對擋土墻設計新思路的探索

趙欣劍

（1唐山市規劃建筑設計研究院；2華北理工大學，河北 唐山 063000）

對擋土墻設計新思路的探索

趙欣劍1、2

（1唐山市規劃建筑設計研究院；2華北理工大學，河北 唐山 063000）

結合公路路基設計規范對擋土墻設計的基本要求，通過對工程地質學巖層的產狀的分析，探索對高填方路段路肩式擋土墻設計的新思路，提出對土側主動土壓力采用堵與疏相結合的方法設計擋土墻，使道路工程擋土墻更經濟、更安全。

擋土墻；設計；巖層；思路

擋土墻是支承路基填土或山坡土體、防止其變形失穩的墻式構筑物[1]，主要作用為承受土體側壓力，防止土體坍塌，一般分為三類：路肩式擋土墻，墻頂面內緣高程與路基邊緣高程齊平的擋土墻；路堤式擋土墻，墻頂外緣高程低于路基邊緣高程，墻頂與填方路基邊坡相連接的擋土墻；路塹式擋土墻，用于防止路塹邊坡的塌滑或為保護路塹邊坡上方的建筑物而修建在挖方邊坡一側的擋土墻。擋土墻作為支擋結構，修筑方便，造價經濟，所以大量應用在道路工程中。

1 擋土墻的設計要求及常規思路

1.1 擋土墻的設計要求

擋土墻應用普遍，技術標準上的要求也很多。工程技術人員應根據工程地質、水文地質、荷載情況、邊坡高度、結構受力特點等因素合理布設和施工，力求達到結構安全可靠、技術先進、布局合理、選材合理、成本較低、人工與自然環境相協調的擋土墻。在以上要求中，擋土墻結構安全可靠最關鍵，結構安全取決于能否滿足以下三點：1)能承受正常施工和正常使用時可能出現的各種作用（或荷載）；2)在正常使用時具有良好的工作性能；3)在正常維護下具有足夠的耐久性；在地震發生時及發生后，仍能保持必要的穩定性[2]。技術標準上的這些要求歸根結底的目的，就是要求廣大的工程技術人員做到：γ0≤R，即結構本身所能抵抗各種作用的能力大于，至少是等于各種施加在擋土墻上的作用總和。

1.2 常規的設計思路

工程技術人員在擋土墻大量的設計和施工中，逐漸形成了一套慣有的設計理念，首先擬定出一個擋土墻模型，然后匯總那些影響這個擋土墻模型安全的因素，如車輛荷載引起的土側壓力、人群荷載引起的土側壓力、填土重力、擋土墻結構重力等，再將這些壓力作用進行組合，計算出對擬定的擋土墻的影響，最后確定這些影響要小于或等于所擬定的擋土墻的抗滑移能力、抗傾覆能力、自身強度等，如不滿足重新擬定。從這計算公式中可以看出，擋土墻所支擋的土體給擋土墻的壓力越大，擋土墻為了抵抗土壓力，自身的強度要求就越高，即擋土墻截面尺寸如鋼筋直徑等就相應越大。這是符合工程技術者一直追求的“兵來將擋、水來土掩”的設計理念。但是當土體所給的壓力越來越大，而設計的擋土墻卻因為各種各樣的原因無法變得足夠安全，怎么辦？這種情況下，工程技術人員一般只是去思考其他解決措施。是設置擋土墻工程的方法不可行了嗎？這種情況下采用擋土墻就真的不合理了嗎？

2 擋土墻設計新思路的探索

2.1 新思路的靈感來源

縱觀歷史，幾千年前的大禹治水的故事給當代工程設計者提供了一個擋土墻設計的新思路。當年，人們生活在河流兩岸，大漲的河水水位嚴重威脅著大家的安全，為了抵擋洶涌的河水，人們反復不斷的加高堤壩，最終過高的堤壩沒能實現有效治水的初衷。后來，大禹采取疏導與封堵相結合的辦法，一面加固堤壩，一面開鑿通道，將部分洪水疏導去了他處，終獲成功。

仔細想來，擋土墻設計規范并沒有只要求工程設計時一味的加固擋土墻，提高擋土墻自身的抵抗能力。從公式γ0≤R中可以看出，提高擋土墻結構抵抗各種作用的能力：一種方案是公式中的右邊數值不斷變大，這樣會造成擋土墻尺寸的無限增大，它有一定的局限性；另一種方案是適當的減小施加在擋土墻結構上的作用力，不僅可以提高擋土墻安全性能，而且還能使工程量減小。

2.2 工程地質學巖層的產狀分析

在工程地質構造上，自然形成巖層的產狀有三個要素，分別為走向、傾向和傾角。走向為層面與水平面交線的延伸方向；傾向為層面上與走向垂直并指向下方的直線的水平投影方向；傾角為層面與水平面的交角。這些不同的巖層的產狀相組合形成了水平構造、傾斜構造、褶皺構造、斷裂構造等地質構造。巖層傾向有三種情況：第一，巖層傾向平行于垂直面向下。這時巖體自身是穩定的，若在此處修建擋土墻，它可能受到的僅有巖層內部土體對巖體橫向施加的再延伸到擋土墻上的力，而這個橫向力顯然是較小的，因為垂直的巖層已經發揮了一定的擋土墻功能。第二。巖層傾向向內。這時的巖層不僅自身穩定，還具有比垂直巖層更大對內橫向力抵抗能力，若這個抵抗能力足夠強，在此處修建擋土墻可能不會受到來自于巖體方向的橫向壓力。第三。巖層傾向向外。這時的擋土墻受到的橫向壓力將不僅僅是巖體本身的壓力，還要額外承擔巖層自身的滑動帶來的沖擊，若要修建擋土墻，將需要很大的擋土墻截面，這種地方修建擋土墻是不經濟、不合理的。

2.3 不同路塹擋土墻的設計探索

道路挖方有土質路塹和巖質路塹之分，當修建公路需要開挖巖石形成巖質路塹時，如果巖石風化程度較低，比方說微風化的情況下，公路路基設計規范要求在無外傾軟弱結構面，高度不大于30米時，邊坡坡率可采用1：0.1～1：0.3，30米的高度是遠遠大于一般擋土墻高度的，而1：0.1～1：0.3的坡率恰巧也是一般擋土墻的外面坡的坡度。在實際計算中，在這種道路路塹處安置的30米高擋土墻，其所受土側的壓力非常的小。這樣的擋土墻設計起來容易，施工起來方便。

由于微風化巖質路塹，無外傾軟弱結構面，采用1：0.1～1：0.3的邊坡坡率可行。因此，在擋土墻工程設計時，我們可以仿造出類似的道路路塹這樣的工程條件，改變土側橫向施加給擋土墻的壓力，去設計10米、20米甚至更高的填方路段兩側路肩式擋土墻。

3 擋土墻設計的新思路

從以上巖層的傾向分析和探索可以看出，將擋土墻修在向內傾向的巖層處是非常經濟的。在道路工程中遇到高填方路段需要設置路肩式擋土墻時，既然是填方，路基里面填料顆粒的大小、級配等要求在工程設計和施工時都是可以控制的，工程的建造過程中就可以人為的制造出向內傾向的巖層。

工程設計時，擬定一個擋土墻結構，首先將擋土墻所受各種作用進行組合，計算出路肩式擋土墻第一第二破裂面位置和擋土墻墻背填料范圍，然后將墻背填料范圍外的破裂面土體內分層插入鋼板，鋼板通長設置，每塊鋼板與道路水平面形成45度夾角，在這部分土體內注入水泥漿或摻加石灰，這樣就形成了堅硬的，方向向內的結構面。這樣土體的橫向作用力被分解成水平和豎直兩個方向的分力，分力只有以前合力的一半，土壓力被大大的削弱，而且，本來應該擋土墻承受的這部分土壓力還再一次被這一層層的堅硬結構面重新分配成水平力和豎直力，再次被分解的水平力受到了這種近似重力式擋土墻的堅硬結構面的進一步削弱，最后設置的路肩式擋土墻受到的土壓力變成本該承受的土體壓力的四分之一還不到，設置的路肩式擋土墻就很容易滿足設計要求，成為一道安全性高的構筑物[3]。

工程設計時，對于擋土墻所受土體的各種作用，從只注重堵，到堵與疏相結合，人為地制造向內傾向的巖層，就可以在滿足規范的基礎上，形成一個更經濟、更安全的擋土墻。希望本文的研究能對擋土墻結構的設計提供一些有益的建議和指導。

[1]JTG D30-2015/中交第二公路勘察設計研究院有限公司.公路路基設計規范[Z]北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.4

[2]牛琪英，李學武.工程地質學[M].北京：中國科學技術出版社，2002.4

[3]中交第二公路勘察設計研究院有限公司.公路擋土墻設計與施工技術細則[Z]北京：人民交通出版社，2008.1

Exploration of new ideas for retaining wall design

According to the basic requirements of highway subgrade design specification for retaining wall design,through the analysis of engineering geology strata occurrence and exploration of high embankment shoulder retaining wall design new ideas,put forward to the lateral soil active earth pressure by plugging method combined with thinning of the design of retaining wall,retaining wall engineering make the road more the economy,more safety.

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TU248

B

：1003-8965（2017）02-0068-02