浅谈挡土墙在山区公路中的应用

浅谈挡土墙在山区公路中的应用

挡土墙是道路上常见的建筑，尤其是在山区。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。1挡土墙设计方案分类及选用应分为5个基本组合挡土墙的形式多种多样,按其结构特点,可分为:石砌重力式、石砌衡重式、加筋土轻型式、砼半重力式、钢筋砼悬臂式和扶壁式、柱板式、锚杆式、锚定板式及垛式等类型;按其在路基横断面上的位置,又可分:路肩墙、路堤墙及路堑墙;按所处的环境条件,又可分为:一般地区挡土墙、浸水地区挡土墙及地震地区挡土墙。考虑挡土墙设计方案时,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,然后才确定设计方案,并根据实际情况进行挡土墙的选型。在山区公路中,由于地形条件更为复杂,地势更为陡峭,挡土墙的应用也更为广泛。2路不同边坡的治理原则路基在遇到下列情况时可考虑修建挡土墙:(1)路基位于陡坡地段或岩石风化的路堑边缘地带;(2)为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段;(3)可能产生塌方、滑坡的不良地质地段;(4)水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路基地段;(5)为节约用地、减少拆迁或少占农田的地段;(6)为保护重要建筑物、生态环境或其他特殊需要的地段。3支撑墙设计的基本数据和设计参数3.1地质及水文资料挡土墙设计时,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(包括工程地质勘察报告、工程物探报告),地震勘探报告,水文资料,总体设计资料及构造物一览表等。3.2确定擦角及容重3.2.1墙背填料的物理力学性质2#对于山岭重丘二、三级公路的挡土墙设计,当缺乏试验数据时,填料的计算内摩擦角及容重可参照表1及表2选用。3.2.2墙背摩擦角填土与墙背间的摩擦角δ应根据墙背的粗糙程度及排水条件确定。山区公路中,对于浆砌片石墙体、排水条件良好,均可采用δ=φ/2。3.2.3基底摩擦系数基底摩擦系数μ应依据基底粗糙程度、排水条件和土质确定。3.2.4地基容许承载力地基容许承载力可按照《公路设计手册—路基》及有关设计规范规定选取。3.2.5建筑材料的容重根据有关设计规范规定选取。3.2.6砌体的容许应力和设计强度根据有关设计规范规定选取。3.2.7砼的容许应力和设计强度根据有关设计规范规定选取。4支撑墙的准备4.1围比较广泛浆砌片石挡土墙取材容易,施工简便,适用范围比较广泛。山区公路中,石料资源较为丰富,在挡土墙高≤10m时,因地制宜,采用浆砌片石砌筑,可以较好地满足经济、安全方面的要求。4.2仰斜式挡土墙根据挡土墙结构类型及其特点分析,当墙高<5m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,由于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≥5m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。4.3地质条件不良的情况下支挡新型坡体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,所以当路堤墙与路肩墙的墙高或截面圬工数量较为接近,基础情况相仿时,采用路肩墙比较有利。5墙身、填土与地基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。由于库仑理论概念清析,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,因此库仑理论和公式是目前应用最广的土压力计算方法。6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。挡土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。7应采取的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。7.1台阶,以拓宽基底7.1.1为减少基底压应力,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。7.1.2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。7.2冻结线以上一些地基对于土质地基,基础埋置深度应符合下列要求:(1)无冲刷时,应在天然地面以下至少1m;(2)有冲刷时,应在冲刷线以下至少1m;(3)受冻胀影响时,应在冻结线以下不少于0.25m;当冻深超过1m时,采用1.25m,但基底应夯填一厚度的砂砾或碎石垫层,垫层底面亦应位于冻结线以下不少于0.25m。碎石、砾石和砂类地基,不考虑冻胀影响,但基础埋深不宜小于1m。对于岩石地基,应清除表面风化层。当风化层较厚难以全部清除时,可根据地基的风化程度及其容许承载力将基底埋入风化层中,基础嵌入岩层的深度,必须满足一定的规定。7.3加泄水孔的设置对于浆砌片(块)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10×10cm或15×20cm的方孔或圆孔,孔眼间距2～3m,上下排泄水孔错开设置。泄水孔进水口应设置反滤材料。7.4少工体裂缝设计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变化作用而产生裂缝,需设置伸缩缝。挡土墙的沉降缝和伸缩缝设置在一起,每隔10～15m设置一道,缝宽2～3cm,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。7.5连接墙顶部和地板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。7.6车辆安全对于路肩墙,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。8配合比及厚度8.1石料须经过挑选,质地均匀,无裂缝,不易风化。8.2石料的抗压强度应不低于30MPa。8.3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1.5～2.0倍和1.5～3.0倍。8.4采用7.5号砂浆砌筑,10号砂浆勾缝。9在设计中应注意的问题9.1填料挡土墙设计参数的选取因用于计算主动土压力的库仑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。由于库仑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。9.2系数选择对墙高≥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。9.3挡土墙体设计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。9.4衡重式路肩挡土墙的墙背坡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。9.5抗倾覆的验算对于俯斜式挡土墙,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。对于衡重式挡土墙