山區公路擋土墻設計淺析簡介：擋土墻是公路工程中廣泛采用的一種構造物，特別在山區公路中，應用更為廣泛。本文主要介紹采用容許應力法進行擋土墻設計的情況，分析山區公路擋土墻設計中的重點問題，并提出了較為合理可行的建議與措施。關鍵字：山區公路擋土墻設計土壓力庫倫理論穩定截面強度措施1前言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的一種構造物。在路基工程中，擋土墻可用以穩定路堤和路塹邊坡，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，按其結構特點，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；按所處的環境條件，又可分為：一般地區擋墻、浸水地區擋土墻及地震地區擋土墻。考慮擋土墻設計方案時，應與其他工程方案進行技術經濟比較，分析其技術的可行性、可靠性及經濟的合理性，然后才確定設計方案，并根據實際情況進行擋土墻的選型。在山區公路中，由于地形條件更為復雜，地勢更為陡峭，因此，擋土墻的應用更為廣泛。近幾年來，筆者參加了二十多段、共三百多公里的山區公路（二、三級）的設計，主要負責路基防護工程，特別是擋土墻的設計，對山區公路擋土墻的設計積累了一定的經驗與體會，在此提出，僅供同類工程設計時參考。2擋土墻設計的基礎資料及設計參數2.1基礎資料擋土墻設計時，必須具備以下資料：路線平面圖、縱斷面圖、橫斷面圖，地質資料（包括工程地質勘察報告、工程物探報告），地震勘探報告，水文資料，總體設計資料及構造物一覽表等。2.2設計參數的選取2.2.1墻背填料的物理力學性質對于山嶺重丘二、三級公路的擋土墻設計，當缺乏試驗數據時，填料的計算內摩擦角及容重可參照表1及表2選用：表1填料內摩擦角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、細砂、砂壁質土毒粉砂輕粘土嫂內摩擦角準（豐°方）鵝45蛋40憑35蝶30巡26糖14-21表2填料標準容重沈土的種類喘礫石、碎石、臨礫質土杏砂、砂質土歇粉土、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（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應根據墻背的粗糙程度及排水條件確定。山區公路中，對于漿砌片石墻體、排水條件良好，均可采用δ=ψ/2。基底摩擦系數基底摩擦系數μ應依據基底粗糙程度、排水條件和土質確定。地基容許承載力地基容許承載力可按照《公路設計手冊·路基》及有關設計規范規定選取。建筑材料的容重根據有關設計規范規定選取。砌體的容許應力和設計強度根據有關設計規范規定選取。砼的容許應力和設計強度根據有關設計規范規定選取。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，護施工簡便，適連用范圍比較廣擦泛。山區公路尼中，石料資源鹿較為豐富，在貞擋土墻彈高界≤汪1砍0葵米細時，因地制宜括，采用漿砌片爪石砌筑，可以信較好地滿足經霜濟、安全方面蓋的要求。袋3.2毯攜截面形式選擇燭根據擋土墻結訴構類型及其特閃點分析，當墻開高嘗＜雄5韻時，采用重力埋式擋土墻，可漁以發揮其形式稱簡單，施工方紋便的優勢。同弦時，由于山區奴公路地面橫坡鈔比較陡峭，若父采用仰斜式擋個土墻，會過多誓增加墻高，斷會面增大，造成脅浪費，采用俯營斜式擋土墻會貸比較經濟合理修。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，才考務慮采用仰斜式拍擋土墻。當墻專高墾≥屑5在且地基條件較言好時，采用衡疫重式擋土墻，夜可以有效地減纖小截面，節省矮材料。煩3.3遷鍛位置選擇擇在挖方邊坡比暮較陡峭時，采欲用路塹擋土墻莖，可以降低邊月坡高度，減少失山坡開挖，避誘免破壞山體平化衡；在地質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。編對于采用路肩犧擋土墻或路堤濕擋土墻，應結干合具體條件考做慮，必要時應紛作技術經濟比妹較。因為路堤茫擋土墻承受荷黑載較大，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量較盟為接近，基礎鍋情況相仿時，剖采用路肩墻比牽較有利。剪4恒捐土壓力的計算輩擋土墻設計的棗經濟合理，關路鍵是正確地計鴿算土壓力，確貢定土壓力的大四小、方向與分道布。土壓力計湊算是一個十分川復雜的問題，干它涉及墻身、端填土與地基三鹿者之間的共同痛作用。計算土際壓力的理論和度方法很多。由粒于庫倫理論概成念清析，計算蘆簡單，適用范貢圍較廣，可適尊用不同墻背坡勢度和粗糙度、蠶不同墻后填土悟表面形狀和荷鄉載作用情況下冷的主動土壓力位計算，且一般析情況下計算結素果均能滿足工指程要求，因此特庫倫理論和公盈式是目前應用各最廣的土壓力僑計算方法。屋4.1抹皺庫倫主動土壓余力計算公式及欲計算簡圖遍主動土壓力計面算公式：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K言a配—摘—桐庫倫主動土壓耕力系數曉。散表當盈《公路設計手乏冊串·章路基》中，以犁庫倫理論為基晌礎，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，推導出各種更情況下的主動計土壓力計算公議式，設計時可盼根據實際情況唉查表計算。觀4.2抱肥第二破裂面土叫壓力的計算書在擋土墻設計脫中，當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，就會出現革第二破裂面，所這種情況下，濕應按破裂面出稠現的位置來求萄算土壓力。卡對于一般常用者的俯仰式擋土奉墻，不會出現棋第二破裂面，便對于衡重臺較怖寬的衡重式擋阻土墻，則較易凳出現第二破裂后面。各種邊界寫條件的第二破辟裂面主動土壓歉力計算公式詳刮見《公路設計嗽手務冊俱·暢路基》。蕉因此設計過程傻中，應先采用敲試算的方法，稍判別第一破裂忍面出現的位置縣，計算破裂角室，并根據計算丸所得的第二破朋裂面傾角判斷曉是否會出現第礙二破裂面，然甚后再選用合適伴的公式計算主酷動土壓力。各5秧兔擋土墻的穩定射驗算及強度驗挨算悲擋土墻的設計臉應保證其在自攀重和外荷載作庫用下不發生全色墻的滑動和傾印覆，并保證墻脂身截面有足夠揚的強度、基底所應力小于地基生承載力和偏心杜距不超過容許隆值。因此在擬收定墻身斷面形庫式及尺寸之后吵，應進行墻的傍穩定及強度驗掉算。擋墻的驗陣算方法有二種每：一種是采用淘分項安全系數早的極限狀態法望，另一種是總鼠安全系數的容顫許應力法。目息前國內多數應皮用容許應力法揚設計擋土墻。政下面是采用容熄許應力法進行餃擋土墻驗算的嫂簡介。劃5.1兆穴滑動穩定驗算鳥擋土墻沿基底賠的滑動穩定系場數飾K衡c慣應不小勢于臘1.壁3絞。計算公式為冒：碼Kc=取協（紀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，包挨括衡重臺上的僵土寒重棋(KN拼)踢，降E溉x動，斜E幼y熱—氣—撤主動土壓力的延水平和垂直分干力奇（漏K友N筑）程，存f緒—熊—搖基底摩擦系數設。狗設計中，為增皺加擋土墻的抗策滑穩定性，常啟將基底做成向勺內傾斜，以增朵大滑動穩定系駕數。基底斜坡移坡度一般不超陽過玩1:摔5揮。以5.2攤毅傾覆穩定驗算跌擋土墻繞墻趾半的傾覆穩定系龍數梁K服o謹應不小初于另1.夕5奏。計算公式為瞧：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土對墻餃趾斜O端點的力暢臂纖(m針)岸，責Z銳y皂—股—愚E榨x叢對墻來趾后O隊點的力重臂撈(m辮)線，必Z申w顏—得—耀W挪對墻嗎趾槳O賓點的力宜臂讀(m菜)川。往5.3扇奧基底應力及偏游心驗算稼基底的合力偏城心妥距鹽e悶。計算公式為功：屯e=B/2-購Zn=B/2賞-那（硬WZw+Ey擔Zx-ExZ擺y肉）狀/奧（他W+E就y專）器在土質地基上榨，熄e推≤舊B/困6駕；在軟弱巖石曉地基上振，牛e發≤項B/玩5文；在不易風化范的巖石地基上口，漆e烈≤姑B/轎4典。噴當歇e柜≤旺B/恐6嘉時，墻趾和墻掘踵處的法向壓盛應力為：孟σ院1,2累=棋（磨W肥+崖Ey靜）訓（低1±6槳e菜/資B棕）忍/硬B省≤個[威σ夾]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）燥[打σ智]=娘[氏σ朋o鐵]+閱K災1森γ撈1穴（磨B色-估2柿）校式中鉆，誼[鐮σ資o問]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寬烘度的修正系數獵，井γ年1橫駕—鴿—甚地基土的天然椒容重粉（喇KN/m遮3尿）。塔當拳e>B/文6祝時，基底出現震拉應力，考慮歷到一般情況下婆地基與基礎間派不能承受拉力久，故不計拉力愈而按應力重分漫布計算基底最坑大拉應力：它σ伯1調=閣2偶（桂W隊+腥Ey藥）寶/3伐Zn只≤籍[鏟σ炭]堂若出現負偏心召，則上式胡的恰Z狂n磨改為族（命B-Z薪n鋼）。命5.4確臺墻身截面強度效驗算罵通常選取一、處兩個截面進行耐驗算。驗算截乘面可選在基礎糖底面弓、筆1/照2誰墻高處或上下顆墻交界處等。血墻身截面強度懶驗算包括法向宮應力和剪應力站的驗算。剪應卵力包括水平剪礦應力和斜剪應圖力兩種，重力均式擋土墻只驗疲算水平剪應力類，而衡重式擋做土墻還需進行走斜截面剪應力挨的驗算。重6課現采取措施誰完成了擋土墻即截面設計及穩親定、強度驗算爸之后，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邪胖基礎加固措施俊慢竄同為減少基底壓謝應力，增加抗訴傾覆的穩定性板，在墻趾處伸糧出一臺階，以傲拓寬基底。墻廣趾臺階的寬度嬌不小于斑20cm延，臺階高寬比滾可采鄙用天3:段2序或浩2:靜1屢。脹戒說床地基為軟弱土稼層時，可用砂敏礫、碎石、礦獲渣或灰土等質腎量較好的材料止換填，以擴散音基底壓應力，增滿足設計要求絨。查6.2憑鴿排水措施壓對于漿砌石擋箱土墻，應在墻汪前地面以上設怖置一排泄水孔婦。墻較高時，諒可在墻上部加親設泄水孔。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2~喬3皂米永，上下排泄水瘡孔錯開設置。曲泄水孔進水口鷹應設置反濾材蘿料。喬6.3挺尖沉降縫與伸縮郵縫的設置瞎為避免地基不卡均勻沉降引起才墻身開裂，需淡按墻高和地基絨性質的變異，貸設置沉降縫，丘同時，為了減紋少圬工砌體因江收縮硬化和溫覺度化作用而產不生裂縫，需設臘置伸縮縫。擋商土墻的沉降縫劇和伸縮縫設置礎在一起，每墻隔饑10~真15m爪設置一道，縫炕寬還2~普3cm頂，自墻頂做至干基底，縫內宜緣用瀝青麻絮、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、外、頂三壟側填塞，填塞攻深度不小于錦15cm察。顧6.4掘島墻頂與路面的勢銜接轟當墻頂寬大于疫土路肩寬度時錢，擋土墻侵入倒土路肩部分應舟預留出相當于臨路面結構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，并預李埋鋼筋，在其同上設置防撞欄費或防撞墻。公7采駛材料要求機7.1模跨石料須經過挑圍選，質地均勻魔，無裂縫，不匯易風化。攻7.2絲很石料的抗壓強考度應不低壘于晴30MP贏a暢。牛7.3埋霧盡量采用較大硬的石料砌筑，促塊石應大致方壩正，其厚度不動小于豎15cm聲，寬度和長度插相應為厚度曉的乞1.5~2.荷0壽倍死和傅1.5~3.設0勝倍。旺7.4絕繪采謊用何7.倆5立號砂漿砌筑帝，俊1起0棚號砂漿勾縫。燃8餡難設計體會秩8.1排謠設計參數的選另取置因用于計算主抽動土壓力的庫白倫理論較適用螺于砂性土，而犁對于粘性土的退壓力計算會存停在一定的誤差只，所以對于以螺粘性土做填料穩的擋土墻計算媽，設計參數如墓填料的內摩擦慕角等的取值應晶相對保守。由法于庫倫理論是王一種簡化的土芳壓力計算方法須，所以對于以長砂性土做填料賭的擋土墻，設卻計參數也應根旁據實際情況取徐相對保守值。圍8.2拼叉安全系數的選茫取洪對墻懶高筑≥膀6m園的擋土墻，實各際設計時建議堡將安全系數提例高少20拜%重，以保證其安叢全性。甲8.3災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墻面坡。對而于山區公路擋但土墻，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，均能滿足設們計要求。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械1:0.符3女，具體結合開著挖的臨時邊坡狂選取。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，墻頂寬度攏相應增大。任對于衡重式路軟肩擋土墻，當滅墻狡高虧≤憐8m疤時，上墻背坡施取憑1:0.2逢5慚，墻高＞林8m宵而即≤堂10m多時，上墻背坡姥取伏1:0.蓋3漫；下墻背坡陰取長1:0.2向5譜。若為路堤墻浩