羅建華

【摘 要】本文主要介紹采用容許應(yīng)力法進(jìn)行擋土墻設(shè)計(jì)的情況，分析山區(qū)公路擋土墻設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問題，并提出了較為合理可行的建議與措施。

【關(guān)鍵詞】山區(qū)公路；擋土墻設(shè)計(jì)；淺析

0.引言

公路擋土墻是用來支承路基填土或山坡土體，防止填土或土體變形失穩(wěn)的一種構(gòu)造物。在路基工程中，擋土墻可用以穩(wěn)定路堤和路塹邊坡，減少土石方工程量和占地面積，防止水流沖刷路基，并經(jīng)常用于整治坍方、滑坡等路基病害。

擋土墻的形式多種多樣，按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為：石砌重力式、石砌衡重式、加筋土輕型式、砼半重力式、鋼筋砼懸臂式和扶壁式、柱板式、錨桿式、錨定板式及垛式等類型；按其中路基橫斷面上的位置，又可分：路肩墻、路堤墻及路塹墻；按所處的環(huán)境條件，又可分為：一般地區(qū)擋墻、浸水地區(qū)擋土墻及地震地區(qū)擋土墻。

1.擋土墻的選型

1.1材料選擇

漿砌片石擋土墻取材容易，施工簡(jiǎn)便，適用范圍比較廣泛。山區(qū)公路中，石料資源較為豐富，在擋土墻高≤10米時(shí)，因地制宜，采用漿砌片石砌筑，可以較好地滿足經(jīng)濟(jì)、安全方面的要求。

1.2截面形式選擇

根據(jù)擋土墻結(jié)構(gòu)類型及其特點(diǎn)分析，當(dāng)墻高<5時(shí)，采用重力式擋土墻，可以發(fā)揮其形式簡(jiǎn)單，施工方便的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，由于山區(qū)公路地面橫坡比較陡峭，若采用仰斜式擋土墻，會(huì)過多增加墻高，斷面增大，造成浪費(fèi)，采用俯斜式擋土墻會(huì)比較經(jīng)濟(jì)合理。一般在路塹墻、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。當(dāng)墻高≥5且地基條件較好時(shí)，采用衡重式擋土墻，可以有效地減小截面，節(jié)省材料。

1.3位置選擇

在挖方邊坡比較陡峭時(shí)，采用路塹擋土墻，可以降低邊坡高度，減少山坡開挖，避免破壞山體平衡；在地質(zhì)條件不良情況下，還可以支擋可能坍滑的山坡土體。

對(duì)于采用路肩擋土墻或路堤擋土墻，應(yīng)結(jié)合具體條件考慮，必要時(shí)應(yīng)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。因?yàn)槁返虛跬翂Τ惺芎奢d較大，受力條件較為不利，截面尺寸也較大，所以錄路堤墻與路肩墻的墻高或截面污工數(shù)量較為接近，基礎(chǔ)情況相仿時(shí)，采用路肩墻比較有利。

2.土壓力的計(jì)算

擋土墻設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理，關(guān)鍵是正確地計(jì)算土壓力，確定土壓力的大小、方向與分布。土壓力計(jì)算是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，它涉及墻身、填土與地基三者之間的共同作用。計(jì)算土壓力的理論和方法很多。由于庫(kù)倫理論概念清析，計(jì)算簡(jiǎn)單，適用范圍較廣，可適用不同墻背坡度和粗糙度、不同墻后填土表面形狀和荷載作用情況下的主動(dòng)土壓力計(jì)算，且一般情況下計(jì)算結(jié)果均能滿足工程要求，因此庫(kù)倫理論和公式是目前應(yīng)用最廣的土壓力計(jì)算方法。

2.1庫(kù)倫主動(dòng)土壓力計(jì)算公式及計(jì)算簡(jiǎn)圖

主動(dòng)土壓力計(jì)算公式：

Eα=1/2γH2Ka

《公路設(shè)計(jì)手冊(cè)·路基》中，以庫(kù)倫理論為基礎(chǔ)，按墻后填土表面的形狀和車輛荷載分布情況的不同，推導(dǎo)出各種情況下的主動(dòng)土壓力計(jì)算公式，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況查表計(jì)算。

2.2第二破裂面土壓力的計(jì)算

在擋土墻設(shè)計(jì)中，當(dāng)墻背或假想墻背的傾角α1或α1大于第二破裂面的傾角αi，或作用于墻背或假想墻背的土壓力對(duì)墻背法線的傾角δ小于或等于墻背摩擦角δ時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)第二破裂面，這種情況下，應(yīng)按破裂面出現(xiàn)的位置來求算土壓力。

3.擋土墻的穩(wěn)定驗(yàn)算及強(qiáng)度驗(yàn)算

擋土墻的設(shè)計(jì)應(yīng)保證其在自重和外荷載作用下不發(fā)生全墻的滑動(dòng)和傾覆，并保證墻身截面有足夠的強(qiáng)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(jìn)行墻的穩(wěn)定及強(qiáng)度驗(yàn)算。擋墻的驗(yàn)算方法有二種：一種是采用分項(xiàng)安全系數(shù)的極限狀態(tài)法，另一種是總安全系數(shù)的容許應(yīng)力法。目前國(guó)內(nèi)多數(shù)應(yīng)用容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)擋土墻。下面是采用容許應(yīng)力法進(jìn)行擋土墻驗(yàn)算的簡(jiǎn)介。

3.1滑動(dòng)穩(wěn)定驗(yàn)算

擋土墻沿基底的滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)Kc應(yīng)不小于1.3。計(jì)算公式為：

Kc=（W+Ey）f/Ex

3.2傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算

擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定系數(shù)Ko應(yīng)不小于1.5。計(jì)算公式為：

Ko=（WZw+EyZx）/（ExZy）

3.3基底應(yīng)力及偏心驗(yàn)算

基底的合力偏心距e。計(jì)算公式為：

e=B/2-Zn=B/2-（WZw+EyZx-ExZy）/（W+Ey）

3.4墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算

通常選取一、兩個(gè)截面進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)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(qiáng)度驗(yàn)算包括法向應(yīng)力和剪應(yīng)力的驗(yàn)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(yàn)算水平剪應(yīng)力，而衡重式擋土墻還需進(jìn)行斜截面剪應(yīng)力的驗(yàn)算。

4.采取措施

完成了擋土墻截面設(shè)計(jì)及穩(wěn)定、強(qiáng)度驗(yàn)算之后，必須采取必要的措施，以保證擋土墻的安全性。

4.1基礎(chǔ)加固措施

（1）為減少基底壓應(yīng)力，增加抗傾覆的穩(wěn)定性，在墻趾處伸出一臺(tái)階，以拓寬基底。墻趾臺(tái)階的寬度不小于20cm，臺(tái)階高寬比可采用3：2或2：1。

（2）地基為軟弱土層時(shí)，可用砂礫、碎石、礦渣或灰土等質(zhì)量較好的材料換填，以擴(kuò)散基底壓應(yīng)力，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2排水措施

對(duì)于漿砌石擋土墻，應(yīng)在墻前地面以上設(shè)置一排泄水孔。墻較高時(shí)，可在墻上部加設(shè)泄水孔。泄水孔采用10×10cm的方孔或圓孔，孔眼間距2～3米，上下排泄水孔錯(cuò)開設(shè)置。泄水孔進(jìn)水口應(yīng)設(shè)置反濾材料。

4.3沉降縫與伸縮縫的設(shè)置

為避免地基不均勻沉降引起墻身開裂，需按墻高和地基性質(zhì)的變異，設(shè)置沉降縫，同時(shí)，為了減少圬工砌體因收縮硬化和溫度化作用而產(chǎn)生裂縫，需設(shè)置伸縮縫。擋土墻的沉降縫和伸縮縫設(shè)置在一起，每隔10～15m設(shè)置一道，縫寬2～3cm，自墻頂做至基底，縫內(nèi)宜用瀝青麻絮、瀝青竹絨或涂以瀝青的木板等具有彈性的材料，沿墻的內(nèi)、外、頂三側(cè)填塞，填塞深度不小于15cm。

4.4墻頂與路面的銜接

當(dāng)墻頂寬大于土路肩寬度時(shí)，擋土墻侵入土路肩部分應(yīng)預(yù)留出相當(dāng)于路面結(jié)構(gòu)厚度部分以鋪筑路面。

4.5車輛安全行駛保障措施

對(duì)于路肩墻，其墻頂面以下50cm采用C20砼澆筑，并預(yù)埋鋼筋，在其上設(shè)置防撞欄或防撞墻。

5.材料要求

（1）石料須經(jīng)過挑選，質(zhì)地均勻，無裂縫，不易風(fēng)化。

（2）石料的抗壓強(qiáng)度應(yīng)不低于30MPa。

（3）盡量采用較大的石料砌筑，塊石應(yīng)大致方正，其厚度不小于15cm，寬度和長(zhǎng)度相應(yīng)為厚度的1.5～2.0倍和1.5～3.0倍。

（4）采用7.5號(hào)砂漿砌筑，10號(hào)砂漿勾縫。

6.設(shè)計(jì)體會(huì)

6.1設(shè)計(jì)參數(shù)的選取

因用于計(jì)算主動(dòng)土壓力的庫(kù)倫理論較適用于砂性土，而對(duì)于粘性土的壓力計(jì)算會(huì)存在一定的誤差，所以對(duì)于以粘性土做填料的擋土墻計(jì)算，設(shè)計(jì)參數(shù)如填料的內(nèi)摩擦角等的取值應(yīng)相對(duì)保守。由于庫(kù)倫理論是一種簡(jiǎn)化的土壓力計(jì)算方法，所以對(duì)于以砂性土做填料的擋土墻，設(shè)計(jì)參數(shù)也應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況取相對(duì)保守值。 （下轉(zhuǎn)第228頁(yè)）

（上接第201頁(yè)）6.2安全系數(shù)的選取

對(duì)墻高≥6m的擋土墻，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)建議將安全系數(shù)提高20%，以保證其安全性。

6.3墻面坡的選取

出于美觀和施工方便的考慮，一段擋土墻通常都采用一個(gè)墻面坡。對(duì)于山區(qū)公路擋土墻，采用較陡的墻面坡，可有效減小墻高，節(jié)省材料。一般情況下，重力式擋土墻（俯傾式）、衡重式擋土墻墻面坡取1：0.05，仰斜式擋土墻的墻面坡取1：0.25，均能滿足設(shè)計(jì)要求。

6.4墻背坡的選取

仰斜式擋土墻的墻背坡一般不超過1：0.3，具體結(jié)合開挖的臨時(shí)邊坡選取。

俯斜式擋土墻的墻背坡一般取1：0.2，隨著墻高增加，墻頂寬度相應(yīng)增大。

對(duì)于衡重式路肩擋土墻，當(dāng)墻高≤8m時(shí)，上墻背坡取1：0.25，墻高>8m而≤10m時(shí)，上墻背坡取1：0.3；下墻背坡取1：0.25。若為路堤墻，則上墻背坡應(yīng)相應(yīng)加大。

6.5設(shè)計(jì)控制重點(diǎn)

對(duì)于俯斜式擋土墻，由于所受土壓力較大，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意其穩(wěn)定和抗傾覆的驗(yàn)算。對(duì)于衡重式擋土墻，一般較容易滿足穩(wěn)定要求，墻身斷面的強(qiáng)度成為擋土墻設(shè)計(jì)中主要的控制指標(biāo)，所以一定要采用高強(qiáng)度的材料砌筑。

7.結(jié)束語(yǔ)

公路擋土墻是路基防護(hù)工程的重要組成部分。在山區(qū)公路中，擋土墻的應(yīng)用更為廣泛。擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)地調(diào)查、勘測(cè)，確定構(gòu)造物的形式與尺寸，運(yùn)用合適的理論計(jì)算土壓力，并進(jìn)行穩(wěn)定性和截面強(qiáng)度方面的驗(yàn)算，采取合理、可行的措施，以保證擋土墻的安全性。

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