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        山區(qū)公路重力式擋墻設計要點分析

        2021-06-20 07:25:48陳朋
        運輸經(jīng)理世界 2021年32期
        關鍵詞:公路設計

        陳朋

        (商洛市交通設計院,陜西商州726000)

        1 工程概況

        某公路段地處侵蝕、剝蝕較大、地形起伏的山區(qū),地基整體巖性特征以混合巖化片麻巖為主,包括花崗巖、斜長角山片麻巖、花崗片麻巖等巖性類型。區(qū)域地形復雜,侵蝕沖溝次級地貌單元發(fā)育,工程區(qū)內(nèi)地下水位深。根據(jù)鉆探資料顯示,地層中第四系上更新統(tǒng)殘坡積物、混合花崗巖、太古界花崗巖、片麻巖等分布廣泛,巖石破碎,裂隙、節(jié)理及褶皺構造發(fā)育。該公路段路基正好處于坡度30~35o的自然斜坡位置,左側(cè)臨水,右側(cè)靠山,為半填半挖式路基結(jié)構,填土高度最高達13.5m。出于對邊坡穩(wěn)定性的考慮,挖方區(qū)域必須進行放坡處理;填方區(qū)域如果采用放坡填筑方式,則坡腳必定延伸至狹窄的自然溝谷中,對溝谷造成嚴重擠占,不利于季節(jié)性自然過流,同時還會增大填方量和填筑施工難度[1]。此外,大面積斜坡填土還會造成原坡面植被破壞,若通過邊坡綠化的方式恢復植被,則必定增大工程造價。

        綜合以上分析,經(jīng)項目組綜合論證和比選,最終決定采用擋土墻方案進行路基邊坡加固處理,在提升路基穩(wěn)定性的同時,可取得較好的景觀效果,降低投資。

        2 重力式擋墻的設計要求

        公路擋土墻主要用于路基填土、山坡土體支承,避免填土或土體發(fā)生變形失穩(wěn)。在進行重力式擋土墻設計時,必須綜合考慮其技術可行性、可靠性及經(jīng)濟合理性,必須根據(jù)墻體用途、墻高及所在區(qū)域的水文地質(zhì)條件、地形地貌,在考慮結(jié)構強度及穩(wěn)定性要求的基礎上,按照結(jié)構合理、斷面經(jīng)濟、施工便利的原則進行擋墻墻身斷面形式的確定??紤]到該公路路堤填方工程左側(cè)地面橫坡陡峭,地質(zhì)條件及施工條件較好,通過采用墻頂填土高度4.0m 的仰斜式路堤墻,減小墻身土壓力,提升墻身斷面的經(jīng)濟性[2]。

        為抵御墻體后方的土壓力,墻身截面必須具備足夠的強度,設計過程中應不產(chǎn)生墻身繞墻趾傾覆、墻身沿基底滑移破壞,或因基底不均勻沉降而引發(fā)墻身傾斜、地基大幅沉降、墻身截面開裂等情況。

        3 重力式擋墻的設計驗算

        3.1 擋墻布置

        考慮到該山區(qū)公路路基的填筑要求,可以采用路堤墻或路肩墻等擋墻布置。路肩墻通常布置在路肩位置,墻頂組成路肩的一部分,能減少填方量,有效避免放坡填筑過程中對河床的擠壓、侵占。路堤墻則設置在陡坡路堤或高填土路堤下方,起到避免路堤邊坡滑動或路堤沿基底滑動的目的,并能收縮路堤坡腳,控制填方量,縮小占地面積。將路堤墻設置在沿河路堤傍水側(cè),可起到避免水流沖刷、侵蝕路基的作用。同時,還可以在路堤邊坡植草綠化,美化道路環(huán)境。為此,該公路段路基擋墻采用仰斜式路堤墻方案,具體形式如圖1所示。

        圖1 擋土墻形式

        3.2 截面選型

        依據(jù)重力式擋墻墻背的傾斜方向,可將其墻身斷面型式分成垂直、仰斜、俯斜、衡重等情況,路肩墻墻背土壓力主要由填土土壓力、車輛荷載土壓力等部分構成。對于垂直、仰斜、俯斜這三種型式的擋墻截面,若墻高、墻后填料等均相同,則俯斜式墻背所承受的土壓力值最大,垂直式墻背次之,仰斜式墻背承受的土壓力值最小。所以,仰斜式墻背型式的安全、穩(wěn)定性最好。考慮山區(qū)公路路基表層土體以強風化花崗巖、殘積土等為主,自然斜坡承載力在200~300kPa 之間,較為穩(wěn)定,采用仰斜式墻背有助于夯實填土。綜合考慮后,該公路段路基加固主要選用仰斜式路堤墻形式,見圖2[3]。

        圖2 仰斜式路堤墻設計形式

        3.3 設計驗算

        根據(jù)庫倫理論,對該山區(qū)公路段樁號K0+820 處的重力式擋墻進行設計驗算。該擋墻初擬截面尺寸具體見表1。通過表1 中的列舉可以看出,該擋墻抗滑及抗傾覆穩(wěn)定性、基頂偏心距、地基承載力、基頂拉應力等指標的取值均不滿足《擋土墻設計規(guī)范》(SL379—2007)要求。為此,必須通過將墻身寬度從4.6m 加寬至6.0m、將基底坡率0.1∶1 增大至0.2∶1、將地基承載力從400kPa 提升至650kPa 等措施,提升該公路段路基重力式擋墻抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性、基頂墻身截面偏心距及地基承載力。

        表1 擋墻初擬截面尺寸

        優(yōu)化后的重力式擋墻高13.5m,頂寬6.0m,面坡和背斜坡傾斜坡度分別為1∶0.25 和1∶-0.25。結(jié)構尺寸優(yōu)化后,基底截面土壓力計算結(jié)果詳見表2,優(yōu)化后的結(jié)構尺寸見圖3。采用容許應力法進行強度驗算結(jié)果表明,驗算截面以上基底和基頂墻身截面積分別為164.953m2和152.620m2,重量分別為3795.703kN 和3459.691kN,基底和基頂相對于驗算截面外邊緣的墻身重力力臂分別為7.732m 和6.143m;基底和基頂作用于驗算截面的總豎向力分別為4097.252kN 和3776.664kN,作用于墻趾下點的總彎矩分別為16089.63kN·m 和11337.324kN·m;基底和基頂截面寬8.794m 和7.421m,偏心距分別為0.465m 和0.691m;截面上壓應力分別為 611.358kPa 和790.932kPa;壓應力及拉應力驗算均滿足設計要求。

        圖3 優(yōu)化后的擋墻結(jié)構尺寸(單位:cm)

        表2 結(jié)構尺寸優(yōu)化后基底截面主動土壓力計算結(jié)果

        4 結(jié)語

        山區(qū)公路重力式擋墻設計驗算是保證施工質(zhì)量的關鍵環(huán)節(jié),它決定著重力式擋墻施工的成敗。通過設計驗算,可以保證擋墻結(jié)構具有足夠的穩(wěn)定性與強度。根據(jù)工程應用實踐,重力式擋墻墻型及布置形式必須根據(jù)地質(zhì)條件、地形地貌、施工技術水平進行綜合比選,該山區(qū)公路路基邊坡加固主要采用仰斜式路堤墻擋墻。進行設計驗算時,必須針對原設計方案的不足及存在的重點問題,通過加大墻身寬度及基底傾斜坡度、地基土換填等方式提升結(jié)構承載力,保證施工質(zhì)量。

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