孟定宇,旃 鵬,王曉俊
(云南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司,云南 昆明 650041)
山區(qū)高速公路受地形限制,將不可避免地應(yīng)用支擋結(jié)構(gòu)。常用的支擋結(jié)構(gòu)根據(jù)位置的不同,主要分為路塹擋土墻、路堤擋土墻、路肩擋土墻和山坡?lián)跬翂ΑB芳鐡跬翂υ诠こ讨?,有支擋陡坡路堤下滑、收縮坡腳、減少占地,減少填方量的優(yōu)勢,特別是針對基本農(nóng)田資源稀缺的山區(qū),更是極為常用。由于云南山區(qū)地形陡峻,路肩墻主要采用俯斜式和衡重式擋土墻[1,2]。
根據(jù)云南省高速公路工程建設(shè)經(jīng)驗,作為路肩墻應(yīng)用時,俯斜式路肩墻的墻身高度為2~8 m,而衡重式路肩墻墻高的尺寸為3~12 m。因此,3~8 m的墻身存在重疊區(qū),一般設(shè)計人員憑借自己以往的工作經(jīng)驗和其他項目的應(yīng)用經(jīng)驗任意選取,忽略了兩種墻型在應(yīng)用時的區(qū)別,本文將基于GEO5重力式擋土墻設(shè)計模塊的計算結(jié)果,結(jié)合基底壓應(yīng)力、抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)、抗滑移穩(wěn)定性安全系數(shù)三大關(guān)鍵指標(biāo),對云南山區(qū)常用的兩類擋土墻型式進行綜合比選,并提出相關(guān)的建議,為山區(qū)公路路肩墻的設(shè)計和施工提供參考。
云南地區(qū)高速公路常用的俯斜式和衡重式路肩墻的尺寸,如圖1、圖2和表1、表2所示,材料為C20片石混凝土,重度γ=23 kN/m3。
圖1 重力式路肩墻尺寸圖
圖2 衡重式路肩墻尺寸圖
表1 俯斜式路肩墻尺寸
表2 衡重式路肩墻尺寸
一般情況下,擋土墻的埋深在1~1.5 m,基本處于土層范圍內(nèi)。因此,天然地基及土層②按粘性土考慮,土層①為墻背回填土,一般采用碎石土,結(jié)合云南山區(qū)的勘察經(jīng)驗,擬定兩土層設(shè)計參數(shù)見表3。荷載主要考慮行車荷載q和主動土壓力,不計墻前被動土壓力,規(guī)范[3]規(guī)定,墻高3~8 m,荷載q從18.35~12.5 kN/m2線性內(nèi)插,填土角度θ=45°,基底與基底土間的摩擦系數(shù)μ=0.3,結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.0(H≤5 m),γ0=1.05(H>5 m)。
圖3 重力式設(shè)計參數(shù)圖
圖4 衡重式設(shè)計參數(shù)圖
表3 土層參數(shù)
根據(jù)相關(guān)的計算參數(shù)和擋墻尺寸,應(yīng)用GEO5南京庫侖軟件進行基底壓應(yīng)力p、抗滑傾覆穩(wěn)定性K0、抗滑移穩(wěn)定性Kc的計算,重力式路肩墻和衡重式路肩墻的計算結(jié)果分列于表4、表5。
表4 重力式路肩墻的受力分析結(jié)果
表5 衡重式路肩墻的受力分析結(jié)果
(1)基于經(jīng)濟性的考慮,當(dāng)墻高H>4 m之后,重力式路肩墻的混凝土體積較衡重式路肩墻大。即H≤4 m時,選用重力式擋土墻較為經(jīng)濟;H>5 m,選用衡重式擋土墻較為經(jīng)濟。
(2)一般土體的承載力特征值f<200 kPa。由此可見,當(dāng)墻高H>6 m,應(yīng)注意基底壓應(yīng)力和地基承載力的比較。
(3)重力式和衡重式路肩墻中,抗滑移和抗傾覆安全系數(shù)隨擋墻墻高的變化規(guī)律基本一致。重力式路肩墻隨墻高H的增大,抗滑移安全系數(shù)K0和抗滑移安全系數(shù)Kc均增大,衡重式路肩墻隨墻高H的增大,抗滑移安全系數(shù)K0和抗滑移安全系數(shù)Kc的變化范圍基本穩(wěn)定在3~4之間。規(guī)范[3]要求抗滑移安全系數(shù)Kc=1.3,安全系數(shù)抗傾覆K0=1.5,兩種墻型均滿足要求。
(4)綜合經(jīng)濟性、安全性考慮,路肩墻墻高H<6 m,建議選用重力式路肩墻;墻高H≥6 m,建議選用衡重式路肩墻。