衡重式擋墻的應用和創(chuàng)新探索

摘 要：衡重式擋墻在山區(qū)公路中廣為應用，文章從介紹衡重式擋墻入手，并以我國西南地區(qū)某公路的路基支擋防護作為典型例子進行詳細說明，分析其在路基支擋防護中的具體應用，并對衡重式擋墻的創(chuàng)新應用進行探討。

關鍵詞：衡重式擋墻；路基支擋防護；創(chuàng)新應用

隨著我國公路建設的飛速發(fā)展，特別對中西部地區(qū)的公路工程項目投入不斷增加，路基擋土墻特別是重力式擋土墻作為公路工程中廣泛采用的一種構造物，顯得越來越重要，應用也越來越多。由于中西部地區(qū)多為山區(qū)，其地質地形較為復雜多變，若采用單一的重力式擋墻形式往往難以應對，并且經濟效用不佳，甚至會對路基的質量和安全造成隱患和威脅，而衡重式擋墻作為重力式擋墻的一種創(chuàng)新，更加適用于多變的山區(qū)地形，因此，文章以實例進行具體分析。

1 衡重式擋墻的概念

擋土墻是用來支承路基土或山坡土體，防止填土或土體變形失穩(wěn)的一種構造物，其中重力式擋土墻是以墻身自重來維持擋土墻在土壓力作用下的穩(wěn)定，衡重式擋墻也是重力式擋墻的一種，最早的衡重式擋墻出現(xiàn)于20世紀中期，是由我國鐵道部創(chuàng)造的一種新的處理公路病害的構造物。

衡重式擋墻區(qū)別于普通重力式擋墻一個顯著特征就是在重力式擋墻的基礎上，進行了特殊的折面墻背及衡重臺設計，其墻背不是一個平面，而是折面，即上墻為俯斜式墻背，下墻為仰斜式墻背，且上墻墻背外側還增加了一個較寬的衡重臺。其作用機理是利用衡重臺上填土的重力作用以及增加衡重臺后墻體重心后移的效果，來抵抗破裂面土體的主動土壓力，并通過作用在衡重臺上的穩(wěn)定力矩來抵抗破裂面土體的傾覆力矩[1]。

衡重式擋墻合理的利用了墻背填土；而且由于其下墻為仰斜式，所受土壓力小，抗傾覆穩(wěn)定性更好，并在減少開挖回填和節(jié)約占地面積等方面具有更大的優(yōu)勢。但衡重式擋墻基礎和地基的接觸面相對較小，因此基底應力較大，故大多適用于地基承載力較好的地基。

衡重式擋墻若以位置為標準進行分類，可分為路肩、路堤、山坡墻等等，由于受地基承載力制約，一般多用于路肩墻。

2 衡重式擋墻的應用

為了詳細清楚地說明衡重式擋墻的應用，文章采用國道323線石屏至元江（紅龍廠）高速公路的一段擋墻作為具體實例，來進行一系列的研究和探討。

2.1 工程概況

該路基位于山坡上，右側地面線橫坡較陡，原設計為3m高的普通重力式擋墻，由于該處地質破碎，在開挖重力式擋墻基坑時造成地面線垮塌，導致路基設計邊緣距地表線的填方高度變?yōu)?m，若繼續(xù)開挖重力式擋墻基坑，則有可能促使地面線進一步破壞，工程造價不經濟。

該處的地質條件較為復雜，左側是陡崖，右側是溝谷，且地形陡峭，地表線橫坡較大，地質為層狀板巖，墻風化碎石狀，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖體破碎，表層有粘性土填充，局部夾碎石。路基地段的巖層產狀47°<23°。

擋墻基坑發(fā)生垮塌的主要原因為該段地基的地質破碎松散，路基地表線橫坡坡度較大，而重力式擋墻要求的基坑開挖寬度較大，在開挖過程中，對土體的擾動比較大，施工難度大，而且地表無排水系統(tǒng)，遇到連續(xù)的大雨天氣，沒有排除的水深入到了路基內部，使土體的內摩擦角減小，強度降低，下滑力增大，導致基坑的穩(wěn)定性降低，產生垮塌的現(xiàn)象[2]。

2.2 基坑垮塌的處置措施

2.2.1 基坑處治工程的設計指導原則

根據該基坑的毀壞程度，結合周圍的地理特點，制定基坑垮塌處理的指導原則為：（1）安全第一原則。主要體現(xiàn)在基坑施工階段中的安全和擋墻后期使用的安全，并考慮線外排水，降低雨水對地面線的進一步侵蝕破壞程度，確保處治結束之后，路基擋墻能夠正常完成并投入使用，不會再有類似的問題出現(xiàn)；（2）經濟合理原則。在確保路基擋墻使用和施工安全的基礎之上，對其進行優(yōu)化，充分考慮工程的成本，合理配置資源，避免資源的浪費，使工程的經濟效益最大化；（3）環(huán)境協(xié)調原則。是指基坑垮塌處理的過程需要結合實際情況，設計科學的施工方案，嚴禁基坑開挖過程中直接從路基邊坡棄土，減少對周圍環(huán)境的破壞；（4）縮短工期原則。由于擋墻工程只是整個公路工程中的一個部分，在進行處治基坑的設計時，需要考慮到該擋墻工程在整個施工組織計劃流程中的位置，確保工程能迅速完工而不影響到項目工程其他環(huán)節(jié)的開展。

2.2.2 根據基坑的處治方案，選擇合適的處治方式

針對該公路地質地形特點進行分析，適合采用衡重式擋墻方案來進行處治。

首先，明確設計計算參數。根據實際情況，確定填土的容重為21KN/m3，摩擦角為30°；填土的容重為19KN/m3，地基承載力350KPa，基底的摩擦系數為0.5。

其次，對擋土墻做出如下設計：（1）墻身沿基底沒有滑動破壞，滑動系數要保持穩(wěn)定在1.3以上；（2）墻身繞墻趾不存在傾覆，系數穩(wěn)定在1.6以上；（3）保證基底不會沉降，偏心距要小于0.17W3，W3為擋墻基底寬度，見圖1；（4）地基的沉降幅度要在可控范圍之內，地基的容許承載力應該比最大壓應力大；（5）墻身的截面不會產生開裂等剪切破壞，最大壓應力和最大拉應力不能超過擋墻的容許應力。

由于衡重式擋墻在保證埋深后，高度H比較大，而基底寬度W3比較小，加之地質破碎，為防止擋墻產生滑移，固在擋墻基礎部位設置橫向錨桿和豎向地錨。另外考慮到高擋墻在施工過程中基礎和墻身往往不能同時澆筑成形，為了防止基礎和墻身之間出現(xiàn)截面的剪切破壞（衡重式擋墻的基礎截面尺寸更小更容易被剪切破壞）于是基礎和墻身之間也增設了豎向錨桿。因此，設計的衡重式擋墻如圖1所示。

2.2.3 效果分析

該段擋墻經變更為衡重式擋墻處理之后，重新開挖的基坑沒有繼續(xù)發(fā)生坍塌，而衡重式擋墻也順利如期完工，這說明衡重式擋墻在這一工程應用中起到了重要的作用[3]。

3 衡重式擋墻的技術創(chuàng)新和應用創(chuàng)新

3.1 衡重式擋墻和錨桿技術相結合

錨桿支護技術和衡重式擋墻都有各自的優(yōu)勢，將二者結合起來使用，能夠取長補短，增加安全和可行性。考慮墻后的巖體土的破裂面，從錨桿和擋墻聯(lián)合應用的穩(wěn)定性入手，選擇合適的聯(lián)合支護技術，聯(lián)合支護技術可以分為在墻身設置錨桿、在基礎設置錨桿和墻身、基礎都設置錨桿這三大類。（1）基礎部位設置錨桿。在基礎部位設置錨桿能夠有效解決地基的承載力過低的問題，能夠提高擋墻的抗滑移能力，增加擋墻的穩(wěn)定性；（2）墻身設置錨桿。衡重臺是衡重式擋墻的分界，能夠將衡重式擋墻分成上、下?lián)鯄@兩個部分。在上擋墻的部位，回填土的區(qū)域范圍較廣，因此，設置錨桿時必須要考慮回填土的沉降、壓縮、變形等問題，應該盡量將錨桿設置在下墻體處，錨桿能夠為擋墻提供一定的拉力。擋墻的抗傾覆能力與錨桿提供的抗傾覆能力呈正比；（3）在墻身和基礎部位都設置錨

桿。根據現(xiàn)場的情況來設置，提高擋墻的抗滑能力與抗傾覆能力，同時，工程的造價也會相應提高，因此，要根據實際情況判斷是否需要在兩個部位設置錨桿，使工程的經濟效益達到最大[4]。

3.2 衡重式擋墻和臺階基礎技術相結合

衡重式擋墻由于其結構特征，大多運用于山區(qū)，而當擋墻基礎砌筑在穩(wěn)定堅硬的巖石斜坡地基上時，其基礎可做成臺階形，而山區(qū)很多陡坡陡坎往往是堅硬的巖石，此時衡重式擋墻若采用臺階基礎，則可以避免衡重式擋墻基底寬度小、抗滑移能力差的缺點，而且臺階基礎同樣能發(fā)揮衡重式擋墻基坑開挖面小的優(yōu)勢，對于山區(qū)公路支擋工程的作用是明顯的。

4 結束語

總之，山區(qū)的地貌和地質條件較為復雜，對公路的路基造成的安全影響大，對病害的治理難度也較大，利用衡重式擋墻來處理和解決這些問題效果明顯，且成本較低，已經受到了廣泛的關注，當然，要想發(fā)揮衡重式擋墻的作用，還需要對其繼續(xù)探索，加強技術創(chuàng)新。

參考文獻

[1]阮林潔.衡重式擋墻在山區(qū)公路路基病害處治中的應用[J].城市建設理論研究（電子版），2015（5）：3470-3471.

[2]紀祖光.衡重式擋墻在山區(qū)公路路基病害處治中的應用[J].建材與裝飾，2015（25）：302-303+304.

[3]周福婷.高速公路衡重式擋墻病害原因分析及加固處治[J].城市建設理論研究，2014（15）.

[4]方延強，蔣志軍，周昌全，等.基于理論與數值分析的衡重式擋墻優(yōu)化設計[J].銅業(yè)工程，2014（6）：51-53+65.

作者簡介：余昊澤（1982，1-），男，漢族，工程師，主要從事公路設計工作。