淺談公路擋土墻設(shè)計(jì)

樊風(fēng)建

（長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司　湖南　長沙　410000）

淺談公路擋土墻設(shè)計(jì)

樊風(fēng)建

（長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司湖南長沙410000）

在公路工程中，擋土墻作為一種被廣泛采用的構(gòu)造物，在公路的建設(shè)過程中得到了廣泛的應(yīng)用，其能夠?qū)返穆返唐鸬奖Ｗo(hù)作用，防止出現(xiàn)滑坡等問題，因此在公路建設(shè)中得到了廣泛的認(rèn)可。本文主要對公路工程中的擋土墻設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡要的分析，對公路工程中擋土墻設(shè)計(jì)的重要問題進(jìn)行了分析，并提出合理的建議。

公路工程；擋土墻；設(shè)計(jì)；重力式擋土墻

引言

在公路工程施工中，擋土墻的主要指的是支撐路基填土、土坡土體，有效地避免公路填土或者土體出現(xiàn)變形的構(gòu)造物。在公路工程的路基工程中，擋土墻的設(shè)計(jì)能夠用作路堤以及路塹邊坡的穩(wěn)定，減少土石方的工程量以及占地面積，避免水流對路基進(jìn)行沖刷，且對治理塌方、滑坡的等路基病害有著重要的作用。因此，在公路工程的建設(shè)中，擋土墻設(shè)計(jì)得到了廣泛的應(yīng)用。

1　擋土墻設(shè)計(jì)各種作用的組合選用

擋土墻極限狀態(tài)分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，對于地基承載力、構(gòu)件裂縫寬度、墻面強(qiáng)度驗(yàn)算等屬于正常使用極限狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。組合、準(zhǔn)永久組合驗(yàn)算，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、墻身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算及穩(wěn)定性驗(yàn)算等屬于承載能力極限狀態(tài)的基本組合驗(yàn)算。正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、各作用分項(xiàng)系數(shù)均取1.0，永久荷載效應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)值，可變荷載效應(yīng)為組合值。承載能力極限狀態(tài)的驗(yàn)算目前各種規(guī)范、細(xì)則中都有常用作用的組合Ⅰ、Ⅱ，Ⅲ的說法，根據(jù)相關(guān)規(guī)定，工程結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)各自情況，在基本組合、偶然組合中考慮一種或兩種效應(yīng)組合，一般情況的擋土墻作用組合的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類組合計(jì)算均是基本組合，荷載效應(yīng)為設(shè)計(jì)值。Ⅰ類作用組合僅考慮永久作用，適用于路塹擋土墻或防止路外滑坡的山坡?lián)跬翂υO(shè)計(jì)，對應(yīng)組合系數(shù)中φZL取1.0；Ⅱ類作用組合是考慮Ⅰ類作用和汽車荷載可變作用的作用組合，適用于一般路肩擋土墻或路堤擋土墻設(shè)計(jì)，對應(yīng)組合系中φZL取1.0；Ⅲ類作用組合是考慮Ⅱ類作用和流水壓力、凍脹壓力或溫度影響力等特殊荷載的組合，適用于特殊環(huán)境條件的擋土墻設(shè)計(jì)，對應(yīng)組合系數(shù)中φZL取0.8。偶然作用是在必要的情況時(shí)才考慮，如地震力在非液化土、非軟土地區(qū)地震動峰值加速度值為0.2g及以上地區(qū)才要求驗(yàn)算。因此，擋土墻斷面形式的確定時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況區(qū)別對待，同一個(gè)項(xiàng)目用于不同部位（如路塹墻、路堤墻）、不同高度、墻背填料是否透水應(yīng)考慮不同的荷載組合。

2　公路工程中擋土墻的主要類型及適用條件

擋土墻作為支承高速公路路基填土或者山坡土體，對于提升公路路基的穩(wěn)定性、降低路基的變形有著重要的意義。公路工程的邊坡支護(hù)擋土墻的類型有多種，在劃分的時(shí)候大部分是以擋土墻的結(jié)構(gòu)方式來分類的。最為常見的擋土墻形式有以下幾種：重力式擋土墻、衡重式擋土墻、懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻、加筋土式擋土墻、錨桿式擋土墻、錨定板式擋土墻等。不同類型的擋土墻其適用范圍會因墻址地型、施工環(huán)境、建筑材料、地質(zhì)狀況等因素的影響。

2.1重力式擋土墻

公路工程邊坡支護(hù)的重力式擋土墻，一般是通過塊石、混凝土等材料進(jìn)行砌筑的。重力式擋土墻借助擋土墻自身的重量來保證墻體的穩(wěn)定性。所以，重力性擋土墻的截面一般比較大，這種擋土墻適合在小型工程中使用，重力擋土墻一般小于8m。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，便于施工，在公路工程的邊坡支護(hù)施工中有著非常廣泛的應(yīng)用（具體如圖1）。

2.2懸臂式擋土墻

在公路工程施工的過程中，當(dāng)?shù)鼗耐临|(zhì)比較差，或者缺乏石料的時(shí)候，一般使用懸臂式擋土墻，通過把擋土墻設(shè)計(jì)成L型，使用鋼筋混凝土做建造的材料（具體如圖2）。懸臂式擋土墻的穩(wěn)定性主要是借助墻踵懸臂上面的土重量予以維持的。在施工的時(shí)候懸臂式擋土墻內(nèi)部放置鋼筋，以更好的承受拉應(yīng)力，所以擋土墻的墻身截面要小。

2.3扶壁式擋土墻

扶壁式擋土墻在公路工程的路邊坡支護(hù)中有著重要的應(yīng)用，扶壁式擋土墻是由墻面板、墻趾板、墻踵板、扶肋等結(jié)構(gòu)組成的?；鶐r這懸臂式擋土墻的墻長方向，間隔一定的距離增設(shè)扶肋，將墻面板與墻踵板連接到一起。附壁石擋土墻經(jīng)常用于史料缺乏、地基承載力比較差的施工建設(shè)段。如果墻高較高的時(shí)候，扶壁式擋土墻的經(jīng)濟(jì)性更強(qiáng)。

圖1　重力式擋土墻的幾種表現(xiàn)形式

圖2　懸臂式擋土墻結(jié)構(gòu)圖

2.4錨定板及錨桿式擋土墻

錨定板擋土墻作為擋土墻的一種類型，是由墻面、錨定板、混凝土立柱等構(gòu)件拼裝成的。錨定板擋土墻通過填土、擋土墻結(jié)構(gòu)兩者的作用力，來保證擋土墻的自身穩(wěn)定性。錨定板擋土墻與重力式擋土墻比較，其結(jié)構(gòu)更輕、柔性大、施工量少、工程造價(jià)低、便于施工等優(yōu)勢。錨定板擋土墻適合在地基承載力差的區(qū)域。在設(shè)計(jì)的過程中，為了更好的提升錨定板擋土墻結(jié)構(gòu)的內(nèi)力效果，一定要確保錨定板結(jié)構(gòu)附近的系統(tǒng)穩(wěn)定與土的摩擦阻力大于自重、荷載的壓力之和。

2.5加筋土擋土墻

加筋土擋土墻的組成包括三個(gè)部分，分別是擋土墻面板、擋土墻的拉筋、填土等三個(gè)部分構(gòu)成的。此種擋土墻是通過拉筋與填土兩者之間的摩擦，將土的側(cè)壓力傳遞給拉筋，達(dá)到穩(wěn)定土體的目的。加筋土擋土墻作為一種柔性的結(jié)構(gòu)，能夠承受較大程度的變形，作為一種重力式的路基結(jié)構(gòu)，能夠有效的承載荷載帶來的沖擊。而且，加筋土擋土墻的施工簡單、所需的占地面積小，適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)常用于石料缺乏的施工區(qū)域。

3　公路工程中擋土墻的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在對擋土墻進(jìn)行設(shè)計(jì)前，首先要對設(shè)置擋土墻的路段基本的地質(zhì)資料、當(dāng)?shù)氐卣鸬牧叶鹊葐栴}進(jìn)行分析，從而確定埋深等參數(shù)，還要按照路線的縱斷面和路線的逐樁橫斷面圖，對擋土墻的基本高度進(jìn)行確定。

3.1確定設(shè)計(jì)方案

目前，公路建設(shè)行業(yè)中普遍的利用理正巖土擋土墻的設(shè)計(jì)軟件，對擋土墻進(jìn)行設(shè)計(jì)，其給擋土墻設(shè)計(jì)提供很大程度的方面，不過其參數(shù)的選擇還要靠設(shè)計(jì)者自己分析掌握。對于計(jì)算填料的內(nèi)摩擦角和容重、建筑材料容重、墻背摩擦角、基礎(chǔ)底和基底土之間的摩擦系數(shù)等參數(shù)，都按照工程所在位置的地質(zhì)情況和實(shí)際的工程材料進(jìn)行試驗(yàn)后方可確定，或者根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行選取。對于確定工程設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)必須要慎重，擋土墻是工程設(shè)計(jì)的一大重要環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)參數(shù)的確定要盡量的符合實(shí)際要求，其直接關(guān)系到墻體的設(shè)計(jì)是否安全、可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

3.2選取擋土墻的設(shè)計(jì)參數(shù)

在工程中邊坡支護(hù)擋土墻設(shè)計(jì)的時(shí)候，由于對于主動土的壓力進(jìn)行的庫倫理論計(jì)算適用范圍較小，尤其是在粘性土進(jìn)行壓力計(jì)算的時(shí)候，往往會存在較大的誤差。因此，在對以粘性土為填料的擋土墻進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，所設(shè)計(jì)的參數(shù)，例如：填料的內(nèi)摩擦角等所用的取值要相對保守一些。因?yàn)閹靷惱碚撟鳛橐环N常用的簡化土壓力的計(jì)算方法。對于砂性土填料的擋土墻，其設(shè)計(jì)的參數(shù)需要按照實(shí)際的情況來進(jìn)行取值。而安全系數(shù)的選取上，對于墻高大于6m的擋土墻，在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，可以將安全系數(shù)提升20%，以更好的提升擋土墻的安全性能。

3.3確定擋土墻的類型及尺寸

一般來說，擋土墻主要采用漿砌片石、塊石進(jìn)行施工，為的是滿足施工的便捷性和材料選擇的方便性，而且，漿砌片石的擋墻適用范圍相對廣泛。在實(shí)際的擋土墻設(shè)計(jì)過程中，最為常見的便是重力式擋土墻，其主要特點(diǎn)在于憑借自身的重量承受土的壓力，結(jié)構(gòu)簡單且施工簡便，但是由于其自重大，對地基的承載力要求也相對較高。重力式擋土墻按照其墻背傾斜的方式，可分為垂直、仰斜式、俯斜式三種。而其中仰斜式墻身斷面相對經(jīng)濟(jì)，特別是用路塹墻時(shí)，墻背和開挖的邊坡相對貼合，因此開挖和回填數(shù)量較小。公路工程邊坡支護(hù)擋土墻的設(shè)計(jì)為了提升擋土墻的美觀與施工的便捷性，往往使用一個(gè)墻面坡設(shè)計(jì)的方法。而針對山區(qū)公路工程的擋土墻，通過借助較陡的墻面坡，可以有效的降低擋土墻的高度，實(shí)現(xiàn)施工材料的節(jié)省。大多數(shù)情況下，在進(jìn)行重力式擋土墻、衡重式擋土墻設(shè)計(jì)的時(shí)候，一般墻面坡的設(shè)計(jì)比例為1：0.05，而進(jìn)行仰斜式擋土墻設(shè)計(jì)的時(shí)候，其墻面坡的比例為1：0.25，以此來提升擋土墻設(shè)計(jì)的科學(xué)性。

3.4擋土墻墻背坡的選取

在進(jìn)行仰斜式擋土墻設(shè)計(jì)的時(shí)候，墻背坡的設(shè)計(jì)比例一般在1：0.3，實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)開挖的臨時(shí)邊坡來進(jìn)行選取。在擋土墻高度增加的情況下，擋土墻墻頂?shù)膶挾纫残枰鄳?yīng)的加大。針對衡重式路肩擋土墻來講，在擋土墻的高度小于等于8m的時(shí)候，上墻背坡的比例為1：0.25，在擋土墻的高度在8～10m的時(shí)候，上墻背坡的比例為1：0.3。

3.5擋土墻設(shè)計(jì)控制的重點(diǎn)

擋土墻的設(shè)計(jì)過程中，由于擋土墻承受來自土的壓力比較大。因此，在設(shè)計(jì)的過程中，要加大對擋土墻穩(wěn)定性與抗傾覆能力的計(jì)算。例如：衡重式擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)，往往較為容易滿足擋土墻穩(wěn)定性的要求。擋土墻的墻身斷面的強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)的主要控制指標(biāo)之一，為了更好地提升墻身的強(qiáng)度，需要選用高強(qiáng)度石料等進(jìn)行砌筑。

4　結(jié)束語

公路擋土墻為受力構(gòu)造物，所以其自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全就尤為重要。雖然擋土墻的設(shè)置能夠解決很多問題，但擋土墻設(shè)計(jì)是經(jīng)驗(yàn)大于理論計(jì)算的一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，在設(shè)計(jì)中還應(yīng)充分考慮項(xiàng)目的實(shí)際情況，需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行不斷總結(jié)和研究，從而提高擋土墻工程的結(jié)構(gòu)安全性能、經(jīng)濟(jì)效果及方便施工的可操作性。在實(shí)際的施工過程中，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析計(jì)算，做好擋土墻的設(shè)計(jì)，以保證公路工程的質(zhì)量。

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U417.11

A

1673-0038（2015）32-0011-02

2015-6-18

樊風(fēng)建（1988-），男，助理工程師，本科，主要從事總圖運(yùn)輸工作。