基于GEO5山區(qū)高速公路路肩墻的選型研究

孟定宇，旃 鵬，王曉俊

(云南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，云南 昆明 650041)

0 引 言

山區(qū)高速公路受地形限制，將不可避免地應用支擋結(jié)構(gòu)。常用的支擋結(jié)構(gòu)根據(jù)位置的不同，主要分為路塹擋土墻、路堤擋土墻、路肩擋土墻和山坡?lián)跬翂?。路肩擋土墻在工程中，有支擋陡坡路堤下滑、收縮坡腳、減少占地，減少填方量的優(yōu)勢，特別是針對基本農(nóng)田資源稀缺的山區(qū)，更是極為常用。由于云南山區(qū)地形陡峻，路肩墻主要采用俯斜式和衡重式擋土墻[1，2]。

根據(jù)云南省高速公路工程建設(shè)經(jīng)驗，作為路肩墻應用時，俯斜式路肩墻的墻身高度為2～8 m，而衡重式路肩墻墻高的尺寸為3～12 m。因此，3～8 m的墻身存在重疊區(qū)，一般設(shè)計人員憑借自己以往的工作經(jīng)驗和其他項目的應用經(jīng)驗任意選取，忽略了兩種墻型在應用時的區(qū)別，本文將基于GEO5重力式擋土墻設(shè)計模塊的計算結(jié)果，結(jié)合基底壓應力、抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)、抗滑移穩(wěn)定性安全系數(shù)三大關(guān)鍵指標，對云南山區(qū)常用的兩類擋土墻型式進行綜合比選，并提出相關(guān)的建議，為山區(qū)公路路肩墻的設(shè)計和施工提供參考。

1 擋墻尺寸

云南地區(qū)高速公路常用的俯斜式和衡重式路肩墻的尺寸，如圖1、圖2和表1、表2所示，材料為C20片石混凝土，重度γ=23 kN/m3。

圖1 重力式路肩墻尺寸圖

圖2 衡重式路肩墻尺寸圖

表1 俯斜式路肩墻尺寸

表2 衡重式路肩墻尺寸

2 設(shè)計參數(shù)

一般情況下，擋土墻的埋深在1～1.5 m，基本處于土層范圍內(nèi)。因此，天然地基及土層②按粘性土考慮，土層①為墻背回填土，一般采用碎石土，結(jié)合云南山區(qū)的勘察經(jīng)驗，擬定兩土層設(shè)計參數(shù)見表3。荷載主要考慮行車荷載q和主動土壓力，不計墻前被動土壓力，規(guī)范[3]規(guī)定，墻高3～8 m，荷載q從18.35～12.5 kN/m2線性內(nèi)插，填土角度θ=45°，基底與基底土間的摩擦系數(shù)μ=0.3，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0=1.0(H≤5 m)，γ0=1.05(H>5 m)。

圖3 重力式設(shè)計參數(shù)圖

圖4 衡重式設(shè)計參數(shù)圖

表3 土層參數(shù)

3 計算結(jié)果

根據(jù)相關(guān)的計算參數(shù)和擋墻尺寸，應用GEO5南京庫侖軟件進行基底壓應力p、抗滑傾覆穩(wěn)定性K0、抗滑移穩(wěn)定性Kc的計算，重力式路肩墻和衡重式路肩墻的計算結(jié)果分列于表4、表5。

表4 重力式路肩墻的受力分析結(jié)果

表5 衡重式路肩墻的受力分析結(jié)果

4 結(jié) 論

(1)基于經(jīng)濟性的考慮，當墻高H>4 m之后，重力式路肩墻的混凝土體積較衡重式路肩墻大。即H≤4 m時，選用重力式擋土墻較為經(jīng)濟；H>5 m，選用衡重式擋土墻較為經(jīng)濟。

(2)一般土體的承載力特征值f<200 kPa。由此可見，當墻高H>6 m，應注意基底壓應力和地基承載力的比較。

(3)重力式和衡重式路肩墻中，抗滑移和抗傾覆安全系數(shù)隨擋墻墻高的變化規(guī)律基本一致。重力式路肩墻隨墻高H的增大，抗滑移安全系數(shù)K0和抗滑移安全系數(shù)Kc均增大，衡重式路肩墻隨墻高H的增大，抗滑移安全系數(shù)K0和抗滑移安全系數(shù)Kc的變化范圍基本穩(wěn)定在3～4之間。規(guī)范[3]要求抗滑移安全系數(shù)Kc=1.3，安全系數(shù)抗傾覆K0=1.5，兩種墻型均滿足要求。

(4)綜合經(jīng)濟性、安全性考慮，路肩墻墻高H<6 m，建議選用重力式路肩墻；墻高H≥6 m，建議選用衡重式路肩墻。