縣鄉公路沿河擋土墻穩定性優化設計研究

楊遜

摘要 當前縣鄉公路沿河擋土墻的背部平整多為單向點位結構，存在受力穩定性不高，容易出現位移量增加等情況。為此，文章提出對縣鄉公路沿河擋土墻穩定性優化設計與驗證研究。根據縣鄉公路沿河擋土墻的測定需求，采用多層級的方式增加擋土墻受力面，設置擋土墻排水管，增設扶壁和閘門，再對擋土墻局域受力與抗傾覆穩定性進行計算，采用定點保定及施工核驗的方式實現優化處理。

關鍵詞 縣鄉公路；沿河；擋土墻；穩定性優化；墻體搭接

中圖分類號 U417.1文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）08-0092-03

0 引言

縣鄉公路作為我國農村地區重要的交通基礎設施，對于促進鄉村經濟社會發展具有重大意義。在縣鄉公路的建設過程中，常常會遇到沿河地段等地形復雜路段，容易出現滑坡、泥石流等自然災害，給縣鄉公路的建設運營帶來極大安全隱患[1]。為了確保縣鄉公路的安全穩定運行，在沿河設立擋土墻被廣泛應用于沿河地段的防護工程中，有效地防止了水流沖刷、滑坡和泥石流等自然災害對鄉村公路的破壞[2]。傳統的擋土墻設計方法只考慮了墻體的強度和穩定性，忽略了水流沖刷、地基變形等因素對擋土墻穩定性的影響。為了提高擋土墻的穩定安全，通過對擋土墻的受力特點和變形規律展開分析，從水流沖刷和地基變形等方面對擋土墻進行優化設計，進一步提升擋土墻的穩定性和安全性，為保障縣鄉公路的安全暢通提供有力支撐。

1 沿河擋土墻構造設計要點

1.1 墻身構造

根據工程實際確定采用不同擋土墻結構，水工擋土墻的墻面應設計成直線形狀，要求其坡度與墻背面相協調，一般應平行或者稍緩于墻背，墻頂的寬度通常為i>0.5 m。

1.2 沿河擋土墻的排水設計

沿河擋土墻的排水系統主要包括地面排水和墻身排水，地面排水系統設計包括地面排水溝、截引地表水、防止雨水和地面水下滲等措施，在必要情況下還要設置鋪砌層。墻身排水系統的設置主要是排出墻后積水，對于泄水孔的設置，要按照實際泄水量選擇適宜孔眼，按照5%的坡度安設，選擇上下排梅花狀，水平及豎向間距1.5～3 m，底排泄水孔出水口高出地面的距離要≥200 mm，安設時要在泄水管周邊鋪設砂漿，再砌毛石，防止泄水管受壓破損[3]。

2 沿河擋土墻穩定性優化方法

2.1 擋土墻排水管與多層級背部平整處理

對于沿河擋土墻進行穩定性優化及改進是一項復雜的工作，需要平衡擋土墻的受力分布狀況。要標定出當前墻體背部受主動土壓力容易損壞的位置，使用覆水泥來對墻體封控處理。由于擋土墻縱向橫向在受力后易斷裂，可以增加扶壁設置，利用混凝土或磚混結構在外部區域形成側向支撐結構，降低擋墻的綜合壓力[4]。最后，還要在沿河擋土墻安裝排水管道，結構如圖1所示。

結合圖1，實現對擋土墻排水管道的設定。在擋土墻內部增加排水系統進行排水，減少墻體承受的沖擊力，提高了墻體的抗剪強度。在設定排水管道過程中，要對墻體整體的寬度進行擴展施工，以增加排水的范圍，具體如公式（1）所示。

（1）

式中，D——墻體改進排水寬度；——抗剪強度；U——間距；W——管道數量；β——獨立寬度；ε——管道長度。結合當前測定，完成對擋土墻排水管與背部平整處理。

2.2 增加扶壁和閘門

由于擋土墻背部石塊經過風沙侵蝕后裸露在外，加上外部環境的后續影響，容易受到溜砂沖毀破壞。需要增加扶壁和閘門進行加固，以提升墻體的穩定性，同時，也保證各個點位受力均勻。通過覆水泥漿實現澆灌處理，進行泥漿配比的計算，具體如公式（2）所示。

（2）

式中，P——泥漿配比；Q——混凝土總量；χ——澆灌處理范圍；m——初始受力區域；n——實際受力區域；——堆疊位置，結合得出的泥漿配比，進行施工材料的調制。覆水泥處理后，增加擋土墻的主動土壓力，縮小擋墻與填土面之間的縫隙，使整個墻體更為平滑，摩擦力減小，實現平整受力[5]。在擋土墻的外側設定扶壁，形成更穩定的墻體支撐桿，減輕整體壓力，延長使用年限，結構如圖2所示。

為了防止擋土墻出現塌陷或者下沉等問題，需要進行基礎穩定指標與參數的設定，公路沿河擋土墻穩定施工指標與參數采集信息如表1所示。

結合表1，實現對公路沿河擋土墻穩定施工指標與參數的采集分析，基于當前數據對擋土墻撓度進行測定，得出扶壁4個支撐點的受力情況。在此基礎上，還應設置閘門，如圖3所示。

結合圖3，對擋土墻閘門加固結構的設計，通過對扶壁外側的穩定，在墻體內部的孔隙中增設鋼制閘門，提升了整體結構的耐磨、耐腐蝕度。擋土墻的高度應與河岸的高度相匹配，以便穩固地支撐土壤并承受來自水流的沖擊，擋土墻的底部應埋入土中，以增加其穩定性和抗沖刷能力，擋土墻的表面還應進行適當加固和保護。為了防止水流對擋土墻的沖刷，可以在擋土墻的表面設置一層保護層，例如排水板、防滲膜以及在擋土墻的上方設置草坪或植被等，還可以通過設置排水系統來減少水流對擋土墻的沖擊，例如設置排水溝、排水管等，將來自附近山體、河流和降雨的水流導入其他地方，減少水流對擋土墻的沖擊力和侵蝕力，提高擋土墻的抗沖刷能力。

2.3 擋土墻局域受力與抗傾覆穩定性計算

沿河擋土墻現場基層承載力的測定一般選用動力觸探儀進行測定，動力觸探儀分輕型、中型和重型三種，其落距分別為50 cm、60 cm、75 cm，設備重錘質量分別是10 kg、28 kg、63.5 kg[6]。對沿河擋土墻土進行壓力計算，如公式（3）所示。

（3）

式中，E——土壓力；r——受力范圍；t——基礎應力；y——荷載值；φ——局域受力節點。基于各個位置的土壓力變化，分析應力的大小和分布對擋土墻的穩定性進行比對驗證，計算單節點受力值，如公式（4）所示。

（4）

式中，T——單節點受力值；θ——應力分布大小；δ1、δ2——局域受力范圍和總受力范圍；i——平衡系數；η——滑動次數。測定各個節點的受力值是否處于穩定范圍，當擋土墻受到側向荷載作用時，可能會發生傾覆等嚴重事故。因此，在設計中要對擋土墻的抗傾覆穩定性進行測算分析，確保滿足工程要求。計算出擋土墻的偏心距，具體如公式（5）所示：

O=ι?λ×N+π （5）

式中，O——擋土墻的偏心距；ι——承載力；λ——豎向力；N——墻趾點；π——底面寬度。根據偏心距的變化測定出當前墻體的傾覆情況，可以確定擋土墻的抗傾覆能力，為工程安全提供有力保障。

2.4 定點保定及施工核驗實現優化處理

擋土墻的穩定是工程安全的關鍵，其中，定點保定和施工核驗是兩個重要的優化處理方法。定點保定是指在擋土墻的設計和施工過程中，確定關鍵的支撐點和固定點，它們是保證擋土墻穩定的關鍵，可以有效地分散外部荷載，其荷載值的計算如公式（6）所示：

（6）

式中，B——承載外部荷載值；f——擋土墻面積；r——支撐受力面積；L——支撐點數量。結合得出的承載外部荷載值，對各個穩定位置進行標定，通過合理的定點保定設計，顯著提高了擋土墻的穩定性[7]。

3 實例論證分析

3.1 縣鄉公路沿河擋土墻實驗環境設定

主要針對縣鄉公路沿河擋土墻穩定性優化設計的實際應用效果進行分析與驗證研究，選定貴州省黔東南州某縣鄉公路沿河擋土墻作為測試對象，該路段擋土墻工程區具有地質較為平緩、山體多為泥巖、砂巖等特點，中間位置的溝段發育不明顯，結構如圖4所示。

結合圖4，由于該擋土墻修建年限較長和外部環境影響，導致當前擋土墻狀態不穩定，阻擋能力明顯下降，應用效果不佳。為解決這一問題，針對沿河擋土墻存在的問題及缺陷進行穩定性分析并進行實驗環境搭建。在沿河的擋土墻附近設置邊緣界限，部署對應的識別檢測節點和節點間的搭接，形成循環性的檢測環境，再對位移檢測儀指標與參數進行設置，如表2所示。

3.2 實例施工結果分析

結合上述測定，選定貴州省黔東南州某縣鄉公路上的4個路段對擋土墻進行滲水測定和后期驗證，對擋土墻防水滲透比進行比對分析，如表3所示。

基于此，在擋土墻上隨機選定6個測試點位，分2階段測試，測量出最大的位移量，具體如表4所示。

結合表4，對測試結果分析得知，針對隨機選定的6個測試點位，經過兩個階段的測試，得出的滲透比在8.5以下，最大位移量被控制在0.5 m以下，說明所設計的縣鄉公路沿河擋土墻穩定性的優化設計方法更加靈活，穩定性和安全性更強，具有較高的實用價值。

4 結語

綜上所述，對縣鄉公路沿河擋土墻穩定性的優化進行了設計與策略分析，優化設計方法綜合考慮了水流沖刷、地基變形等多種因素對擋土墻穩定性的影響，通過采用有限元分析方法，從多個角度完善優化了擋土墻的穩定性分析與驗證，還精準標定出擋土墻的支撐點位，根據工程實際做出了相應調整和優化，大幅提高了沿河擋土墻的穩固性，為沿河的縣鄉公路的安全通行提供了堅實保障。

參考文獻

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