浅谈公路挡土墙的设计.docVIP

浅谈公路挡土墙的设计邹付广 杨正余沈阳市政工程设计中心 （沈阳110005） 辽宁省建筑标准设计研究院（沈阳110003）摘 要 挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土休稳定的建筑物，在公路中经常遇到，被用于支撑路堤或路堑边坡、隧道洞口、桥梁两端及河流岸壁等。本文主要介绍挡土墙设计和施工的情况，分析公路挡土墙设计中的重点问题，并提出个人的建议与措施。关键词 公路挡土墙 挡土墙设计 土压力 库伦理论 稳定 1前言公路挡土墙是用来支承路基填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的一种构造物。在路基工程中，挡土墙可用以稳定路堤和路堑边坡，减少土石方工程量和占地面积，防止水流冲刷路基，并经常用于整治坍方、滑坡等路基病害。挡土墙按材料分为砖砌，毛石，混凝土和钢筋混凝土挡土墙，根据墙体刚度的不同，挡土墙又可分为刚性挡土墙和柔性挡土墙两类。刚性挡土墙是指墙体本身刚度较大，在土压力作用下墙体基本不变形或变形很小的挡土墙，如用砖、石、混凝土、钢筋混凝土等材料建筑的重力式挡土墙，悬臂式挡土墙，扶臂式挡土墙等，柔性挡土墙是指墙体的刚度不大，在土压力作用下墙体本身会产生变形的挡土墙，如支撑墙，板桩墙，锚定板挡土墙等。进行挡土墙设计方案时，应与其他工程方案进行技术经济比较，分析其技术的可行性、可靠性及经济的合理性，然后才确定合理挡土墙设计方案。2挡土墙设计的基础资料及设计参数2.1基础资料挡土墙设计时，必须具备以下资料：路线平面图、纵断面图、横断面图，地质资料，水文资料，总体设计资料等。挡土墙设计应综合考虑诸多方面的因素既做到土方的挖填平衡，道路的坡道舒适，而且使房屋的布置合理，挡土墙的长度和高度控制在最少和最矮的数值之内，就能控制投资，节省造价2.2设计参数的选取首先应充分掌握的资料有：（1）场地资料，如墙背填土的种类及排水需求，施工方法，冰冻深度等；（2）地质资料，如地形、地貌、地质构造，地下水位情况及分布，根据勘察资料确定土壤重度r，内摩擦角，地基承载力R等；（3）可供作挡土墙砌筑的材料的石料或其它材料的名称、数量、运距等。3挡土墙的设计要点3.1材料选择挡土墙的材料的选用除了与受力有关外，主要应从经济因素考虑，如果在场地平整时，土石方工程中石方较大，可以就地取材，选用毛石或块石挡土墙，以减少工程造价，可以较好地满足经济、安全方面的要求。如果地基土质差，当地缺少石材，又或是重要工程，选用截面尺寸较小的钢筋混凝土挡土墙则更为适合。3.2截面形式选择根据挡土墙结构类型及其特点分析，当墙高5时，采用重力式挡土墙，可以发挥其形式简单，施工方便的优势。同时，在山区公路地面横坡比较陡峭，若采用仰斜式挡土墙，会过多增加墙高，断面增大，造成浪费，采用俯斜式挡土墙会比较经济合理。一般在路堑墙、墙趾处地面平缓的路肩墙或路堤墙等情况下，才考虑采用仰斜式挡土墙。当墙高5且地基条件较好时，采用衡重式挡土墙，可以有效地减小截面，节省材料。3.3位置选择在挖方边坡比较陡峭时，采用路堑挡土墙，可以降低边坡高度，减少山坡开挖，避免破坏山体平衡；在地质条件不良情况下，还可以支挡可能坍滑的山坡土体。对于采用路肩挡土墙或路堤挡土墙，应结合具体条件考虑，必要时应作技术经济比较。因为路堤挡土墙承受荷载较大，受力条件较为不利，截面尺寸也较大，所以路堤墙与路肩墙的墙高或截面污工数量较为接近，基础情况相仿时，采用路肩墙比较有利。3.4确定合适的墙顶荷载如挡土墙作为路堤，则要考虑汽车活载的作用，活载的计算可按如下方法，一般可采用汽一10，拖一60或汽一15、拖一60车辆荷载等级（根据具体情况定），先算出10m间距的伸缩缝范围内可能设置的最大活载，再假定均匀分布在10m长刚性整体的每延长米上而求得超载值，一般情况挡土墙的超载按施工堆载或其他临时堆载考虑，可取1020KN/m2。3.5土压力的计算挡土墙设计的经济合理，关键是正确地计算土压力，确定土压力的大小、方向与分布。土压力计算是一个十分复杂的问题，它涉及墙身、填土与地基三者之间的共同作用。计算土压力的理论和方法很多。由于库伦理论概念清析，计算简单，适用范围较广，可适用不同墙背坡度和粗糙度、不同墙后填土表面形状和荷载作用情况下的主动土压力计算，且一般情况下计算结果均能满足工程要求，因此库伦理论和公式是目前应用最广的土压力计算方法。3.6. 挡土墙的稳定验算及强度验算挡土墙的设计应保证其在自重和外荷载作用下不发生全墙的滑动和倾覆，并保证墙身截面有足够的强度、基底应力小于地基承载力和偏心距不超过容许值。因此在拟定墙身断面形式及尺寸之后，应进行墙的稳定及强度验算。挡墙的验算方法有二种：一种是采用分项安全系数的极限状态法，另一种是总安全系数的容许应力法。目前国内多数应用容许应力法设计挡土墙。3.7墙身截面强度验算通常选取一、两个截面进行验算。验算截面可选在基础底面、1/2墙高处或上下墙交界处等。墙身截面强度验算包括法向应力和剪应力的验算。剪应力包括水平剪应力和斜剪应力两种，重力式挡土墙只验算水平剪应力，而衡重式挡土墙还需进行斜截面剪应力的验算。3.8采取措施完成了挡土墙截面设计及稳定、强度验算之后，必须采取必要的措施，以保证挡土墙的安全性。1)基础加固措施:减少基底压应力，增加抗倾覆的稳定性，在墙趾处伸出一台阶，以拓宽基底。墙趾台阶的宽度不小于20cm，台阶高宽比可采用3：2或2：1. 地基为软弱土层时，可用砂砾、碎石、矿渣或灰土等质量较好的材料换填，以扩散基底压应力，满足设计要求2) 排水措施: 对于浆砌石挡土墙，应在墙前地面以上设置一排泄水孔。墙较高时，可在墙上部加设泄水孔。泄水孔采用1010cm的方孔或圆孔，孔眼间距23米，上下排泄水孔错开设置。泄水孔进水口应设置反滤材料。对于浆砌石挡土墙，应在墙前地面以上设置一排泄水孔。墙较高时，可在墙上部加设泄水孔。泄水孔采用1010cm的方孔或圆孔，孔眼间距23米，上下排泄水孔错开设置。泄水孔进水口应设置反滤材料。3.9沉降缝与伸缩缝的设置为避免地基不均匀沉降引起墙身开裂，需按墙高和地基性质的变异，设置沉降缝，同时，为了减少圬工砌体因收缩硬化和温度化作用而产生裂缝，需设置伸缩缝。挡土墙的沉降缝和伸缩缝设置在一起，每隔1015m设置一道，缝宽23cm，自墙顶做至基底，缝内宜用沥青麻絮、沥青竹绒或涂以沥青的木板等具有弹性的材料，沿墙的内、外、顶三侧填塞，填塞深度不小于15cm.3.10墙顶与路面的衔接和车辆安全行驶保障措施当墙顶宽大于土路肩宽度时，挡土墙侵入土路肩部分应预留出相当于路面结构厚度部分以铺筑路面。对于路肩墙，其墙顶面以下50cm采用C20砼浇筑，并预埋钢筋，在其上设置防撞栏或防撞墙。3.11材料要求材料须经过挑选，质地均匀，无裂缝，不易风化。石料的抗压强度应不低于30MPa. 尽量采用较大的石料砌筑，块石应大致方正，其厚度不小于15cm，宽度和长度相应为厚度的1.52.0倍和1.53.0倍。采用7.5号砂浆砌筑，10号砂浆勾缝。3.12挡土墙的施工顺序必要时，设计中应说明挡土墙的施工顺序，在地形比较复杂的区域，各种地下管线难免频繁穿越挡土墙，此时挡土墙的施工须在管线施工之后。4设计体会4.1设计参数的选取因用于计算主动土压力的库伦理论较适用于砂性土，而对于粘性土的压力计算会存在一定的误差，所以对于以粘性土做填料的挡土墙计算，设计参数如填料的内摩擦角等的取值应相对保守。由于库伦理论是一种简化的土压力计算方法，所以对于以砂性土做填料的挡土墙，设计参数也应根据实际情况取相对保守值。4.2安全系数的选取对墙高6m的挡土墙，实际设计时建议将安全系数提高20%，以保证其安全性。4.3墙面坡的选取出于美观和施工方便的考虑，一段挡土墙通常都采用一个墙面坡。对于山区公路挡土墙，采用较陡的墙面坡，可有效减小墙高，节省材料。一般情况下，重力式挡土墙（俯倾式）、衡重式挡土墙墙面坡取1：0.05，仰斜式挡土墙的墙面坡取1：0.25，均能满足设计要求。4.4墙背坡的选取仰斜式挡土墙的墙背坡一般不超过1：0.3，具体结合开挖的临时边坡选取。俯斜式挡土墙的墙背坡一般取1：0.2，随着墙高增加，墙顶宽度相应增大。对于衡重式路肩挡土墙，当墙高8m时，上墙背坡取1：0.25，墙高8m而10m时，上墙背坡取1：0.3；下墙背坡取1：0.25.若为路堤墙，则上墙背坡应相应加大。4.5设计控制重点对于俯斜式挡土墙，由于所受土压力较大，所以设计时应注意其稳定和抗倾覆的验算。