山區公路重力式擋墻設計要點分析

陳朋

（商洛市交通設計院，陜西商州726000）

1 工程概況

某公路段地處侵蝕、剝蝕較大、地形起伏的山區，地基整體巖性特征以混合巖化片麻巖為主，包括花崗巖、斜長角山片麻巖、花崗片麻巖等巖性類型。區域地形復雜，侵蝕沖溝次級地貌單元發育，工程區內地下水位深。根據鉆探資料顯示，地層中第四系上更新統殘坡積物、混合花崗巖、太古界花崗巖、片麻巖等分布廣泛，巖石破碎，裂隙、節理及褶皺構造發育。該公路段路基正好處于坡度30～35o的自然斜坡位置，左側臨水，右側靠山，為半填半挖式路基結構，填土高度最高達13.5m。出于對邊坡穩定性的考慮，挖方區域必須進行放坡處理；填方區域如果采用放坡填筑方式，則坡腳必定延伸至狹窄的自然溝谷中，對溝谷造成嚴重擠占，不利于季節性自然過流，同時還會增大填方量和填筑施工難度[1]。此外，大面積斜坡填土還會造成原坡面植被破壞，若通過邊坡綠化的方式恢復植被，則必定增大工程造價。

綜合以上分析，經項目組綜合論證和比選，最終決定采用擋土墻方案進行路基邊坡加固處理，在提升路基穩定性的同時，可取得較好的景觀效果，降低投資。

2 重力式擋墻的設計要求

公路擋土墻主要用于路基填土、山坡土體支承，避免填土或土體發生變形失穩。在進行重力式擋土墻設計時，必須綜合考慮其技術可行性、可靠性及經濟合理性，必須根據墻體用途、墻高及所在區域的水文地質條件、地形地貌，在考慮結構強度及穩定性要求的基礎上，按照結構合理、斷面經濟、施工便利的原則進行擋墻墻身斷面形式的確定。考慮到該公路路堤填方工程左側地面橫坡陡峭，地質條件及施工條件較好，通過采用墻頂填土高度4.0m 的仰斜式路堤墻，減小墻身土壓力，提升墻身斷面的經濟性[2]。

為抵御墻體后方的土壓力，墻身截面必須具備足夠的強度，設計過程中應不產生墻身繞墻趾傾覆、墻身沿基底滑移破壞，或因基底不均勻沉降而引發墻身傾斜、地基大幅沉降、墻身截面開裂等情況。

3 重力式擋墻的設計驗算

3.1 擋墻布置

考慮到該山區公路路基的填筑要求，可以采用路堤墻或路肩墻等擋墻布置。路肩墻通常布置在路肩位置，墻頂組成路肩的一部分，能減少填方量，有效避免放坡填筑過程中對河床的擠壓、侵占。路堤墻則設置在陡坡路堤或高填土路堤下方，起到避免路堤邊坡滑動或路堤沿基底滑動的目的，并能收縮路堤坡腳，控制填方量，縮小占地面積。將路堤墻設置在沿河路堤傍水側，可起到避免水流沖刷、侵蝕路基的作用。同時，還可以在路堤邊坡植草綠化，美化道路環境。為此，該公路段路基擋墻采用仰斜式路堤墻方案，具體形式如圖1所示。

圖1 擋土墻形式

3.2 截面選型

依據重力式擋墻墻背的傾斜方向，可將其墻身斷面型式分成垂直、仰斜、俯斜、衡重等情況，路肩墻墻背土壓力主要由填土土壓力、車輛荷載土壓力等部分構成。對于垂直、仰斜、俯斜這三種型式的擋墻截面，若墻高、墻后填料等均相同，則俯斜式墻背所承受的土壓力值最大，垂直式墻背次之，仰斜式墻背承受的土壓力值最小。所以，仰斜式墻背型式的安全、穩定性最好。考慮山區公路路基表層土體以強風化花崗巖、殘積土等為主，自然斜坡承載力在200～300kPa 之間，較為穩定，采用仰斜式墻背有助于夯實填土。綜合考慮后，該公路段路基加固主要選用仰斜式路堤墻形式，見圖2[3]。

圖2 仰斜式路堤墻設計形式

3.3 設計驗算

根據庫倫理論，對該山區公路段樁號K0+820 處的重力式擋墻進行設計驗算。該擋墻初擬截面尺寸具體見表1。通過表1 中的列舉可以看出，該擋墻抗滑及抗傾覆穩定性、基頂偏心距、地基承載力、基頂拉應力等指標的取值均不滿足《擋土墻設計規范》（SL379—2007）要求。為此，必須通過將墻身寬度從4.6m 加寬至6.0m、將基底坡率0.1∶1 增大至0.2∶1、將地基承載力從400kPa 提升至650kPa 等措施，提升該公路段路基重力式擋墻抗滑穩定性、抗傾覆穩定性、基頂墻身截面偏心距及地基承載力。

表1 擋墻初擬截面尺寸

優化后的重力式擋墻高13.5m，頂寬6.0m，面坡和背斜坡傾斜坡度分別為1∶0.25 和1∶-0.25。結構尺寸優化后，基底截面土壓力計算結果詳見表2，優化后的結構尺寸見圖3。采用容許應力法進行強度驗算結果表明，驗算截面以上基底和基頂墻身截面積分別為164.953m2和152.620m2，重量分別為3795.703kN 和3459.691kN，基底和基頂相對于驗算截面外邊緣的墻身重力力臂分別為7.732m 和6.143m；基底和基頂作用于驗算截面的總豎向力分別為4097.252kN 和3776.664kN，作用于墻趾下點的總彎矩分別為16089.63kN·m 和11337.324kN·m；基底和基頂截面寬8.794m 和7.421m，偏心距分別為0.465m 和0.691m；截面上壓應力分別為 611.358kPa 和790.932kPa；壓應力及拉應力驗算均滿足設計要求。

圖3 優化后的擋墻結構尺寸（單位：cm）

表2 結構尺寸優化后基底截面主動土壓力計算結果

4 結語

山區公路重力式擋墻設計驗算是保證施工質量的關鍵環節，它決定著重力式擋墻施工的成敗。通過設計驗算，可以保證擋墻結構具有足夠的穩定性與強度。根據工程應用實踐，重力式擋墻墻型及布置形式必須根據地質條件、地形地貌、施工技術水平進行綜合比選，該山區公路路基邊坡加固主要采用仰斜式路堤墻擋墻。進行設計驗算時，必須針對原設計方案的不足及存在的重點問題，通過加大墻身寬度及基底傾斜坡度、地基土換填等方式提升結構承載力，保證施工質量。