衡重式超高擋土墻在山區(qū)公路中的應(yīng)用

何蛟　羅勁松

摘要：文章通過(guò)一個(gè)衡重式超高擋土墻施工實(shí)例，闡述了衡重式超高擋土墻在山區(qū)公路中的應(yīng)用，其中包括了衡重式超高擋土墻的適用范圍、支擋原理、尺寸擬定、穩(wěn)定驗(yàn)算、施工要點(diǎn)等內(nèi)容，為衡重式超高擋土墻在山區(qū)公路中的應(yīng)用與推廣提供參考經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：衡重式;超高擋土墻;山區(qū)公路

中國(guó)分類號(hào)：U417.1+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

我國(guó)山區(qū)地域廣闊，山區(qū)公路在交通路網(wǎng)中扮演著重要的角色，為山區(qū)的交通建設(shè)做出了極大貢獻(xiàn)。山區(qū)公路由于地勢(shì)險(xiǎn)峻、工程造價(jià)、技術(shù)水平等諸多因素限制，很多臨溝臨崖路段均需設(shè)置擋墻支護(hù)工程。衡重式擋土墻作為支擋工程中的一種，在山區(qū)公路的支護(hù)工程中發(fā)揮著重要的作用。當(dāng)溝崖較深時(shí)可適當(dāng)設(shè)置衡重式超高擋土墻，在滿足支護(hù)安全的同時(shí)，達(dá)到就地取材、控制造價(jià)、施工簡(jiǎn)便等效果。本文將通過(guò)一個(gè)衡重式超高擋土墻施工實(shí)例，詳細(xì)地闡述衡重式超高擋土墻在山區(qū)公路中的具體應(yīng)用，為山區(qū)公路中超高擋土墻的建設(shè)提供一些參考經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

廣西壯族自治區(qū)某山區(qū)公路路段，公路等級(jí)為四級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度為20 km/h，汽車荷載為公路—Ⅱ級(jí)，路基全寬6.5 m，路面全寬6 m。項(xiàng)目路線經(jīng)過(guò)區(qū)域地勢(shì)陡峻，地形變化較大。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中發(fā)現(xiàn)某路段路基出現(xiàn)坍塌，導(dǎo)致其右側(cè)路基寬度不足，無(wú)法填筑路基，需在該路段增設(shè)擋墻支護(hù)工程。該路段溝底至路基頂面高差約20 m，路基下邊坡地質(zhì)情況主要為堆積侵蝕地貌，上部為殘破積黏土層，厚度為0.5～1.5 m，土黃色～褐色，含少量碎石顆粒，下伏基巖為泥質(zhì)粉砂巖、砂巖，開挖邊坡基巖風(fēng)化嚴(yán)重，節(jié)理發(fā)育較為破碎并伴有順層。下伏基巖的端土極限承載力δR為1 200 kPa，容許承載力σ0為650 kPa。

2 衡重式超高擋土墻的選用

路基支護(hù)工程中，重力式擋土墻、衡重式擋土墻、扶壁式擋土墻、加筋土擋土墻等都是比較常用的支擋形式，但各自有各自的特點(diǎn)與適用條件。對(duì)于擋土高度≤5 m的路基擋墻，一般采用重力式擋墻;當(dāng)擋土高度>5 m時(shí)，可采用衡重式擋土墻;扶壁式擋土墻可進(jìn)一步提高擋墻砌筑高度，但擋墻底板必須有足夠的寬度，特別是在前齒部位;加筋土擋土墻是一種能適應(yīng)軟土地基砌筑高擋墻的支擋結(jié)構(gòu)。從本項(xiàng)目的工程實(shí)際出發(fā)，重力式擋土墻支擋高度較低，扶壁式擋土墻與加筋土擋土墻造價(jià)較高，工藝較復(fù)雜，故本路段對(duì)支擋結(jié)構(gòu)高度、工程造價(jià)、施工工藝等多因素綜合考慮后，決定采用衡重式擋土墻。

衡重式擋土墻的支擋原理是利用衡重平臺(tái)上的填土重量，迫使墻身整體重心后移，使基底應(yīng)力趨于均衡，以此增加墻身的穩(wěn)定性。一般情況下，擋土墻超過(guò)12 m后，稱為超高擋土墻。本路段路基下邊坡采用衡重式超高擋土墻支護(hù)，擬定擋墻高度為17 m。

3 衡重式超高擋土墻的尺寸擬定

本路段路基下邊坡采用衡重式超高擋土墻支護(hù)，根據(jù)交通部衡重式擋墻通用圖及擋墻基底地質(zhì)情況，擬定的尺寸具體為：擋墻高度為17 m，擋墻頂寬為1.40 m，擋墻底寬為4.57 m，衡重臺(tái)寬為1.40 m，外墻坡率為1∶0.05，上墻背斜率為1∶0.40，下墻背斜率為1∶0.25，墻趾高度為1 m，墻趾寬度為0.8 m，墻趾底面坡率為1∶10。具體尺寸見圖1。

一般情況下，擋土墻由于造價(jià)原因多采用M7.5或M10漿砌片石材料。本路段衡重式擋土墻為超高擋土墻，為提高擋土墻的整體強(qiáng)度與穩(wěn)定性，同時(shí)也不至于造價(jià)過(guò)高，本路段衡重式超高擋土墻采用C25片石混凝土材料分層澆筑成形。

4 衡重式超高擋土墻的穩(wěn)定驗(yàn)算

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30-2015）第5章第5.4.2條規(guī)定：擋土墻設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行其承載力能力極限狀態(tài)計(jì)算和正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算，以及擋土墻抗滑穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定和整體性驗(yàn)算。本路段衡重式超高擋土墻的穩(wěn)定驗(yàn)算，采用理正巖土計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行輔助計(jì)算，主要驗(yàn)算步驟為：

第一步為原始條件輸入，一般包括墻身尺寸、物理參數(shù)、場(chǎng)地環(huán)境等參數(shù)的錄入，相當(dāng)于一個(gè)建立模型的過(guò)程。

第二步為荷載分析并進(jìn)行荷載組合分類，一般根據(jù)受力特征分為三類組合，相當(dāng)于一個(gè)模型加載的過(guò)程。

第三步為各個(gè)特征指標(biāo)、特征截面的具體驗(yàn)算，一般包括滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算、傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算、地基應(yīng)力及偏心距驗(yàn)算、基礎(chǔ)強(qiáng)度驗(yàn)算、上墻截面強(qiáng)度驗(yàn)算（容許應(yīng)力法、極限狀態(tài)法）、墻底截面強(qiáng)度驗(yàn)算（容許應(yīng)力法、極限狀態(tài)法）、臺(tái)頂截面強(qiáng)度驗(yàn)算（容許應(yīng)力法、極限狀態(tài)法）等內(nèi)容。這相當(dāng)于一個(gè)應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算與容許值驗(yàn)算的過(guò)程。

采用理正巖土計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行輔助計(jì)算，能比較方便地對(duì)擋土墻的受力情況進(jìn)行驗(yàn)算，同時(shí)也能較方便地出具相應(yīng)的計(jì)算書。針對(duì)計(jì)算書中的計(jì)算步驟、計(jì)算公式以及驗(yàn)算指標(biāo)，應(yīng)根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30-2015）中的詳細(xì)規(guī)定進(jìn)行詳細(xì)復(fù)核，確保無(wú)誤后方可認(rèn)定擋土墻驗(yàn)算通過(guò)。本路段衡重式超高擋土墻的穩(wěn)定驗(yàn)算采用理正巖土計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行輔助計(jì)算，具體的驗(yàn)算過(guò)程摘取部分如下：

4.1 滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算

基底摩擦系數(shù)=0.500

采用傾斜基底增強(qiáng)抗滑動(dòng)穩(wěn)定性，計(jì)算過(guò)程如下：

基底傾斜角度=5.711（°）;

Wn=1 829.375（kN），En=313.908（kN），Wt=182.937（kN），Et=435.230（kN）;

滑移力=252.293（kN），抗滑力=1 071.641（kN）;

滑移驗(yàn)算滿足：Kc=4.248>1.300。

滑動(dòng)穩(wěn)定方程驗(yàn)算：

滑動(dòng)穩(wěn)定方程滿足：方程值=821.880（kN）>0.0。

地基土層水平向：滑移力=464.305（kN），抗滑力=1 274.781（kN）。

地基土層水平向滑移驗(yàn)算滿足：Kc2=2.746>1.300。

4.2 傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

相對(duì)于墻趾，墻身重力的力臂Zw=3.349（m）;

相對(duì)于墻趾，上墻Ey的力臂Zx=6.005（m）;

相對(duì)于墻趾，上墻Ex的力臂Zy=13.213（m）;

相對(duì)于墻趾，下墻Ey的力臂Zx3=5.559（m）;

相對(duì)于墻趾，下墻Ex的力臂Zy3=4.368（m）。

驗(yàn)算擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定性：

傾覆力矩=3 058.514（kN·m），抗傾覆力矩=7 995.083（kN·m），

傾覆驗(yàn)算滿足：K0=2.614>1.500。

傾覆穩(wěn)定方程驗(yàn)算：

傾覆穩(wěn)定方程滿足：方程值=3 075.402（kN·m）>0.0。

4.3 地基應(yīng)力及偏心距驗(yàn)算

基礎(chǔ)類型為天然地基，驗(yàn)算墻底偏心距及壓應(yīng)力，取傾斜基底的傾斜寬度驗(yàn)算地基承載力和偏心距：

作用于基礎(chǔ)底的總豎向力=2 143.282（kN），作用于墻趾下點(diǎn)的總彎矩=4 936.570（kN·m）;

基礎(chǔ)底面寬度B=4.380（m），偏心距e=0.113（m）;

基礎(chǔ)底面合力作用點(diǎn)距離基礎(chǔ)趾點(diǎn)的距離Zn=2.303（m）;

基底壓應(yīng)力：趾部=565.368（kPa），踵部=413.348（kPa）;

最大應(yīng)力與最小應(yīng)力之比=565.368/413.348=1.368;

作用于基底的合力偏心距驗(yàn)算滿足：e=0.113（m）≤0.200×4.380=0.876（m）。

墻趾處地基承載力驗(yàn)算滿足：壓應(yīng)力=565.368≤624.000（kPa）。

墻踵處地基承載力驗(yàn)算滿足：壓應(yīng)力=413.348≤676.000（kPa）。

4.4 墻底截面強(qiáng)度驗(yàn)算

驗(yàn)算截面以上，墻身截面積=73.117（m2），重量=1 681.702（kN）;

相對(duì)于驗(yàn)算截面外邊緣，墻身重力的力臂Zw=3.355（m）。

（1）容許應(yīng)力法

法向應(yīng)力檢算：

作用于截面總豎向力=2 085.154（kN），作用于墻趾下點(diǎn)的總彎矩=4 921.485（kN·m）;

相對(duì)于驗(yàn)算截面外邊緣，合力作用力臂Zn=2.360（m）。

截面寬度B=4.467（m），偏心距e1=0.127（m）;

截面上偏心距驗(yàn)算滿足：e1=0.127≤0.250×4.467=1.117（m）。

截面上壓應(yīng)力：面坡=546.260，背坡≤387.321（kPa）;

壓應(yīng)力驗(yàn)算滿足：計(jì)算值=546.260≤1 000.000（kPa）。

切向應(yīng)力檢算：

剪應(yīng)力驗(yàn)算滿足：計(jì)算值=-82.775≤90.000（kPa）。

（2）極限狀態(tài)法

重要性系數(shù)=1.000;

驗(yàn)算截面上的軸向力組合設(shè)計(jì)值Nd=2 078.365（kN）;

軸心力偏心影響系數(shù)=0.956;

擋墻構(gòu)件的計(jì)算截面每延米面積A=4.467（m2）;

材料抗壓極限強(qiáng)度Ra=14 000.000（kPa）;

圬工構(gòu)件或材料的抗力分項(xiàng)系數(shù)=1.540;

偏心受壓構(gòu)件在彎曲平面內(nèi)的縱向彎曲系數(shù)為0.924。

計(jì)算強(qiáng)度時(shí)：

強(qiáng)度驗(yàn)算滿足：計(jì)算值=2 078.365≤38 834.645（kN）。

計(jì)算穩(wěn)定性時(shí)：

穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足：計(jì)算值=2 078.365≤35 871.848（kN）。

5 衡重式超高擋土墻的施工要點(diǎn)

本項(xiàng)目衡重式超高擋土墻經(jīng)過(guò)驗(yàn)算，已滿足穩(wěn)定性與截面強(qiáng)度要求。對(duì)于衡重式超高擋土墻的施工，其與一般衡重式擋土墻的施工大體一致。關(guān)鍵的區(qū)別在于兩點(diǎn)：（1）衡重式超高擋土墻需要分層澆筑，所以分層澆筑是衡重式超高擋土墻施工的難點(diǎn);（2）衡重式超高擋土墻的高空外模，一定要牽引牢固。針對(duì)衡重式超高擋土墻的分層澆筑，其具體施工有如下幾個(gè)要點(diǎn)：（1）注意合理安排分層厚度;（2）注意振搗密實(shí);（3）注意避免片石混凝土離析;（4）可以適當(dāng)預(yù)埋接茬鋼筋;（5）注意處理好施工縫。更多更詳細(xì)的施工技術(shù)可參照《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F10-2006）、《公路擋土墻設(shè)計(jì)和施工技術(shù)細(xì)則》（2008年3月版）等技術(shù)規(guī)范。

6 結(jié)語(yǔ)

衡重式擋土墻在山區(qū)公路中應(yīng)用廣泛，而衡重式超高擋土墻作為一種造價(jià)適中、工藝不難的支擋形式，也應(yīng)當(dāng)在山區(qū)公路支擋工程中成為不錯(cuò)的選擇。在條件適宜的情況下選擇衡重式超高擋土墻，可達(dá)到就地取材、控制造價(jià)、施工簡(jiǎn)便等效果。本文通過(guò)衡重式超高擋土墻施工實(shí)例，闡述了衡重式超高擋土墻在山區(qū)公路中的應(yīng)用，希望能為山區(qū)公路的支擋工程提供一些參考經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]JTG D30-2015，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTG F10-2006，公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.公路擋土墻設(shè)計(jì)和施工技術(shù)細(xì)則[M].北京：人民交通出版社，2008.