fā)展,重力式擋墻的結(jié)構(gòu)形式也將多樣化。

本文結(jié)合具體工程實踐,考慮了重力式擋墻和加筋土擋墻兩者的優(yōu)勢,設(shè)計了一種新型重力式擋墻,結(jié)果表明,其不僅能滿足工程設(shè)計要求,而且在一定程度上拓展了支擋結(jié)構(gòu)的形式,為工程實踐活動創(chuàng)造新型結(jié)構(gòu)形式提供了有力依據(jù)。

[1] 董建軍,喬殿金,初建榮.重力式擋土墻工程的設(shè)計要點探析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2009(1):4-8.

[2] TB 10025-2001,鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3] 王 軍,車志強.擋土墻設(shè)計淺析[J].山西建筑,2008,34(30):124-125.