公路擋土墻的設(shè)計
摘要：公路擋土墻是用來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。
1．常見擋墻類型的適用性分析
1．1重力式擋墻：對于擋土高度不超過5米的路基擋墻，重力式擋墻常為首選結(jié)構(gòu)。該擋墻形式最為簡潔，便于施工，缺點(diǎn)是基底應(yīng)力不平衡，靠前趾部位的基底應(yīng)力遠(yuǎn)大于靠后踵的基底應(yīng)力。當(dāng)擋土高度超過5米，重力式擋墻的前趾基底應(yīng)力有可能超過地基容許承載力，不得已可選用構(gòu)造稍復(fù)雜的衡重式擋墻。
1．2衡重式擋墻：衡重式擋墻的最大優(yōu)點(diǎn)是可利用下墻的衡重平臺迫使墻身整體重心后移，使得基底應(yīng)力趨干平衡，這樣可適當(dāng)提高擋土高度。但從另一方面來看：衡重式擋墻的構(gòu)造形式又限制了擋墻基底寬度不可能做得很大(與重力式擋墻相比)，因此就擴(kuò)散擋墻基底應(yīng)力而言，衡重式擋墻反不如重力式擋墻。所以采用衡重式擋土墻能夠提高的擋土高度也是比較有限的。
1．3鋼筋混凝土扶壁式擋墻：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，特別在前齒部位。否則基底應(yīng)力仍很大(見下述兩種擋墻穩(wěn)定驗算的對比結(jié)果)。該擋土墻耗鋼量大，造價頓高；而且墻體均為立�，F(xiàn)澆，施工不易。
1．4加筋土擋墻：是一種能適應(yīng)軟土地基砌筑高擋墻的理想結(jié)構(gòu)。它使原本作為擋墻外荷載的墻后填料轉(zhuǎn)化為墻體結(jié)構(gòu)的一部分無疑是一種創(chuàng)造性的突破。加筋土擋墻造價低廉具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且它的裝配式構(gòu)件十分有利于快速施工。盡管加筋土擋墻有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在華南地區(qū)城市用得還不多，主要原因是：城市道路敷設(shè)地下管線多，與擋墻筋帶形成垂直交叉互有干擾。此外，萬一今后路面開挖維修管道會影響到擋土墻的安全。
2．擋土墻的選型
2．1材料選擇
漿砌片石擋土墻取材容易，施工簡便，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,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。
2．2截面形式選擇
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，采用重力式擋土墻，可以發(fā)揮其形式簡單，施工方便的優(yōu)勢。同時，由于山區(qū)公路地面橫坡比較陡峭，若采用仰斜式擋土墻，會過多增加墻高，斷面增大，造成浪費(fèi)，采用俯斜式擋土墻會比較經(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，采用衡重式擋土墻，可以有效地減小截面，節(jié)省材料。
2．3位置選擇
在挖方邊坡比較陡峭時，采用路塹擋土墻，可以降低邊坡高度，減少山坡開挖，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，必要時應(yīng)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。因為路堤擋土墻承受荷載較大，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，采用路肩墻比較有利。
3．擋土墻的穩(wěn)定驗算及強(qiáng)度驗算
擋土墻的設(shè)計應(yīng)保證其在自重和外荷載作用下不發(fā)生全墻的滑動和傾覆，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)度驗算。擋墻的驗算方法有二種：一種是采用分項安全系數(shù)的極限狀態(tài)法，另一種是總安全系數(shù)的容許應(yīng)力法。目前國內(nèi)多數(shù)應(yīng)用容許應(yīng)力法設(shè)計擋土墻。下面是采用容許應(yīng)力法進(jìn)行擋土墻驗算的簡介。
3．1滑動穩(wěn)定驗算
擋土墻沿基底的滑動穩(wěn)定系數(shù)Kc應(yīng)不小于1．3。計算公式為：Kc=(W+Ey)f／Ex式中：W——擋土墻自重，衡重式時，包括衡重臺上的土重(KN)，Ex，Ey——主動土壓力的水平和垂直分力(KN)，f——基底摩擦系數(shù)。
設(shè)計中，為增加擋土墻的抗滑穩(wěn)定性，常將基底做成向內(nèi)傾斜，以增大滑動穩(wěn)定系數(shù)。基底斜坡坡度一般不超過1：5。
3．2傾覆穩(wěn)定驗算
擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定系數(shù)Ko應(yīng)不小于1．5。計算公式為：Ko=(WZw+EyZx)／(ExZy)式中：Zx——Ey對墻趾O點(diǎn)的力臂(m)，Zy——Ex對墻趾O點(diǎn)的力臂(m)，Zw——W對墻趾O點(diǎn)的力臂(m)。
3．3基底應(yīng)力及偏心驗算
基底的合力偏心距e。計算公式為：e=B／2一Zn=B／2一(WZw+EyZx-ExZy)／(W+Ey)，在土質(zhì)地基上，e≤B／5；在軟弱巖石地基上，e≤B／5；在不易風(fēng)化的巖石地基上，e≤B／4。當(dāng)e≤B／5時，墻趾和墻踵處的法向壓應(yīng)力為：б1，2=(W+Ey)(1±6e／B)／B≤【б】式中，【б】——地基土修正后的容許承載力(KPa)【б】=【бo】+K．Y(B-2)式中，【бo】——地基土的容許承載力(KPa)，K——地基土容許承載力隨基礎(chǔ)寬度的修正系數(shù)，Y．——地基土的天然容重(KN／m3)。
當(dāng)e>B／6時，基底出現(xiàn)拉應(yīng)力，考慮到一般情況下地基與基礎(chǔ)間不能承受拉力，故不計拉力而按應(yīng)力重分布計算基底最大拉應(yīng)力：б．=2(W+Ey)／3Zn≤【б】若出現(xiàn)負(fù)偏心，則上式的Zn改為(B—Zn)。
3．4墻身截面強(qiáng)度驗算
通常選取一、兩個截面進(jìn)行驗算。驗算截面可選在基礎(chǔ)底面、1／2墻高處或上下墻交界處等。
墻身截面強(qiáng)度驗算包括法向應(yīng)力和剪應(yīng)力的驗算。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)力的驗算。
4．采取措施
完成了擋土墻截面設(shè)計及穩(wěn)定、強(qiáng)度驗算之后，必須采取必要的措施，以保證擋土墻的安全性。
4．1基礎(chǔ)加固措施
4．1．1為減少基底壓應(yīng)力，增加抗傾覆的穩(wěn)定性，在墻趾處伸出一臺階，以拓寬基底。墻趾臺階的寬度不小于20Cm，臺階高寬比可采用3：2或2：1。
4．1．2地基為軟弱土層時，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)計要求。
4．2排水措施
對于漿砌石擋土墻，應(yīng)在墻前地面以上設(shè)置一排泄水孔。墻較高時，可在墻上部加設(shè)泄水孔。泄水孔采用10×10cm的方孔或圓孔，孔眼間距2~3米，上下排泄水孔錯開設(shè)置。泄水孔進(jìn)水口應(yīng)設(shè)置反濾材料。
4．3沉降縫與伸縮縫的設(shè)置
為避免地基不均勻沉降引起墻身開裂，需按墻高和地基性質(zhì)的變異，設(shè)置沉降縫，同時，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，縫寬23cm，自墻頂做至基底，縫內(nèi)宜用瀝青麻絮、瀝青竹絨或涂以瀝青的木板等具有彈性的材料，沿墻的內(nèi)、外、頂三側(cè)填塞，填塞深度不小于15cm。
4．4墻頂與路面的銜接
當(dāng)墻頂寬大干土路肩寬度時，擋土墻侵入土路肩部分應(yīng)預(yù)留出相當(dāng)于路面結(jié)構(gòu)厚度部分以鋪筑路面。
4．5車輛安全行駛保障措施
對于路肩墻，其墻頂面以下50cm采用C20砼澆筑，并預(yù)埋鋼筋，在其上設(shè)置防撞欄或防撞墻。
5．材料要求
5．1石料須經(jīng)過挑選，質(zhì)地均勻，無裂縫，不易風(fēng)化。
5．2石料的抗壓強(qiáng)度應(yīng)不低于30MPa。
5．3盡量采用較大的石料砌筑，塊石應(yīng)大致方正，其厚度不小于15cm，寬度和長度相應(yīng)為厚度的1．5~2．0倍和1．5~3．0倍。
5．4采用7．5號砂漿砌筑，10號砂漿勾縫。
6．設(shè)計體會
公路擋土墻是路基防護(hù)工程的重要組成部分。擋土墻設(shè)計時，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)地調(diào)查、勘測，確定構(gòu)造物的形式與尺寸，運(yùn)用合適的理論計算土壓力，并進(jìn)行穩(wěn)定性和截面強(qiáng)度方面的驗算，采取合理、可行的措施，以保證擋土墻的安全性�！ �
