山區(qū)公路擋土墻設(shè)計(jì)

山區(qū)公路擋土墻設(shè)計(jì)淺析簡(jiǎn)介：擋土墻是公路工程中廣泛采用的一種構(gòu)造物，特別在山區(qū)公路中，應(yīng)用更為廣泛。本文主要介紹采用容許應(yīng)力法進(jìn)行擋土墻設(shè)計(jì)的情況，分析山區(qū)公路擋土墻設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問(wèn)題，并提出了較為合理可行的建議與措施。關(guān)鍵字：山區(qū)公路擋土墻設(shè)計(jì)土壓力庫(kù)倫理論穩(wěn)定截面強(qiáng)度措施1前言公路擋土墻是用來(lái)支承路基填土或山坡土體，防止填土或土體變形失穩(wěn)的一種構(gòu)造物。在路基工程中，擋土墻可用以穩(wěn)定路堤和路塹邊坡，減少土石方工程量和占地面積，防止水流沖刷路基，并經(jīng)常用于整治坍方、滑坡等路基病害。擋土墻的形式多種多樣，按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為：石砌重力式、石砌衡重式、加筋土輕型式、砼半重力式、鋼筋砼懸臂式和扶壁式、柱板式、錨桿式、錨定板式及垛式等類型；按其中路基橫斷面上的位置，又可分：路肩墻、路堤墻及路塹墻；按所處的環(huán)境條件，又可分為：一般地區(qū)擋墻、浸水地區(qū)擋土墻及地震地區(qū)擋土墻?？紤]擋土墻設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)與其他工程方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，分析其技術(shù)的可行性、可靠性及經(jīng)濟(jì)的合理性，然后才確定設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行擋土墻的選型。在山區(qū)公路中，由于地形條件更為復(fù)雜，地勢(shì)更為陡峭，因此，擋土墻的應(yīng)用更為廣泛。近幾年來(lái)，筆者參加了二十多段、共三百多公里的山區(qū)公路（二、三級(jí)）的設(shè)計(jì)，主要負(fù)責(zé)路基防護(hù)工程，特別是擋土墻的設(shè)計(jì)，對(duì)山區(qū)公路擋土墻的設(shè)計(jì)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)，在此提出，僅供同類工程設(shè)計(jì)時(shí)參考。2擋土墻設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)資料及設(shè)計(jì)參數(shù)2.1基礎(chǔ)資料擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)，必須具備以下資料：路線平面圖、縱斷面圖、橫斷面圖，地質(zhì)資料（包括工程地質(zhì)勘察報(bào)告、工程物探報(bào)告），地震勘探報(bào)告，水文資料，總體設(shè)計(jì)資料及構(gòu)造物一覽表等。2.2設(shè)計(jì)參數(shù)的選取2.2.1墻背填料的物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)于山嶺重丘二、三級(jí)公路的擋土墻設(shè)計(jì)，當(dāng)缺乏試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，填料的計(jì)算內(nèi)摩擦角及容重可參照表1及表2選用：表1填料內(nèi)摩擦角ψ參考值于土的種類粗塊石億大卵石、碎石黎類土塵小卵石、礫石粘、粗砂、石屑垮中、細(xì)砂、砂壁質(zhì)土毒粉砂輕粘土嫂內(nèi)摩擦角準(zhǔn)（豐°方）鵝45蛋40憑35蝶30巡26糖14-21表2填料標(biāo)準(zhǔn)容重沈土的種類喘礫石、碎石、臨礫質(zhì)土杏砂、砂質(zhì)土歇粉土、粘性土域（酒ω銳l<50旺%占）討石灰土遭（石紐灰系10頑%株）紫粉煤灰恒容重領(lǐng)（苗KN/m少3孔）飽20涂19禾18疏18衣15墻背摩擦角填土與墻背間的摩擦角δ應(yīng)根據(jù)墻背的粗糙程度及排水條件確定。山區(qū)公路中，對(duì)于漿砌片石墻體、排水條件良好，均可采用δ=ψ/2。基底摩擦系數(shù)基底摩擦系數(shù)μ應(yīng)依據(jù)基底粗糙程度、排水條件和土質(zhì)確定。地基容許承載力地基容許承載力可按照《公路設(shè)計(jì)手冊(cè)·路基》及有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定選取。建筑材料的容重根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定選取。砌體的容許應(yīng)力和設(shè)計(jì)強(qiáng)度根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定選取。砼的容許應(yīng)力和設(shè)計(jì)強(qiáng)度根據(jù)有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定選取。避3遵鼓擋土墻的選型冷3.1旅蔑材料選擇王漿砌片石擋土波墻取材容易，護(hù)施工簡(jiǎn)便，適連用范圍比較廣擦泛。山區(qū)公路尼中，石料資源鹿較為豐富，在貞擋土墻彈高界≤汪1砍0葵米細(xì)時(shí)，因地制宜括，采用漿砌片爪石砌筑，可以信較好地滿足經(jīng)霜濟(jì)、安全方面蓋的要求。袋3.2毯攜截面形式選擇燭根據(jù)擋土墻結(jié)訴構(gòu)類型及其特閃點(diǎn)分析，當(dāng)墻開(kāi)高嘗＜雄5韻時(shí)，采用重力埋式擋土墻，可漁以發(fā)揮其形式稱簡(jiǎn)單，施工方紋便的優(yōu)勢(shì)。同弦時(shí)，由于山區(qū)奴公路地面橫坡鈔比較陡峭，若父采用仰斜式擋個(gè)土墻，會(huì)過(guò)多誓增加墻高，斷會(huì)面增大，造成脅浪費(fèi)，采用俯營(yíng)斜式擋土墻會(huì)貸比較經(jīng)濟(jì)合理修。一般在路塹嫌墻、墻趾處地精面平緩的路肩天墻或路堤墻等忙情況下，才考務(wù)慮采用仰斜式拍擋土墻。當(dāng)墻專高墾≥屑5在且地基條件較言好時(shí)，采用衡疫重式擋土墻，夜可以有效地減纖小截面，節(jié)省矮材料。煩3.3遷鍛位置選擇擇在挖方邊坡比暮較陡峭時(shí)，采欲用路塹擋土墻莖，可以降低邊月坡高度，減少失山坡開(kāi)挖，避誘免破壞山體平化衡；在地質(zhì)條幫件不良情況下榮，還可以支擋旋可能坍滑的山賞坡土體。編對(duì)于采用路肩犧擋土墻或路堤濕擋土墻，應(yīng)結(jié)干合具體條件考做慮，必要時(shí)應(yīng)紛作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比妹較。因?yàn)槁返堂跬翂Τ惺芎珊谳d較大，受力引條件較為不利舒，截面尺寸也搏較大，所以錄淚路堤墻與路肩璃墻的墻高或截伏面污工數(shù)量較盟為接近，基礎(chǔ)鍋情況相仿時(shí)，剖采用路肩墻比牽較有利。剪4恒捐土壓力的計(jì)算輩擋土墻設(shè)計(jì)的棗經(jīng)濟(jì)合理，關(guān)路鍵是正確地計(jì)鴿算土壓力，確貢定土壓力的大四小、方向與分道布。土壓力計(jì)湊算是一個(gè)十分川復(fù)雜的問(wèn)題，干它涉及墻身、端填土與地基三鹿者之間的共同痛作用。計(jì)算土際壓力的理論和度方法很多。由粒于庫(kù)倫理論概成念清析，計(jì)算蘆簡(jiǎn)單，適用范貢圍較廣，可適尊用不同墻背坡勢(shì)度和粗糙度、蠶不同墻后填土悟表面形狀和荷鄉(xiāng)載作用情況下冷的主動(dòng)土壓力位計(jì)算，且一般析情況下計(jì)算結(jié)素果均能滿足工指程要求，因此特庫(kù)倫理論和公盈式是目前應(yīng)用各最廣的土壓力僑計(jì)算方法。屋4.1抹皺庫(kù)倫主動(dòng)土壓余力計(jì)算公式及欲計(jì)算簡(jiǎn)圖遍主動(dòng)土壓力計(jì)面算公式：惑像E穗α禁=1/噴2棍γ葡H壘2亮Ka螞式中離：抖E狡α—妥—它主動(dòng)土壓驚力蕉(KN維)飽，拿γ—稀—架土的容重汪（提KN/m別3積）張，騾H漁—因—巡擋土墻豈高蝶(m)鄰逼，預(yù)K言a配—摘—桐庫(kù)倫主動(dòng)土壓耕力系數(shù)曉。散表當(dāng)盈《公路設(shè)計(jì)手乏冊(cè)串·章路基》中，以犁庫(kù)倫理論為基晌礎(chǔ)，按墻后填怒土表面的形狀連和車輛荷載分資布情況的不同慕，推導(dǎo)出各種更情況下的主動(dòng)計(jì)土壓力計(jì)算公議式，設(shè)計(jì)時(shí)可盼根據(jù)實(shí)際情況唉查表計(jì)算。觀4.2抱肥第二破裂面土叫壓力的計(jì)算書(shū)在擋土墻設(shè)計(jì)脫中，當(dāng)墻背或狠假想墻背的傾盜角隱α庭1起或類α’資1回大于第二破裂講面的傾漂角殖α墳i巨，或作用于墻依背或假想墻背阻的土壓力對(duì)墻奏背法線的傾撤角賞δ劈’蕩小于或等于墻軟背摩擦丘角授δ拳時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)革第二破裂面，所這種情況下，濕應(yīng)按破裂面出稠現(xiàn)的位置來(lái)求萄算土壓力。卡對(duì)于一般常用者的俯仰式擋土奉墻，不會(huì)出現(xiàn)棋第二破裂面，便對(duì)于衡重臺(tái)較怖寬的衡重式擋阻土墻，則較易凳出現(xiàn)第二破裂后面。各種邊界寫(xiě)條件的第二破辟裂面主動(dòng)土壓歉力計(jì)算公式詳刮見(jiàn)《公路設(shè)計(jì)嗽手務(wù)冊(cè)俱·暢路基》。蕉因此設(shè)計(jì)過(guò)程傻中，應(yīng)先采用敲試算的方法，稍判別第一破裂忍面出現(xiàn)的位置縣，計(jì)算破裂角室，并根據(jù)計(jì)算丸所得的第二破朋裂面傾角判斷曉是否會(huì)出現(xiàn)第礙二破裂面，然甚后再選用合適伴的公式計(jì)算主酷動(dòng)土壓力。各5秧兔擋土墻的穩(wěn)定射驗(yàn)算及強(qiáng)度驗(yàn)挨算悲擋土墻的設(shè)計(jì)臉應(yīng)保證其在自攀重和外荷載作庫(kù)用下不發(fā)生全色墻的滑動(dòng)和傾印覆，并保證墻脂身截面有足夠揚(yáng)的強(qiáng)度、基底所應(yīng)力小于地基生承載力和偏心杜距不超過(guò)容許隆值。因此在擬收定墻身斷面形庫(kù)式及尺寸之后吵，應(yīng)進(jìn)行墻的傍穩(wěn)定及強(qiáng)度驗(yàn)掉算。擋墻的驗(yàn)陣算方法有二種每：一種是采用淘分項(xiàng)安全系數(shù)早的極限狀態(tài)法望，另一種是總鼠安全系數(shù)的容顫許應(yīng)力法。目息前國(guó)內(nèi)多數(shù)應(yīng)皮用容許應(yīng)力法揚(yáng)設(shè)計(jì)擋土墻。政下面是采用容熄許應(yīng)力法進(jìn)行餃擋土墻驗(yàn)算的嫂簡(jiǎn)介。劃5.1兆穴滑動(dòng)穩(wěn)定驗(yàn)算鳥(niǎo)擋土墻沿基底賠的滑動(dòng)穩(wěn)定系場(chǎng)數(shù)飾K衡c慣應(yīng)不小勢(shì)于臘1.壁3絞。計(jì)算公式為冒：碼Kc=取協(xié)（紀(jì)W+E庸y院）絕f/Ex廢式中榆：石W赴—竊—撲擋土墻自重，支衡重式時(shí)，包挨括衡重臺(tái)上的僵土寒重棋(KN拼)踢，降E溉x動(dòng)，斜E幼y熱—?dú)狻分鲃?dòng)土壓力的延水平和垂直分干力奇（漏K友N筑）程，存f緒—熊—搖基底摩擦系數(shù)設(shè)。狗設(shè)計(jì)中，為增皺加擋土墻的抗策滑穩(wěn)定性，常啟將基底做成向勺內(nèi)傾斜，以增朵大滑動(dòng)穩(wěn)定系駕數(shù)?；仔逼乱破露纫话悴怀?yáng)過(guò)玩1:摔5揮。以5.2攤毅傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算跌擋土墻繞墻趾半的傾覆穩(wěn)定系龍數(shù)梁K服o謹(jǐn)應(yīng)不小初于另1.夕5奏。計(jì)算公式為瞧：顆Ko位=耳（俗WZw+Ey綿Z夾x龜）修/鈔（淡ExZ棚y盈）幅式中浪：籮Z加x脫—鑰—貍E店y土對(duì)墻餃趾斜O(jiān)端點(diǎn)的力暢臂纖(m針)岸，責(zé)Z銳y皂—股—愚E榨x叢對(duì)墻來(lái)趾后O隊(duì)點(diǎn)的力重臂撈(m辮)線，必Z申w顏—得—耀W挪對(duì)墻嗎趾槳O賓點(diǎn)的力宜臂讀(m菜)川。往5.3扇奧基底應(yīng)力及偏游心驗(yàn)算稼基底的合力偏城心妥距鹽e悶。計(jì)算公式為功：屯e=B/2-購(gòu)Zn=B/2賞-那（硬WZw+Ey擔(dān)Zx-ExZ擺y肉）狀/奧（他W+E就y專）器在土質(zhì)地基上榨，熄e推≤舊B/困6駕；在軟弱巖石曉地基上振，牛e發(fā)≤項(xiàng)B/玩5文；在不易風(fēng)化范的巖石地基上口，漆e烈≤姑B/轎4典。噴當(dāng)歇e柜≤旺B/恐6嘉時(shí)，墻趾和墻掘踵處的法向壓盛應(yīng)力為：孟σ院1,2累=棋（磨W肥+崖Ey靜）訓(xùn)（低1±6槳e菜/資B棕）忍/硬B省≤個(gè)[威σ?jiàn)A]劇式中桐，子[度σ嫁]害引——甚地基土修正后蒜的容許承載力狠（唯KPa術(shù)）燥[打σ智]=娘[氏σ朋o鐵]+閱K災(zāi)1森γ撈1穴（磨B色-估2柿）校式中鉆，誼[鐮σ資o問(wèn)]厘抵—砍—棒地基土的容許作承載力鼻（批KP暖a泳）洽，浙K煙1夏勻—通—鞏地基土容許承置載力隨基礎(chǔ)寬烘度的修正系數(shù)獵，井γ年1橫駕—鴿—甚地基土的天然椒容重粉（喇KN/m遮3尿）。塔當(dāng)拳e>B/文6祝時(shí)，基底出現(xiàn)震拉應(yīng)力，考慮歷到一般情況下婆地基與基礎(chǔ)間派不能承受拉力久，故不計(jì)拉力愈而按應(yīng)力重分漫布計(jì)算基底最坑大拉應(yīng)力：它σ伯1調(diào)=閣2偶（桂W隊(duì)+腥Ey藥）寶/3伐Zn只≤籍[鏟σ炭]堂若出現(xiàn)負(fù)偏心召，則上式胡的恰Z狂n磨改為族（命B-Z薪n鋼）。命5.4確臺(tái)墻身截面強(qiáng)度效驗(yàn)算罵通常選取一、處兩個(gè)截面進(jìn)行耐驗(yàn)算。驗(yàn)算截乘面可選在基礎(chǔ)糖底面弓、筆1/照2誰(shuí)墻高處或上下顆墻交界處等。血墻身截面強(qiáng)度懶驗(yàn)算包括法向?qū)m應(yīng)力和剪應(yīng)力站的驗(yàn)算。剪應(yīng)卵力包括水平剪礦應(yīng)力和斜剪應(yīng)圖力兩種，重力均式擋土墻只驗(yàn)疲算水平剪應(yīng)力類，而衡重式擋做土墻還需進(jìn)行走斜截面剪應(yīng)力挨的驗(yàn)算。重6課現(xiàn)采取措施誰(shuí)完成了擋土墻即截面設(shè)計(jì)及穩(wěn)親定、強(qiáng)度驗(yàn)算爸之后，必須采籌取必要的措施體，以保證擋土撐墻的安全性。模6.1邪胖基礎(chǔ)加固措施俊慢竄同為減少基底壓謝應(yīng)力，增加抗訴傾覆的穩(wěn)定性板，在墻趾處伸糧出一臺(tái)階，以傲拓寬基底。墻廣趾臺(tái)階的寬度嬌不小于斑20cm延，臺(tái)階高寬比滾可采鄙用天3:段2序或浩2:靜1屢。脹戒說(shuō)床地基為軟弱土稼層時(shí)，可用砂敏礫、碎石、礦獲渣或灰土等質(zhì)腎量較好的材料止換填，以擴(kuò)散音基底壓應(yīng)力，增滿足設(shè)計(jì)要求絨。查6.2憑鴿排水措施壓對(duì)于漿砌石擋箱土墻，應(yīng)在墻汪前地面以上設(shè)怖置一排泄水孔婦。墻較高時(shí)，諒可在墻上部加親設(shè)泄水孔。泄柄水孔采聲用從10×臂10cm括的方孔或圓孔辣，孔眼間賽距謹(jǐn)2~喬3皂米永，上下排泄水瘡孔錯(cuò)開(kāi)設(shè)置。曲泄水孔進(jìn)水口鷹應(yīng)設(shè)置反濾材蘿料。喬6.3挺尖沉降縫與伸縮郵縫的設(shè)置瞎為避免地基不卡均勻沉降引起才墻身開(kāi)裂，需淡按墻高和地基絨性質(zhì)的變異，貸設(shè)置沉降縫，丘同時(shí)，為了減紋少圬工砌體因江收縮硬化和溫覺(jué)度化作用而產(chǎn)不生裂縫，需設(shè)臘置伸縮縫。擋商土墻的沉降縫劇和伸縮縫設(shè)置礎(chǔ)在一起，每墻隔饑10~真15m爪設(shè)置一道，縫炕寬還2~普3cm頂，自墻頂做至干基底，縫內(nèi)宜緣用瀝青麻絮、錢瀝青竹絨或涂罪以瀝青的木板親等具有彈性的白材料，沿墻的拿內(nèi)、外、頂三壟側(cè)填塞，填塞攻深度不小于錦15cm察。顧6.4掘島墻頂與路面的勢(shì)銜接轟當(dāng)墻頂寬大于疫土路肩寬度時(shí)錢，擋土墻侵入倒土路肩部分應(yīng)舟預(yù)留出相當(dāng)于臨路面結(jié)構(gòu)厚度虎部分以鋪筑路雞面。遭6.5矮各車輛安全行駛侍保障措施葵對(duì)于路肩墻，垮其墻頂面以下鍋50cm宅采孔用纖C2罰0摸砼澆筑，并預(yù)李埋鋼筋，在其同上設(shè)置防撞欄費(fèi)或防撞墻。公7采駛材料要求機(jī)7.1?？缡享毥?jīng)過(guò)挑圍選，質(zhì)地均勻魔，無(wú)裂縫，不匯易風(fēng)化。攻7.2絲很石料的抗壓強(qiáng)考度應(yīng)不低壘于晴30MP贏a暢。牛7.3埋霧盡量采用較大硬的石料砌筑，促塊石應(yīng)大致方壩正，其厚度不動(dòng)小于豎15cm聲，寬度和長(zhǎng)度插相應(yīng)為厚度曉的乞1.5~2.荷0壽倍死和傅1.5~3.設(shè)0勝倍。旺7.4絕繪采謊用何7.倆5立號(hào)砂漿砌筑帝，俊1起0棚號(hào)砂漿勾縫。燃8餡難設(shè)計(jì)體會(huì)秩8.1排謠設(shè)計(jì)參數(shù)的選另取置因用于計(jì)算主抽動(dòng)土壓力的庫(kù)白倫理論較適用螺于砂性土，而犁對(duì)于粘性土的退壓力計(jì)算會(huì)存停在一定的誤差只，所以對(duì)于以螺粘性土做填料穩(wěn)的擋土墻計(jì)算媽，設(shè)計(jì)參數(shù)如墓填料的內(nèi)摩擦慕角等的取值應(yīng)晶相對(duì)保守。由法于庫(kù)倫理論是王一種簡(jiǎn)化的土芳?jí)毫τ?jì)算方法須，所以對(duì)于以長(zhǎng)砂性土做填料賭的擋土墻，設(shè)卻計(jì)參數(shù)也應(yīng)根旁據(jù)實(shí)際情況取徐相對(duì)保守值。圍8.2拼叉安全系數(shù)的選茫取洪對(duì)墻懶高筑≥膀6m園的擋土墻，實(shí)各際設(shè)計(jì)時(shí)建議堡將安全系數(shù)提例高少20拜%重，以保證其安叢全性。甲8.3災(zāi)籍墻面坡的選取化出于美觀和施宮工方便的考慮維，一段擋土墻榨通常都采用一首個(gè)墻面坡。對(duì)而于山區(qū)公路擋但土墻，采用較殊陡的墻面坡，棵可有效減小墻攪高，節(jié)省材料替。一般情況下陳，重力式擋土施墻（俯傾式）檢、衡重式擋土權(quán)墻墻面坡恒取伯1:0.0益5黃，仰斜式擋土駕墻的墻面坡呢取堂1:0.2窩5砍，均能滿足設(shè)們計(jì)要求。尺8.4域不墻背坡的選取積仰斜式擋土墻寶的墻背坡一般蘆不超及過(guò)械1:0.符3女，具體結(jié)合開(kāi)著挖的臨時(shí)邊坡狂選取。助俯斜式擋土墻貸的墻背坡一般蘆取緞1:0.淺2集，隨著墻高增叼加，墻頂寬度攏相應(yīng)增大。任對(duì)于衡重式路軟肩擋土墻，當(dāng)滅墻狡高虧≤憐8m疤時(shí)，上墻背坡施取憑1:0.2逢5慚，墻高＞林8m宵而即≤堂10m多時(shí)，上墻背坡姥取伏1:0.蓋3漫；下墻背坡陰取長(zhǎng)1:0.2向5譜。若為路堤墻浩