李升甫， 何云勇

(四川省交通運輸廳 公路規(guī)劃勘察設計研究院， 四川 成都 610041)

西部山區(qū)公路衡重式擋土墻標準化構造及應用

李升甫， 何云勇

(四川省交通運輸廳 公路規(guī)劃勘察設計研究院， 四川 成都 610041)

借鑒西部山區(qū)多條重點公路如廣南路、映汶路、G317、G108等重力式擋墻成功的設計經(jīng)驗，對適用于山區(qū)公路各種工況下的衡重式路肩墻、路堤墻進行系統(tǒng)的設計計算，獲取最優(yōu)尺寸，該成果有助于西部山區(qū)公路擋土墻設計的規(guī)范統(tǒng)一。西部山區(qū)及藏區(qū)高原將建設多條高速公路和大量等級公路，一套規(guī)范統(tǒng)一、安全經(jīng)濟的擋土墻通用圖具有廣闊的推廣應用前景。

高速公路； 山區(qū)公路； 衡重式擋土墻； 尺寸設計

0 引言

西部山區(qū)修建的公路地形條件復雜，地面橫坡陡，擋土墻在路基設計中具有不可替代的作用。隨著西部山區(qū)公路建設的飛速發(fā)展，擋土墻應用越來越廣泛，其結構形式也日新月異，包括衡重式擋墻、仰斜式擋墻、加筋土擋墻、懸臂式擋墻、扶壁式擋墻、錨桿擋墻、樁基托梁擋墻、樁板式擋墻等。由于西部山區(qū)盛產(chǎn)石料，地形地質條件復雜，抗震設防烈度高，從擋土墻設置安全、經(jīng)濟、合理等方面考慮，重力式擋墻占據(jù)優(yōu)勢。但至今為止，鮮見適用于山區(qū)公路各工況齊全的擋土墻的標準圖集，這將不利于山區(qū)公路建設和設計工作開展。因此，結合西部山區(qū)境內(nèi)廣南高速、西攀高速、映汶高速、國道317俄崗路、巴達高速、國道108雅安段、省道217石渠至瑪尼干戈等多條公路擋土墻成功的設計經(jīng)驗，對適用于山區(qū)公路各種工況下的衡重式路肩墻、路堤墻進行系統(tǒng)的設計計算，取其最優(yōu)尺寸，形成了標準圖集，并總結了計算規(guī)律，可有效應用于后續(xù)西部山區(qū)公路建設。

1 衡重式擋墻計算情況介紹

1.1 計算概況

結合已建成或在建的西部高速公路及國省道干線的擋墻設計經(jīng)驗，按現(xiàn)行公路工程技術規(guī)范計算了衡重式擋墻在一般工況、地震工況(7、8、9度抗震)、浸水工況等條件下，地基承載力分別取250～800 kPa各種工況組合的擋墻最優(yōu)尺寸，共計2 000余種。

1.2 主要計算參數(shù)選定

擬定尺寸擋墻的穩(wěn)定性采用理正巖土軟件驗算，計算參數(shù)按《公路路基設計規(guī)范》(JTGD30-2004)、《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》(JTG063-2007)、《公路工程抗震設計規(guī)范》(JTGB02-2013)等選取，具體如下：

1) 荷載按2004路基規(guī)范擋土墻車輛荷載，滿布行車道寬度范圍，軟件自動計算土柱換算高度，其效果相當于公路Ⅰ級。

2) 墻背填料計算內(nèi)摩擦角φ=35°，粘聚力C=0，墻背圬工與填料間摩擦角取φ/2。

3) 填料容重21 kN/m3，漿砌片石圬工砌體容重取23 kN/m3、漿砌塊石或C15砼取24 kN/m3。

4) 基底合力偏心距：土質地基B/6，巖質地基B/5，堅硬巖質地基B/4，抗震工況與非抗震工況一致。

2.4 患者臨床癥狀體征 見表3。本研究中鉤蟲性十二指腸炎綜合征患者臨床表現(xiàn)多樣，其中腹痛表現(xiàn)共76例，為主要常見臨床表現(xiàn)。

5) 地震設計烈度由公路所在地區(qū)確定，地震作用平均值提高系數(shù)取1.25，地震作用墻趾提高系數(shù)取1.25，重要性修正系數(shù)取1.3。

6) 地基土參數(shù)：容許承載力、基底摩擦系數(shù)、地基土摩擦系數(shù)、容重等由實際情況選取。

西部地區(qū)代表性巖石可按其堅硬程度按表1進行取值，其中常見的堅硬巖包括花崗巖、閃長巖、玄武巖、石英巖、石英砂巖、硅質石灰?guī)r等；較硬巖包括鈣質砂巖、石灰?guī)r、板巖、大理巖等；較軟巖包括泥灰?guī)r、砂質泥巖等；軟巖包括千枚巖、泥巖、頁巖等；極軟巖則主要指各類半成巖及全～強風化的各種軟～較軟巖等。其中當擋墻下部為樁基承臺復合地基時，取地基承載力特征值為800 kPa。

7) 對于浸水擋墻內(nèi)外側水頭差按0.5 m驗算，最不利水位由歷史最高水位往下按0.5 m級差試算確定。

表1 西部山區(qū)地基土的承載力特征值建議值西部地區(qū)常見地基土承載力特征值/kPa壓實粘土；中密粉砂；松散～稍密砂礫、卵碎石土；節(jié)理裂隙很發(fā)育的極軟巖250密實粉砂；稍密砂礫、卵碎石土；節(jié)理裂隙發(fā)育的極軟巖、軟巖300中密～密實砂礫、卵碎石土；軟巖；較軟巖400中密～密實卵碎石、漂塊石；較硬巖500密實卵碎石、漂塊石；堅硬巖600

2 計算結果對比分析

2.1 與標準圖集或已建公路擋墻對比

西部山區(qū)公路擋墻應用十分常見，圬工量較大，與項目投資息息相關。因此，本次衡重式擋墻尺寸優(yōu)化計算的主要目的在于節(jié)省擋墻圬工，有效控制造價。如圖1所示，選取本次計算的地基承載力400 kPa各種工況下的圬工體積，與建設部標準圖集04J008、廣巴高速擋墻標準圖、西攀高速擋墻標準圖進行對比分析?？梢园l(fā)現(xiàn)，6度地震區(qū)時，04J008與廣巴路各種墻高圬工相差甚小，而西部山區(qū)擋墻圬工減少約6.1%；7度地震區(qū)時，西部山區(qū)擋墻圬工較04J008亦減少6.1%，較西攀路減少約32.7%；8度地震區(qū)時，西部山區(qū)擋墻尺寸基本與04J008、廣巴路7度抗震時尺寸一致。由此可見，在8度及以下地震區(qū)時，西部山區(qū)擋墻節(jié)約圬工量效果明顯。

圖1 西部山區(qū)擋墻圬工與標準圖集或已建擋墻對比

2.2 不同抗震等級擋墻尺寸對比

2.3 浸水工況與非浸水工況對比

如圖1所示，當?shù)鼗休d力為400 kPa時，浸水工況下衡重式路肩墻截面面積較6、7度區(qū)擋墻增加44.7%，較8度區(qū)增加36.4%；與9度區(qū)相比，墻高為8 m及以下時，截面面積幾乎一致，墻高大于8 m時，截面面積略小于9度區(qū)。由于浸水工況及9度區(qū)擋墻截面面積與其他工況相差較大，因此，9度區(qū)或浸水工況下的擋墻尺寸，則應通過實踐應用，檢驗其安全性、可靠性等技術指標。

2.4 不同地基承載力擋墻對比

如圖2～圖4所示，選擇常用的非浸水7度地震區(qū)衡重式路肩墻、路堤墻不同地基承載力時圬工體積對比，可以發(fā)現(xiàn)，路肩墻、路堤墻圬工均隨地基承載力增大而減少，這種趨勢填土越高越明顯，圖4中填土8 m路堤墻500 kPa較400 kPa圬工減少約27.6%。

圖2 7度非浸水路肩墻圬工體積對比

圖3 7度非浸水填土4 m路堤墻圬工體積對比

圖4 7度非浸水填土8 m路堤墻圬工體積對比

2.5 衡重式與仰斜式擋墻對比

當?shù)鼗休d力為400 kPa，不考慮抗震時，取與衡重式擋墻相同的參數(shù)進行仰斜式擋墻計算，計算結果與衡重式對比見圖5所示，可以發(fā)現(xiàn)衡重式路肩墻與仰斜式路肩墻圬工體積幾乎一致；填土4 m的路堤墻墻高9 m及以下時，衡重式與仰斜式圬工體積相差無幾，而墻高大于9 m時，衡重式較仰斜式增加約17%；填土8 m的衡重式路堤墻較仰斜式增加約15.1%。由此可見，相同工況條件下，仰斜式擋墻圬工體積較衡重式節(jié)約。

圖5 衡重式與仰斜式圬工體積對比

3 計算規(guī)律總結

通過近2 000種衡重式擋墻不斷試算，選取最優(yōu)尺寸，從中獲取一些計算規(guī)律，作以下總結，以供后續(xù)設計使用者參考。

1) 一般工況下，當?shù)鼗菰S應力為250～400 kPa時，最優(yōu)擋土墻截面受地基土水平向滑移穩(wěn)定系數(shù)Kc2控制；當?shù)鼗菰S應力為500 kPa時，最優(yōu)擋土墻截面受基底滑移穩(wěn)定系數(shù)Kc1控制；當?shù)鼗菰S應力為600～800 kPa時，最優(yōu)擋土墻截面主要受傾覆穩(wěn)定方程控制。

2) 抗震工況下，當?shù)鼗菰S應力為250～400 kPa時，最優(yōu)擋土墻截面受地基土水平向滑移穩(wěn)定系數(shù)Kc2控制；當?shù)鼗菰S應力為500～800 kPa時，最優(yōu)擋土墻截面受地基土水平向滑移穩(wěn)定系數(shù)Kc1、滑動穩(wěn)定方程或傾覆穩(wěn)定方程控制。

3) 浸水工況下，當?shù)鼗菰S應力為250 kPa時，最優(yōu)擋土墻截面受滑動穩(wěn)定方程控制；當?shù)鼗菰S應力為300～800 kPa時，最優(yōu)擋土墻截面受傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0控制。

當擋墻截面尺寸未通過驗算時，宜按5 cm一級一級調整頂寬，直至計算通過。

4 特殊情況下增設的構造措施

1) 當?shù)鼗休d力特征值小于基底最大壓應力時，可通過在基底設置擴大基礎的方式進行處理。

2) 當?shù)鼗休d力特征值大于基底最大壓應力且小于設計采用地基承載力特征值時，可于下墻墻背設置3～5層土工格柵以保證抗滑移穩(wěn)定性，或者在墻底設置防滑凸榫處理，或于承臺上設置搭板方式處理。

3) 本設計擋墻只針對天然地面水平的路段，對于穩(wěn)定斜坡路段，一般情況下本設計擋墻尺寸均偏保守。當采用本標準圖尺寸經(jīng)濟性差時，可按本圖集參數(shù)重新計算。

4) 對于浸水路堤墻，本設計假定墻前、墻背水位均為2/3的墻高位置。當將擋墻應用于臨河路段，且最高洪水位高于墻高的2/3時，對于受控于抗滑穩(wěn)定性的擋墻，可于下墻墻背設置拉筋或土工格柵進行處理。

5) 墻踵地基承載力無法滿足設計要求時，若無法通過調整頂寬使計算通過，可設置墻踵臺階，臺階高度、寬度宜與墻趾臺階保持一致。

6) 墻趾設置防沖樁或防沖坎，盡量減小沖刷，同時計算時可計入被動土壓力。

7) 地震力、斜坡推力等水平力較大時，可考慮加設近似水平向錨桿，斜坡臺階式基礎上尤其應考慮錨桿擋墻。如圖6。

圖6 斜坡錨桿擋墻示意圖

5 結語

重力式擋土墻在盛產(chǎn)石料的山區(qū)公路建設中具有不可替代的作用，其社會經(jīng)濟效益十分顯著。結合西部山區(qū)境內(nèi)廣南高速、西攀高速、映汶高速、國道317俄崗路、巴達高速、國道108雅安段、省道217石渠至瑪尼干戈等多條公路擋土墻成功的設計經(jīng)驗，給出安全、經(jīng)濟、有效、合理擋土墻尺寸設計，研究成果有助于西部山區(qū)公路擋土墻設計的統(tǒng)一與規(guī)范，針對西部山區(qū)及藏區(qū)公路建設，具有廣闊的推廣應用前景。

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