重力式路肩擋土墻設(shè)計(jì)及基礎(chǔ)處理

　　關(guān)鍵詞：重力式擋土墻，土壓力，CFG樁，地基處理，復(fù)合地基承載力

　　實(shí)踐證明，擋土墻的破壞，大多是由于基礎(chǔ)處理不當(dāng)而引起的。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)基底條件作充分的調(diào)查（包括鉆孔、挖探），再確定基礎(chǔ)類型和埋置深度。

　　1工程場地概況

　　本段道路為一條互通式立交匝道，路基寬度為8.5m。該路基左側(cè)邊坡緊鄰一條現(xiàn)狀排水河道，路肩至河道底面高差約5.8m。為避免路基邊坡侵入河道，壓縮河床斷面，設(shè)計(jì)考慮在該側(cè)設(shè)置路肩擋土墻。該墻同時(shí)作河道護(hù)岸之用。

　　根據(jù)鉆探揭露地層，該擋墻基礎(chǔ)將置于素填土、淤泥質(zhì)土等地層中，而素填土及淤泥質(zhì)土具有天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、透水性差、力學(xué)性質(zhì)差等特征，不可直接作為基礎(chǔ)持力層，應(yīng)進(jìn)行軟弱下臥層驗(yàn)算后進(jìn)行有針對(duì)性的地基處理。

　　2擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　2.1擋土墻類型

　　墻身的斷面形式應(yīng)根據(jù)墻的用途，墻高和墻趾處地形、地質(zhì)、水文等條件，在滿足穩(wěn)定性和強(qiáng)度要求的前提下，按結(jié)構(gòu)合理、斷面經(jīng)濟(jì)和施工便利的原則比較確定。

　　根據(jù)場地現(xiàn)狀，路肩墻埋置深度按不小于1m考慮，總墻高約7m。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，可采用重力式擋土墻，設(shè)計(jì)采用漿砌片石作為本擋墻的砌體材料。

　　2.2擋土墻設(shè)計(jì)

　�。�1）墻身尺寸方案

　　根據(jù)沿線地形，設(shè)計(jì)選取最大墻高處斷面進(jìn)行驗(yàn)算，該處墻頂至墻趾高為7m。設(shè)計(jì)初擬了仰斜、垂直和俯斜三種斷面形式進(jìn)行驗(yàn)算。墻身尺寸如下：　

　　a)仰斜式b)垂直c)俯斜式

　�。�2）土壓力計(jì)算

　　計(jì)算物理參數(shù)取值如下:圬工砌體容重:23.0kN/m3，圬工之間摩擦系數(shù):0.4，地基土摩擦系數(shù):0.5，砂漿標(biāo)號(hào):M7.5，石料強(qiáng)度:30MPa，墻后填土內(nèi)摩擦角:35o，墻后填土粘聚力:不計(jì)，墻后填土容重:19.0kN/m3，墻背與墻后填土摩擦角:17.5o，地基土容重:18.0kN/m3，修正后地基土容許承載力:[б]=150kPa，地基土容許承載力提高系數(shù):墻趾值提高系數(shù):1.2，墻踵值提高系數(shù):1.3，平均值提高系數(shù):1.0，墻底摩擦系數(shù):0.5(墻底換填碎石)，地基土內(nèi)摩擦角:30.0o，土壓力計(jì)算方法:庫侖，擋墻節(jié)段長度:10m。

　　計(jì)算活載按2004路基規(guī)范擋土墻車輛荷載，在車行道7m寬范圍內(nèi)滿布考慮。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1，對(duì)擋土墻結(jié)構(gòu)重力、墻頂上的有效永久荷載、墻頂與第二破裂面間有效荷載、填土側(cè)壓力、車輛荷載引起的土側(cè)壓力等進(jìn)行荷載組合。

　　經(jīng)計(jì)算等代均布土層厚度為0.724m。因基礎(chǔ)埋置較淺，不計(jì)墻前被動(dòng)土壓力。庫侖主動(dòng)土壓力計(jì)算結(jié)果如下表：

　　由上述計(jì)算結(jié)果可知，俯斜式擋墻墻背主動(dòng)土壓力、墻身重量均為三種墻型中最大者，仰斜式最小，垂直墻介于二者之間。

　�。�3）滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算

　　重力式擋土墻沿基底的滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)Kc，按式（1）求算：

　　Kc=（W+Ey）f/Ex（1）

　　式中：W為擋土墻重力，Ex、Ey為主動(dòng)土壓力的水平和垂直分力，f為基底摩擦系數(shù)。計(jì)算結(jié)果見下表：

　　由上述計(jì)算結(jié)果可知，三種墻型均滿足滑動(dòng)穩(wěn)定性要求，其中俯斜式擋墻滑動(dòng)穩(wěn)定性最好，最安全，仰斜式次之，垂直墻滑動(dòng)穩(wěn)定性系數(shù)最小。

　　（4）傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

　　擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定系數(shù)K。，按式（2）求算：

　　K。=（WZw+EyZy）/ExZx（2）

　　式中：Zx為Ex對(duì)墻趾點(diǎn)的力臂；Zy為Ey對(duì)墻趾點(diǎn)的力臂；Zw為W對(duì)墻趾點(diǎn)的力臂。計(jì)算結(jié)果見下表：　

　　由上述計(jì)算結(jié)果可知，三種墻型均滿足傾覆穩(wěn)定性要求，其中俯斜式擋墻滑動(dòng)穩(wěn)定性最好，最安全，垂直墻次之，仰斜式傾覆穩(wěn)定性系數(shù)最小。

　�。�5）基底應(yīng)力及偏心驗(yàn)算

　　作用于基底的合力偏心距e為：

　　e=B/2-Zn=B/2-（WZw+EyZy-ExZx）/（W+Ey）（3）

　　當(dāng)e≤B/6時(shí)，墻趾或墻踵處的壓應(yīng)力按式（4）計(jì)算：

　　б1,2=(W+Ey)(1±6e/B)/B≤[б]（4）

　　當(dāng)e＞B/6時(shí)，基底出現(xiàn)拉應(yīng)力，一般均不考慮地基能承受此拉力，則基底應(yīng)力重分布，此時(shí)按式（5）確定最大壓應(yīng)力。

　　б1=2(W+Ey)/3Zn≤[б]（5）

　　基底合力偏心距e及基底應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見下表：

　　由上述計(jì)算結(jié)果可知，三種墻型中垂直墻基底平均壓應(yīng)力最小，俯斜式次之，仰斜式最大。

　　2.3墻型選擇

　　上述計(jì)算與比較表明，俯斜式擋墻抗滑穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性均最優(yōu)，但其斷面尺寸過大，勢(shì)必造成工程造價(jià)偏高；仰斜式擋墻具有圬工體積小的優(yōu)點(diǎn)，但其傾覆穩(wěn)定性相對(duì)較差，且基底平均壓應(yīng)力較大，對(duì)地基承載力要求稍高；相對(duì)前兩種墻型，垂直墻工程量介于二者之間，穩(wěn)定性安全系數(shù)也較為適宜，且基底平均應(yīng)力最小，對(duì)地基處理有利。通過對(duì)垂直墻墻底及臺(tái)頂截面強(qiáng)度的驗(yàn)算，均滿足要求。

　　因此，設(shè)計(jì)選擇安全穩(wěn)定性較好，且工程量適中的垂直墻背的擋墻作為實(shí)施墻型。

　　3擋墻底地基處理

　　3.1擋土墻的基礎(chǔ)類型

　　擋土墻的基礎(chǔ)類型主要有明挖基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)兩類：明挖基礎(chǔ)宜設(shè)置在地質(zhì)情況較好的地基上，當(dāng)?shù)鼗鶠樗绍浲翆訒r(shí)，可采用換填、砂樁、攪拌樁等方法處理。

　　由于本工程場區(qū)表層素填土及淤泥質(zhì)土承載力較低，且分布厚度較大，根據(jù)當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗(yàn)及場地施工條件，設(shè)計(jì)選擇CFG樁（水泥粉煤灰碎石樁）長螺旋成孔法施工對(duì)擋墻底地基進(jìn)行加固處理。

　　路基處理措施具體如下：CFG樁按正方形布置，樁間距1.5m，樁徑50cm，樁長考慮打穿軟弱層，進(jìn)入粉細(xì)砂層至少50cm，取4.0m；樁頂鋪筑30cm厚碎石墊層。

　　3.2地基處理計(jì)算

　　經(jīng)計(jì)算，CFG樁單樁承載力[Ra]=196.3kPa。

　　根據(jù)本段擋土墻的結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果，擋墻底最大壓應(yīng)力為179.028kPa，最小壓應(yīng)力為64.693kPa，平均壓應(yīng)力為121.861kPa。修正后復(fù)合地基容許承載力[б]應(yīng)不低于150kPa。

　　計(jì)算總沉降量：s=0.4x220.25=88.10(mm)

　　3.3地基處理結(jié)論

　　根據(jù)上述計(jì)算成果，設(shè)計(jì)采用的CFG樁進(jìn)行地基加固處理的措施是合理的。同時(shí)設(shè)計(jì)要求CFG樁施工前應(yīng)進(jìn)行配合比試驗(yàn)，保證成樁后樁身強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到C15混凝土的強(qiáng)度。CFG樁單樁承載力特征值不小于200KN，加固后的復(fù)合地基承載力不小于150kPa。

　　4結(jié)語

　　重力式擋土墻在公路工程建設(shè)中應(yīng)用普遍，對(duì)加強(qiáng)邊坡穩(wěn)定和減少占地都具有重要意義。而搞好擋土墻，尤其是高擋墻的設(shè)計(jì)是保證路基穩(wěn)定和道路安全的首要環(huán)節(jié)。擋土墻設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容則是做好擋土墻結(jié)構(gòu)安全性驗(yàn)算以及根據(jù)場地條件選擇適宜的地基加固處理方案。

　　參考文獻(xiàn)

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