擋土墻在山區(qū)公路中的應(yīng)用

擋土墻在山區(qū)公路中的應(yīng)用

林木路（省道市政公路橋）汝河大橋至付店段的改造工作始于汝陽(yáng)區(qū)汝河大橋大橋以北（林木路西側(cè)k21.260）。途經(jīng)城關(guān)、下竹林、下店、新華、上店、江莊、西葛、18盤、混亂石盤、八盤、巴溝坪、斜河、馬廟、付店，終點(diǎn)為付店市（k6.000），全長(zhǎng)33.965公里（比原里程短6.1公里）。由于本工程位于洛陽(yáng)南部深山區(qū)，局部填、挖地段為了減少土石方工程量和占地面積，防止水流沖刷路基以及大填大挖破壞自然環(huán)境而設(shè)置了多種形式的擋土墻。主要采用了俯斜式路肩墻、仰斜式路肩墻、俯斜式路堤墻、俯斜式路肩墻、衡重式路肩墻、加筋土擋墻共計(jì)15處/1015m。1擋土墻的分類及選用公路擋土墻是用來(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；按所處路基橫斷面上的相應(yīng)位置，又可劃分為：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。在臨木路擋墻設(shè)計(jì)中我們根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了擋土墻的選型。主要采用了俯斜式路肩墻、仰斜式路肩墻、俯斜式路堤墻、俯斜式路肩墻、衡重式路肩墻、加筋土擋墻共計(jì)15處/1015m，本工程涵蓋擋墻形式較多，有必要對(duì)擋墻設(shè)計(jì)的一般性問(wèn)題進(jìn)行分析及總結(jié)。2支撐墻設(shè)計(jì)的基本數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)參數(shù)2.1擋墻地段構(gòu)造物擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)，必須具備以下資料：路線平、縱、橫數(shù)據(jù)，地質(zhì)資料（包括工程地質(zhì)勘察報(bào)告、工程物探報(bào)告），相應(yīng)擋墻地段構(gòu)造物一覽表等。另外，為規(guī)范成圖及方便擋土墻驗(yàn)算我們借助專用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)《HARD2000》，該軟件的擋土墻設(shè)計(jì)功能齊全，成圖美觀，具備對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)修改及擋墻驗(yàn)算功能并在我市南部山區(qū)數(shù)條公路擋土墻設(shè)計(jì)、施工中得到實(shí)施。2.2參數(shù)的選擇2.2.1背材料的物理力學(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選用：2.2.2c石砌墻背、排水不良時(shí)，為填土與墻背間的摩擦角δ應(yīng)視墻背的粗糙程度及排水條件確定。無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)可參考下列數(shù)據(jù)選用：（1）墻背光滑、排水不良時(shí)，δ=0；(2）混凝土墻身時(shí)，δ=（0～1/2）φ；（3）一般情況、排水良好時(shí)，δ=（1/2～2/3）φ；（4）臺(tái)階形的石砌墻背、排水良好時(shí)，δ=2/3φ。在臨木公路擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到當(dāng)?shù)厍闆r，設(shè)計(jì)時(shí)我們選用了δ=1/2φ2.2.3基本系數(shù)基底摩擦系數(shù)f應(yīng)依據(jù)基底粗糙程度、排水條件和土質(zhì)確定。2.2.4采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，驗(yàn)算擋墻設(shè)計(jì)的技術(shù)以前計(jì)算地基容許承載力大部分參照《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，本次我們借助專用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)《HARD2000》，根據(jù)所選參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算，這對(duì)擋墻設(shè)計(jì)極為重要，可以實(shí)事求是的計(jì)算承載力，免得亂套規(guī)范，對(duì)施工單位要求過(guò)高而不能達(dá)到。2.2.53支撐墻的準(zhǔn)備3.1分布的原則漿砌片石擋土墻取材容易，施工簡(jiǎn)便，適用范圍比較廣泛。山區(qū)公路中，石料資源較為豐富，在擋土墻高≤10米時(shí)，因地制宜，采用漿砌片石砌筑，可以較好地滿足經(jīng)濟(jì)、安全方面的要求。3.2仰斜式擋土墻根據(jù)擋土墻結(jié)構(gòu)類型及其特點(diǎn)分析，當(dāng)墻高<5時(shí)，采用重力式擋土墻，可以發(fā)揮其形式簡(jiǎn)單，施工方便的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，由于山區(qū)公路地面橫坡高差大，若采用仰斜式擋土墻，會(huì)過(guò)多增加墻高，斷面增大，造成浪費(fèi)，采用俯斜式擋土墻會(huì)比較經(jīng)濟(jì)合理。一般在路塹墻、墻趾處地面平緩的路肩墻或路堤墻等情況下，才考慮采用仰斜式擋土墻。當(dāng)墻高≥5且地基條件較好時(shí)，采用衡重式擋土墻，可以有效地減小截面，節(jié)省材料。3.3擋土墻與路堤墻的配合在挖方邊坡比較陡峭時(shí)，采用路塹擋土墻，可以降低邊坡高度，減少山坡開(kāi)挖，避免破壞山體平衡；在地質(zhì)條件不良情況下，還可以支擋可能坍滑的山坡土體。對(duì)于采用路肩擋土墻或路堤擋土墻，應(yīng)結(jié)合具體條件考慮，必要時(shí)應(yīng)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。因?yàn)槁返虛跬翂Τ惺芎奢d較大，受力條件較為不利，截面尺寸也較大，所以路堤墻與路肩墻的墻高或截面污工數(shù)量較為接近，基礎(chǔ)情況相仿時(shí)，采用路肩墻比較有利。在臨木路設(shè)計(jì)中我們因地制宜在K35+040～K35+520段左側(cè)設(shè)兩段路肩墻，主要為防止路堤邊坡侵占西局水庫(kù)庫(kù)容；在K40+480～K40+600高填方段，左右側(cè)設(shè)加筋土擋墻，其它地段也相應(yīng)采用了合適的形式。4填土及地基作用擋土墻設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)合理，關(guān)鍵是正確地計(jì)算土壓力，確定土壓力的大小、方向與分布。土壓力計(jì)算是一個(gè)十分復(fù)雜的問(wèn)題，它涉及墻身、填土與地基三者之間的共同作用。計(jì)算土壓力的理論和方法很多。由于庫(kù)倫理論概念清析，計(jì)算簡(jiǎn)單，適用范圍較廣，可適用不同墻背坡度和粗糙度、不同墻后填土表面形狀和荷載作用情況下的主動(dòng)土壓力計(jì)算，且一般情況下計(jì)算結(jié)果均能滿足工程要求，因此庫(kù)倫理論和公式是目前應(yīng)用最廣的土壓力計(jì)算方法。對(duì)于當(dāng)前計(jì)算機(jī)程序來(lái)說(shuō)，無(wú)論自己編寫的還是專業(yè)軟件都以此為基礎(chǔ)。在此，不多贅述。5墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算擋土墻的設(shè)計(jì)應(yīng)保證其在自重和外荷載作用下不發(fā)生全墻的滑動(dòng)和傾覆，并保證墻身截面有足夠的強(qiáng)度、基底應(yīng)力小于地基承載力和偏心距不超過(guò)容許值。因此在擬定墻身斷面形式及尺寸之后，應(yīng)進(jìn)行墻的穩(wěn)定及強(qiáng)度驗(yàn)算。墻身截面強(qiáng)度計(jì)算的方法有兩種：一種是采用分項(xiàng)安全系數(shù)的極限狀態(tài)法，其設(shè)計(jì)原則是：荷載效應(yīng)不利組合的設(shè)計(jì)值小于或等于結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)的設(shè)計(jì)值。另一種是總安全系數(shù)的容許應(yīng)力法。目前國(guó)內(nèi)多數(shù)應(yīng)用容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)擋土墻。容許應(yīng)力法主要要對(duì)抗滑穩(wěn)定系數(shù)Kc驗(yàn)算、抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)Ko驗(yàn)算、基底的合力偏心距e。驗(yàn)算下面是采用容許應(yīng)力法進(jìn)行擋土墻驗(yàn)算的簡(jiǎn)介。墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算及采用《HARD2000》軟件和套用規(guī)范兩斷面尺寸比較通常選取一、兩個(gè)截面進(jìn)行驗(yàn)算?！禜ARD2000》軟件可對(duì)每個(gè)均有橫斷面數(shù)據(jù)的截面進(jìn)行驗(yàn)算。墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算包括法向應(yīng)力和剪應(yīng)力的驗(yàn)算。剪應(yīng)力包括水平剪應(yīng)力和斜剪應(yīng)力兩種，重力式擋土墻只驗(yàn)算水平剪應(yīng)力，而衡重式擋土墻還需進(jìn)行斜截面剪應(yīng)力的驗(yàn)算。以下為臨木路某段重力式擋墻驗(yàn)算書：基本參數(shù)擋墻形式：重力式擋墻上墻高(m):6.0000下墻高(m):0.0000上墻仰>0(俯<0)角:16.6992下墻仰>0(俯<0)角:0.0000衡重臺(tái)寬(m):0.0000衡重臺(tái)內(nèi)側(cè)邊緣與墻體外側(cè)邊緣之距(m):0.0000擋墻底寬(m):3.1000等代土層厚(m):0.7239填土坡度:1.0000墻底坡度:0.1622填土高(m):0.0000填土容重(kN/m3):18.0000布載長(zhǎng)度(m):6.1400布載邊距(m):0.0000墻體每延米重(kN/m):350.9800路基全寬(m):12.0000墻體縱向分段長(zhǎng)度(m):9.0000墻體重心距其外側(cè)左下角的水平距離(m):1.4750荷載等級(jí):汽-20掛-100填料內(nèi)摩擦角(度):30.0000墻背與填料間的摩擦角(度):15.0000基底摩擦系數(shù):0.4000基底承載力(Kpa):200.0000主動(dòng)土壓力計(jì)算結(jié)果全墻主動(dòng)土壓力x向分量(KN)Ex=150.9061全墻主動(dòng)土壓力y向分量(KN)Ey=93.1988全墻主動(dòng)土壓力x向坐標(biāo)(m)Zx=-0.6583全墻主動(dòng)土壓力y向坐標(biāo)(m)Zy=2.1944上墻破裂角(度)a1=26.8823驗(yàn)算結(jié)果抗滑穩(wěn)定系數(shù):2.3766抗傾覆穩(wěn)定系數(shù):2.9082基底最大壓應(yīng)力:146.9965從以上計(jì)算成果可看出，該程序在保證安全的情況下可按調(diào)整各設(shè)計(jì)參數(shù)使擋墻斷面減小，以減少圬工體積，節(jié)約工程建設(shè)資金。6設(shè)計(jì)支撐墻時(shí)應(yīng)采取措施采取措施措施完成了擋土墻截面設(shè)計(jì)及穩(wěn)定、強(qiáng)度驗(yàn)算之后，必須采取必要的措施，以保證擋土墻的安全性。6.1臺(tái)階，以拓寬基底6.1.1為減少基底壓應(yīng)力，增加抗傾覆的穩(wěn)定性，在墻趾處伸出一臺(tái)階，以拓寬基底。墻趾臺(tái)階的寬度不小于20cm，臺(tái)階高寬比可采用3:2或2:1。6.1.2地基為軟弱土層時(shí)，可用砂礫、碎石、礦渣或灰土等質(zhì)量較好的材料換填，以擴(kuò)散基底壓應(yīng)力，滿足設(shè)計(jì)要求。6.2反濾層的設(shè)置對(duì)于砌石擋土墻，瀉水孔按梅花型布置，泄水孔采用10×10cm的方孔或圓孔間距為3m，上下錯(cuò)列設(shè)置；瀉水孔后設(shè)置反濾層。最下一層瀉水孔應(yīng)高出地面或常水位30cm。泄水孔進(jìn)水口應(yīng)設(shè)置反濾材料。6.3工體裂縫成因?yàn)楸苊獾鼗痪鶆虺两狄饓ι黹_(kāi)裂，需按墻高和地基性質(zhì)的變化，設(shè)置沉降縫，同時(shí)，為了減少圬工砌體因收縮硬化和溫度化作用而產(chǎn)生裂縫，需設(shè)置伸縮縫。擋土墻的沉降縫和伸縮縫設(shè)置在一起，每隔10～15m設(shè)置一道，沉降縫寬2cm，中間填浸瀝青板，外側(cè)20cm填塞瀝青麻筋。6.4錨固鋼筋設(shè)置對(duì)于路肩墻，其墻頂面護(hù)墻尺寸為：200×40×60(cm），擋土墻頂預(yù)埋墻式護(hù)欄錨固鋼筋Φ28，每根鋼筋長(zhǎng)90cm,鋼筋錯(cuò)列設(shè)置，間距30cm,插入墻身50cm。每個(gè)墻式護(hù)欄設(shè)7根鉚固鋼筋。墻式護(hù)欄外涂紅白相間的條紋標(biāo)識(shí)。7塊石的選擇與整地7.1石料須經(jīng)過(guò)挑選，質(zhì)地均勻，無(wú)裂縫，未風(fēng)化，石料的抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于30MPa，所用片石厚度不應(yīng)小于15cm（禁用卵形和薄片），用作鑲面的片石應(yīng)選擇表面較平整、尺寸較大者，并應(yīng)稍加修整。所用塊石形狀大致方正，上下面大致平整，厚度20～30cm，寬度約為厚度的1.0～1.5倍，長(zhǎng)度約為厚度的1.5～3.0倍（若有峰楞銳角，應(yīng)予敲除）。塊石用作鑲面時(shí)，應(yīng)有外露面四周向內(nèi)稍加修鑿；后部可不修鑿；但應(yīng)略小于修鑿部分。8該項(xiàng)目的體驗(yàn)8.1填料擋土墻設(shè)計(jì)參數(shù)的選取因用于計(jì)算主動(dòng)土壓力的庫(kù)倫理論較適用于砂性土，而對(duì)于粘性土的壓力計(jì)算會(huì)存在一定的誤差，所以對(duì)于以粘性土做填料的擋土墻計(jì)算，設(shè)計(jì)參數(shù)如填料的內(nèi)摩擦角等的取值應(yīng)相對(duì)保守。由于庫(kù)倫理論是一種簡(jiǎn)化的土壓力計(jì)算方法，所以對(duì)于以砂性土做填料的擋土墻，設(shè)計(jì)參數(shù)也應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況取相對(duì)保守值。8.2系數(shù)選擇在本次設(shè)計(jì)中我們對(duì)墻高≥10m的擋土墻，設(shè)計(jì)時(shí)將安全系數(shù)提高20%，以保證其安全性。8.3擋土墻體設(shè)計(jì)出于美觀和施工方便的考慮，一段擋土墻通常都采用一個(gè)墻面坡。對(duì)于山區(qū)公路擋土墻，采用較陡的墻面坡，可有效減小墻高，節(jié)省材料。臨木路設(shè)計(jì)時(shí)，重力式擋土墻（俯傾式）、衡重式擋土墻墻面坡取1:0.05或?yàn)橹逼?，仰斜式擋土墻的墻面坡?:0.25，均能滿足設(shè)計(jì)要求。8.4衡重式路肩擋土墻頂寬度隨墻高的變化仰斜式擋土墻的墻背坡一般不超過(guò)1:0.3。俯斜式擋土墻的墻背坡一般取1:0.25，隨著墻高增加，墻頂寬度相應(yīng)增大。對(duì)于衡重式路肩擋土墻，當(dāng)墻高≤8m時(shí)，上墻背坡取1:0.25，墻高>8m而≤10m時(shí)，上墻背坡取1:0.3；下墻背坡取1:0.25。若為路堤墻，則上墻背坡應(yīng)相應(yīng)加大。8.5穩(wěn)定性驗(yàn)算的注意公式對(duì)于俯斜式擋土墻，由于所受土壓力較大，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意其穩(wěn)定和抗傾覆的