貴陽首個超高重力式擋土墻施工技術

張彥偉 宋星光

在市政道路工程中，擋土墻是為了防止固體廢棄物堆積體被沖蝕或易發生滑塌、崩塌、或穩定人工開挖形成高陡邊坡，或避免滑坡體前緣再次滑動而修建的擋土工程。按照擋土墻斷面的設計幾何形狀及其受力特點，常用的擋土墻形式可分為重力式、半重力式、衡重式、懸臂式、扶壁式等。在路堤邊坡防護中，重力式擋土墻的應用較為廣泛。重力式擋土墻是依靠墻身自重來維持穩定的，根據擋土墻斷面的設計幾何形狀及其受力特點可分為仰斜式、垂直式、俯斜式、凸型折線式、衡重式五類。

1 工程及地質概況

貴陽市某市政道路工程路堤填方施工里程段總長255 m，其中填方高度在15 m～20 m之間的總長為170 m，占設計總長(255 m)的67%;其中填方高度達到20 m的總長為105 m，占設計總長(255 m)的41%。現場填方路段周邊居民建筑密集，同時緊鄰國家AAAA級原始自然生態景區。

填方路程段位于原始生態公園山體坡腳，坡度較陡，坡度在1∶1～1∶0.5之間;其地表主要為第四系雜填土、耕植土及殘坡積粘土層，覆蓋層厚約0.5 m～1.0 m;下伏基巖為三疊系安順層(T1a)厚層白云巖，三疊系大冶組(T1d)薄～中厚層石灰巖。根據調查，線路通過地段巖溶較發育。巖溶形態以地表淺部的溶溝(槽)、石芽為主，巖體內主要為溶孔、垂直溶洞(隙)、懸臂巖體等，溶洞被粘土呈半充填或全充填狀態。

2 設計方案

擋土墻設計荷載為城—A級荷載。擋土墻設計采用C25片石混凝土(片石摻量不超出每次澆筑總體積的20%)。上、下層新舊混凝土之間采用接槎石進行連接，接槎石布置間距為1.2 m×1.2 m。

2.1 基礎結構設計

擋土墻基礎置于基巖上，基巖風化程度應控制在中～微風化;擋土墻前趾嵌入完整基巖內的深度不小于150 cm;基底無巖溶，反之應將其內填充物清除，并用高標號混凝土進行回填處理。

針對不同擋土墻墻身高度(H)，擋土墻基礎結構可選擇不同的形式。當14 m≤H≤20 m，選用A型基礎。為提高擋土墻與基底圍巖的摩擦力，避免擋土墻在壓力作用下發生滑移，在原有仰坡(坡率1∶20)的基礎上特對A型基礎增加榫頭結構，提高基礎與基底圍巖的鍥接能力。當10 m＜H＜14 m時，選用B型基礎。

2.2 墻身結構設計

擋土墻墻身混凝土結構采用分層、分段進行模筑，分層高度為2 m、分段長度為15 m。沿線路走向每隔15 m設一道沉降縫，縫寬2 cm，用膠泥或泡沫板進行填塞;為提高混凝土墻身結構之間的整體性，在擋土墻墻身高度6 m～20 m之間的沉降縫增設榫頭結構。為將主動土壓力進行轉換、分解，設計將擋土墻墻背在原設計基礎上進行了優化設計。即在原設計擋土墻斜坡墻背(坡率為1∶5)的基礎上每2 m為分層高度，以此為分界并且逐層修筑臺階，臺階寬度為75 cm。混凝土墻身具體結構形式見圖1。

3 重力式擋土墻設計計算

3.1 土壓力的計算

根據現場工程地形地貌及相關要求，C25片石混凝土墻身高H=20 m，墻頂以上無填石(即填石表面與水平面的夾角β=0°)，擋土墻墻背后填石容重γ=20 kN/m3，內摩擦角φ=35°，擋土墻墻背與填石間的摩擦角δ=φ/2，墻背俯斜1∶0.53(擋土墻墻背與豎直面的夾角α=28°)，墻體容重γk=24 kN/m3，擋土墻墻身頂寬0.75 m，其墻身分段長度B=15 m，設計荷載為城—A級，防撞墻每延米重8.32 kN/m。

根據JTG D60-2004公路橋涵設計通用規范規定，當土層特性無變化但有汽車荷載作用時，作用在擋土墻后的主動土壓力標準值在β=0°時，可按照庫侖土壓力進行計算。

上述計算式中:

此外，上述主動土壓力計算式中h代表汽車荷載的等代均布填層厚度，根據CJJ 77-98城市橋梁設計荷載標準中的規定計算得:城—A級車輛荷載的等代均布荷載填層厚度h=0.78 m。

綜上所述，作用于C25片石混凝土擋土墻的主動土壓力E=33 634 kN，主動土壓力的著力點距離計算填層底面C=6.9 m;主動土壓力的水平分力EX=E·cos(δ+α)=23 574 kN、垂直分力EY=E·sin(δ+α)=23 989 kN。

3.2 擋土墻基底應力和抗剪強度驗算

15.0 m長，20.0 m高的C25片石混凝土擋土墻及其上護欄自重∑Gw=48 005 kN、主動土壓力的垂直分力EY=23 989 kN。C25片石混凝土擋土墻基礎嵌入微分化～中分化白云巖基巖中，其嵌入完整基巖的深度不小于150 cm，根據現場工程地質情況和GB 50007-2002建筑地基基礎設計規范，GB 50021-2001巖土工程勘察規范相對照判斷，地基圍巖屬于軟質巖(較軟巖)、巖體較完整，其巖石地基基本承載力[σ0］=500 kPa～800 kPa。

在運營期間，作用在基底的豎直方向的壓力N=∑Gw+∑EY=71 994 kN，基底的承受平均應力 σ=(∑Gw+∑EY)/A=374 kN/m2＜[σ0］=500 kPa～800 kPa，基礎地基承載力能夠滿足設計要求。

在運營期間，C25片石混凝土擋土墻墻身的最大剪應力τmax=0.77 MPa＜[τ0］=1.0 MPa，擋土墻采用 C25 片石混凝土能夠滿足設計要求。

3.3 擋土墻穩定性驗算

擋土墻穩定計算主要包括抗滑動穩定系數Kc和抗傾覆穩定系數Ko的計算。

根據JTG D30-2004公路路基設計規范中的要求，Kc=

根據上述說明代入相關參數，計算得 Kc=2.12＞[Kc］=1.3。

Ko，其中計算式中各參數具體含義見JTG D30-2004公路路基設計規范中的說明。

根據擋土墻結構形式及相關參數計算得:KO=3.57＞[KO］=1.5。

綜合上述分析，擋土墻的抗滑動穩定系數Kc和抗傾覆穩定系數KO均滿足JTG D30-2004公路路基設計規范中相關要求。

4 施工技術要求

4.1 模板工程

1)模板選擇:擋土墻的墻面側采用高2.0 m，長1.5 m，厚5 mm的組合鋼模板，鋼模板之間通過M16螺栓進行連接。為避免模板接縫之間的漏漿，模板之間設計“0.5 mm的公母扣”進行過渡。擋土墻的墻背和兩側面采用定形的組合鋼模板，定形的組合鋼模板尺寸為高0.5 m，長1.0 m，厚5 mm，鋼模板之間采用M16螺栓進行連接。此外，為避免模板與基面接頭位置存在的縫隙出現漏漿現象，現場采用M10砂漿進行封堵。2)模板加固:擋土墻墻面一側的模板可通過增設水平桿、木支撐進行固定、加固，同時在模板內側架設斜拉撐、臨時斜支撐進行加固。擋土墻的墻背和兩側面的組合鋼模板固定、加固同墻面。擋土墻之間的榫頭采用木板進行加工，刨光后直接用“U”形卡進行固定。

4.2 混凝土工程

1)混凝土灌注。混凝土全部使用商品混凝土，混凝土攪拌運輸車進行混凝土運輸，現場使用自制滑槽(腳手架支撐、固定和3 mm鋼板加工成型)和汽車輸送泵相互配合進行混凝土澆筑施工。HBT系列混凝土輸送泵(俗稱地泵)，其混凝土輸送管道基本為φ150 mm和φ125 mm，混凝土輸送管道需要搭建專門的支架，同時輸送管道在混凝土澆筑完成后，需要專門拆除后清洗，現場操作繁瑣、困難。與HBT系列混凝土輸送泵相比較，自制滑槽和汽車輸送泵相對比較簡單，容易操作。

2)片石回填。現場施工采用人工拋填、汽車式起重機配合的方式進行。首先在汽車式起重機吊鉤增加一鋼筋籠，然后將清洗干凈的片石裝入其中，待其起吊至片石填放處時，現場由人工進行拋填。在混凝土結構模板上方使用竹跳板搭設人行通道，確保片石拋填均勻，以保證片石混凝土的質量。

4.3 排水工程

超高重力式擋土墻施工中，擋土墻自身排水系統的設計合理性及施工質量是保證運營期間擋土墻結構安全的關鍵。

為防止超高重力式擋土墻的墻背后積水，同時避免因積水對填層的破壞和所產生水壓力對擋土墻墻身結構的破壞。現場施工過程中，在擋土墻墻背分臺階處設置外傾坡度為5%、間距4×2 m梅花形布置、直徑為10 cm的泄水孔(進水口處的碎石過濾包采用外包200 g/m2土工布的大粒徑礫石或碎石，過濾包最小截面尺寸不小于30 cm×30 cm×30 cm)的基礎上，擋土墻墻背后2 m范圍內回填級配碎石，以其墻背臺階頂面為界設置厚度不小于20 cm粘土隔水層。

此外，在必要時可以進行“透水試驗”來檢查擋土墻自身排水系統的施工質量。

5 結語

上述超高防護重力式擋土墻于2009年8月初開始組織施工，2009年10月底完成，工程建設周期不到2個月。施工期間對周邊環境的影響甚小，同時比原橋梁設計節約近600萬元。在擋土墻墻背進行回填過程中，現場對擋土墻垂直度、穩定性(抗滑動)均進行了監控，亦未發現任何變化，監控結果顯示擋土墻結構性能良好。

與其他工程設施相比較，擋土墻有著計算理論簡單、施工工藝便捷、工程投資節約、周邊環境影響小、建設工期較短的顯著特點。隨著城市道路建設速度的加快，為了減少對建設周邊環境的影響，尤其是減少臨時征地和拆遷，高擋土墻的設計及施工可作為一個有效的工程防護途徑。

[1]貴陽市建筑設計院有限公司.貴陽市瑞金北路延伸段道路工程黔靈山隧道(土建)施工圖[Z］.2008.

[2]JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規范[S］.

[3]JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術規范[S］.

[4]JTG F10-2006，公路路基施工技術規范[S］.

[5]JTG D30-2004，公路路基設計規范[S］.

[6]GB 50021-2001，巖土工程勘察規范[S］.

[7]GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規范[S］.

[8]CJJ 77-98，城市橋梁設計荷載標準[S］.

[9]JTJ D61-2005，公路圬工橋涵設計規范[S］.

[10]陳仲頤，周景星，王洪瑾.土力學[M］.北京:清華大學出版社，1994.