公路挡土墙的选型及基础处理措施

公路挡土墙的选型及基础处理措施

夏 琴

(中交第二公路勘察设计研究院有限公司,湖北 武汉 430056)

摘要:为处理好公路挡土墙技术可行性和经济合理性的关系,结合工程实践,对公路挡土墙设计过程中的选型和基础处理措施等设计要点进行了分析探讨。

关键词:公路工程;挡土墙;选型;基础处理

1 公路挡土墙的选型

公路挡土墙的形式有多种,在设计中常采用按其材料和结构特点,可分为:重力式(仰斜式和俯斜式)、衡重式、钢筋混凝土悬臂式和扶壁式、柱板式、锚杆式、锚定板式等类型;按其在路基横断面上的位置,又可分:路肩墙、路堤墙、路堑墙等;按所处的环境条件,又可分为:一般地区挡墙、浸水地区挡土墙及地震地区挡土墙。在挡土墙的设计中,一般应根据工程现场的地形、地质、材料供应、施工技术以及造价等因素具体问题具体分析,权衡利弊,灵活选择挡土墙的形式,限于篇幅,本文重点探讨常用的挡土墙的截面选型和材料的选择等。

1 1 挡土墙结构类型选择

重力式挡土墙按其墙背倾斜情况分仰斜,垂直和俯斜、凸性折线和衡重式等截面形式。边坡如果是挖方以仰斜较合理,是填方则以墙背垂直或俯斜较合理。由土压力理论可以看出,按主动土压力大小,重力式挡土墙要优先采用仰斜挡土墙,垂直式较次之,俯斜式少用,对于高挡土墙,还可采用凸性折线形墙背和减压平台(衡重式)作法。

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(仰斜式)挡土墙,可以发挥其形式简单,施工方便的优势。俯斜墙背所受的土压力较大,相对而言,俯斜墙背的断面比仰斜式要大。如果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,降低造价。

1 2 挡土墙墙面坡、墙背坡的具体选取

在公路挡土墙的设计中,出于美观和施工简便的考虑,一段挡土墙通常都采用一个墙面坡。一般情况下,重力仰斜式挡土墙的墙面坡取一般选用10 2 ~10 3,墙背坡一般不超过10 3,具体可结合开挖的临时边坡选取。俯斜式挡土墙的墙背坡一般取10 2,随着墙高增加,墙顶宽度相应增大。衡重式挡土墙墙面坡取10 05,衡重式墙背可视为在凸形折线式的上下墙之间设一衡重台,并采用陡直的墙面。上墙俯斜墙背的坡度通常为10 25~ 10 45,下墙仰斜墙背的坡度一般在10 25左右,上下墙的墙高比一般为23,适用于山区地形陡峻处的路肩墙和路堤墙,也可用于路堑墙。

1 3 挡土墙在路基横断面上位置的选择

公路挡土墙按其在路基横断面上的位置,又可分:路肩墙、路堤墙及路堑墙等。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。对于在填方路基上是采用路肩挡土墙还是路堤挡土墙,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

第3期(总第183期)华东公路No.3(To ta l No.183) 2010年6月20日EAST C H I NA H I GHWAY June 2010

* 收稿日期:2010 01 13为接近,基础情况相近时,采用路肩墙技术上比较可靠,且经济性要好。

1 4 挡土墙材料的选择

重力式挡土墙材料一般应就地取材,在保证安全的前提下节约造价。浆砌片石挡土墙取材容易,施工简便,造价也不太高,所以适用范围比较广泛。尤其是在山区公路中,如果石料资源较为丰富,在挡土墙高!8m时,宜因地制宜,采用浆砌片石砌筑;挡土墙高>8m时,应采用C15片石混凝土砌筑,一般均可以较好地满足经济、安全方面的要求。

1 5 挡土墙墙后填料的要求

由库伦土压力理论计算式中,可以看出填料的内摩擦角越大,主动土压力就越小;而填料的容重越大,主动土压力就越大。因此应选择内摩擦角大,容重小的填料,如:应优先采用砂类土、碎(砾)石土填筑。这些填料透水性好、抗剪强度大且稳定、易排水,能显著减少主动土压力。

粘性土的压实性和透水性较差,又常有吸水膨胀和冻胀性,产生侧向膨胀压力,从而影响挡土墙的稳定,所以一般不宜采用粘性土。当不得已采用时,应适当掺入碎石、砾石和粗砂等。对于重要的、高度较大的挡土墙,更不应用粘性土作填料。这是由于粘性土性能不稳定,在干燥时体积容易收缩。而在遇水时容易膨胀,其交错收缩与膨胀使得作用于挡土墙墙背的土压力无法正确估计,实际土压力值有时比理论计算大得多,从而导致挡土墙外移或外倾,甚至使挡土墙失去作用和破坏。

严禁用腐殖土、盐质土、淤泥等作为填料,填料中也不应含有机物、冰块、草皮、树皮等杂物及生活垃圾。在季节性冻土地区,不能用冻胀材料。浸水挡土墙墙背应全部用水稳性和透水性较好的材料填筑。

2 基础处理措施

(1)采用倾斜基底。设置向内倾斜的基底,这一处理措施在公路挡土墙设计中被广泛采用。倾斜基底可以增加抗滑力和减少滑动力,从而增加抗滑稳定性。基底倾角,对于土质地基不陡于15,对于岩石地基不陡于13。

(2)当地基承载力不足且墙趾处地形平坦时,挡土墙大多数都是直接砌筑在天然地基上的浅基础。为减少基底应力和增加抗倾覆稳定性,常常采用扩大基础,将墙趾部分加宽成台阶。台阶的高宽比可采用32或21,台阶宽度不宜小于50c m。这一处理措施在公路挡土墙设计中也被广泛采用。

(3)将墙趾墙踵同时加宽,以加大承压面积。加宽宽度视基底应力需要减少的程度和加宽后的合力偏心距的大小而定,一般不小于25c m。(如在波密扎木至墨脱县城公路新改建工程挡土墙设计中就采用此处理措施)

(4)相同主动土压力且数值较大的情况下,当基底摩擦系数较大时,所需砌体体积不大;而当基底摩擦系数较小时,所需砌体体积明显变大,这时如采用倾斜基底的处理措施明显不经济,如在基底设置混凝土凸榫抗滑动的措施会比倾斜基底节约20%左右的挡土墙圬工体积。在挡土墙基础底面设置混凝土凸榫,与基础连成整体,利用凸榫前土体所产生的被动土压力以增加挡土墙的抗滑稳定性。(如在贵阳至遵义公路扎佐至南白段改扩建工程挡土墙设计中采用此措施)

(5)当地基压应力超过地基承载力过高时,基础需要的加宽值较大,为避免加宽部分的台阶过高,可采用钢筋混凝土底板基础。(万源(陕川界)至达州(徐家坝)高速公路挡土墙设计中采用)

(6)当挡土墙修筑在陡坡上,而地基为稳定、坚硬的岩石时,为节省圬工和基坑开挖数量,可采用台阶形基础。(波密扎木至墨脱县城公路新改建工程挡土墙设计中采用)

(7)当地基为软弱土层时,可用砂砾、碎石、矿渣或灰土等质量较好的材料换填,以增大基础底面与地基之间的摩擦系数,扩散基底压应力,使之均匀地传递到下卧软弱土层中,以满足设计要求。(厦蓉高速公路贵州境水口[桂黔界]至榕江格龙段挡土墙设计中采用)

(8)在地基承载力不能满足设计要求的地区,通常在挡土墙下设置托梁和桩基,利用托梁通过桩基将挡土墙上所受作用力传递给深层地基,来满足对地基承载力的要求。因此桩基、托梁和挡土墙常常作为一种支挡结构体系出现在工程实际中。(万源[陕川界]至达州[徐家坝]高速公路挡土墙设计中采用)

(9)当土压力过大,墙高超过一般挡土墙的情况,地基强度的不足可由桩板式挡土墙的桩的埋深得到补偿。桩板式挡土墙可作为路堑、路肩和路堤挡土墙使用,也可用于治理中小型滑坡,多用于表土及强风化层较薄的均匀岩石地基上。桩板式挡土墙利用桩深埋部分的锚固段的锚固作用和被动上抗力维护挡土墙的稳定。一般不宜用于土质地基。若需用于土质地基,一般应在桩的上部(一般可在桩顶下0 29H

∀40∀华东公路2010年第3期处)设置锚杆(索),以减小桩的位移和转动,提高挡土墙的稳定性。在桩的上部设置锚杆(索)的锚索桩板。(厦蓉高速公路贵州境水口[桂黔界]至榕江格龙段挡土墙设计中采用)

(10)当工程中遇到高挡墙处于不良地基且挖基困难时,常用柱板式锚杆挡土墙。由锚杆与周围地层之间的锚固力来维持墙身及墙后土体的稳定。设计时,根据地形、地质条件、墙高和施工条件等因素可确定挡土墙是否分级和每级的高度。若墙较高或地质条件较差,可将挡土墙布置为两级或多级。在多级墙上、下两级墙之间宜设置平台,平台宽度不宜小于1 5m。每级墙的高度不宜大于8m。为便于肋柱和挡土墙的安装,多采用竖直墙面。在每根肋柱上根据其高度可布置2根~3根锚杆。锚杆位置应使肋柱内的最大正负弯矩基本相当每层锚杆与水平面的夹角在15#~20#。(青海省省道S101线同德至大武段改建工程挡土墙设计中采用)

(11)当挡墙下存在断层或软弱夹层时,或用于大中型滑坡以及高边坡的整治,采用预应力锚索地梁挡土墙,减少滑坡推力,增大抗滑阻力,以达到提高滑坡整体稳定性的目的。普通重力式抗滑挡墙的截面尺寸大,施工开挖量大,抗滑能力有限等局限性。预应力荷载既能提高重力式挡墙的抗滑和抗倾覆能力又能提高挡墙墙体的抗剪强度,因而可以大大减小抗滑挡墙的截面尺寸和基础埋深,减少墙体工程量及基础开挖方量,从而可以降低整治滑坡的工程造价。抗滑挡土墙可以就地取材,采用浆砌片石砌筑。预应力锚索锚固段应锚固在滑坡体下的稳定岩土层内,锚固长度应根据所需的预应力荷载及锚同段周围岩土体特性综合确定(贵州省板坝[桂黔界]至江底[黔滇界]高速公路挡土墙设计中采用)。

3 其他一些构造措施

3 1 排水措施

挡土墙排水设施的主要作用是疏干墙后填料中的水分,防止地表水下渗造成墙后积水,从而使墙身免受额外的静水压力;消除粘性土填料因含水量增加产生的膨胀压力;减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力。

排水设施主要包括设置地面排水沟,引排地面水;夯实填土尤其是顶面和地面松土,防止雨水下渗,必要时加设铺砌;对于路堑墙墙趾前的边沟应予以铺砌,防止水渗入基础;设置墙身泄水孔,排除墙后水。对于常用的浆砌石挡土墙,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10c m∃10c m的方孔或圆孔,孔眼间距2m~3m,上下排泄水孔错开设置。泄水孔进水口应设置反滤材料。干砌挡土墙因墙身透水,可不设泄水孔。

3 2 沉降缝与伸缩缝的设置

挡土墙的沉降缝和伸缩缝一般设置在一起,每隔10m~15m设置一道,缝宽2c m~3c m,缝的两侧应平整且垂直通缝,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15c m。其主要作用是为避免地基不均匀沉降引起墙身开裂,同时,为了减少圬工砌体因收缩硬化和温度作用而产生裂缝。

3 3 墙顶与路面的衔接

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。

3 4 车辆安全行驶保障措施

为保证行车安全,在地形险峻地段的路肩墙,或墙顶高出地面6m以上且连续长度大于20m的路肩墙,或弯道处路肩墙的墙顶面以下相当于路面结构厚度部分应采用C20混凝土浇筑,并预埋钢筋,在其上设置防撞护栏或防撞墙。

4 结 语

公路挡土墙是为保证路基稳定性的重要构造物,尤其是在山区公路中,大规模挡土墙的应用更为广泛。因此,挡土墙的设计也必须重视,需综合考虑,多方案比选。

参考文献

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2010年第3期夏 琴:公路挡土墙的选型及基础处理措施∀41∀