擋土墻在公路建設(shè)中的應(yīng)用

余玉平

摘要:擋土墻是具有抵擋土壓力、防止土體塌滑的建筑物。常見的擋土墻有重力式、懸臂式、扶壁式、空箱式和板樁式等。本文主要介紹的是薄壁式擋土墻這一輕型支擋建筑物在公路建設(shè)中的使用范圍、受力原理、構(gòu)造特點(diǎn)、設(shè)計(jì)原理和施工中的有關(guān)規(guī)定及工藝流程等，并進(jìn)行了工程運(yùn)用實(shí)例的經(jīng)濟(jì)造價(jià)比較，對薄壁式擋土墻的運(yùn)用進(jìn)行了分析和探索。

關(guān)鍵詞:公路；擋土墻；應(yīng)用

1 前言

擋土墻是公路工程建設(shè)中常采用的支擋構(gòu)造物，其設(shè)計(jì)理論在不斷發(fā)展，結(jié)構(gòu)形式也隨之日新月異。我省山高谷深，多屬山嶺重丘區(qū)，地形、地質(zhì)錯(cuò)綜復(fù)雜。在目前我省的高等級公路建設(shè)中，如地基承載力較高，墻高小于10m的路堤墻或路肩墻，一般采用漿砌片塊石重力式或衡重式；填土較高、取土較困難或地基承載力較差的填方路段，可采用加筋擋土墻；對橫坡或設(shè)計(jì)坡比較陡，土質(zhì)較好路段，則采用錨桿式較為合理。但是，我省地形地貌的特殊性給公路工程設(shè)計(jì)和施工帶來很大難度，在一些農(nóng)田軟基或沿河路段，軟臥層較深(大于3m)，地基承載力很低(小于100Kpa)，如仍采用以上支擋形式，則需對地基作特殊處理，一般采用換填地基、擴(kuò)大基礎(chǔ)、砼樁基承臺、復(fù)合地基等幾種方式處治，其經(jīng)濟(jì)性較差，影響工程進(jìn)度，且施工工藝難以控制，往往給工程留下質(zhì)量隱患，其破壞多因受力后地基沉降變形和水平位移而引起。

2 薄壁式擋土墻的使用范圍及受力原理

薄壁式擋土墻屬輕型柔性構(gòu)造物，可分懸臂式和扶壁式兩種。是一種輕型支擋建筑物。它依靠墻身自重和墻底板以上填筑土體(包括荷載)的重力維持擋土墻的穩(wěn)定。其主要特點(diǎn)是構(gòu)造簡單，施工方便，墻身斷面較小，圬工量省，自身質(zhì)量輕，可以較好地發(fā)揮材料的強(qiáng)度性能，由于體積小，可節(jié)約用地。而且經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也比較好。它適用于地基承載力較低的地基或石料比較缺乏的地區(qū)，常用于填方路段作路肩墻或路堤墻使用。其受力原理是依靠墻身自重和墻踵板上填土的重力與土壓力水平分力相平衡而達(dá)到橫向穩(wěn)定，以擴(kuò)大墻底板面積和減小墻體自重來減小地基應(yīng)力，避免墻體沉降，設(shè)置墻趾板提高墻體抗傾覆能力。因此，薄壁式擋土墻的整體穩(wěn)定性與墻底板的寬度有關(guān)，增大墻底板寬度，可以提高擋土墻的抗滑穩(wěn)定性，減少基底應(yīng)力。

3 薄壁式擋土墻的構(gòu)造特點(diǎn)及設(shè)計(jì)原理

懸臂式擋土墻結(jié)構(gòu)形式成倒“T”形，主要由立壁、墻趾板、墻踵板三部分組成(如圖l所示)，其立壁為固結(jié)于墻底板的懸壁板。當(dāng)懸壁式擋墻墻高大于6m時(shí)，立壁下部的彎矩增大，耗用鋼筋較多，且墻頂變形較大，因此一般沿墻長方向每隔3～5m增設(shè)扶壁肋板，將立壁與墻踵板相互連接起來，該結(jié)構(gòu)形式即為扶壁式(如圖2所示)。扶肋起加勁作用，以改善立壁和墻踵板的受力條件，提高結(jié)構(gòu)的整體性和剛度，減少立壁的變形。墻底板寬度由墻趾板寬度、立壁底部寬度和墻踵板寬度三部分組成。薄壁式擋土墻各部位所受壓力大部分由混凝土承擔(dān)，鋼筋主要承受拉力和剪力。

3.1 薄壁式擋土墻基本構(gòu)造要求如下:

(1)分段

懸臂式擋土墻分段長度不應(yīng)大于15m，扶壁式擋土墻分段長度不應(yīng)大于20m，段間設(shè)置沉降縫和伸縮縫。

(2)立壁

為便于施工，立壁內(nèi)側(cè)(即墻背)做成豎直面，外側(cè)(即墻面)坡度不宜陡于l:O.1，一般為l:0.02～l:O.1，具體坡度值應(yīng)根據(jù)立壁的強(qiáng)度和剛度要求確定；當(dāng)擋土墻高度不大時(shí)，立壁可做成等厚度，墻頂寬度不得小于20cm；當(dāng)懸臂式擋土墻較高時(shí)，宜在立壁下部將截面加寬。

(3)墻底板

墻底板一般水平設(shè)置，底面水平。墻趾板的頂面一般從與立壁連接處向趾端傾斜。墻踵板頂面水平，但也可做成向踵端傾斜。墻底板厚度不應(yīng)小于30cm。墻踵板寬度由全墻抗滑穩(wěn)定性確定，并應(yīng)縣有一定的剛度，其值宜為墻高的(1/4～l/2)，且不應(yīng)小于50cm。墻趾板的寬度應(yīng)根據(jù)全墻的抗傾覆穩(wěn)定性、基底應(yīng)力(即地基承載力)和偏心距等來確定，一般可取墻高的(1/20～1/5)。墻底板的總寬度一般為墻高的(0.5～0.7)倍。當(dāng)墻后地下水位較高且地基軟弱時(shí)，墻底板寬度可增大到1倍墻高或更大。

(4)扶肋

扶肋間距應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)性要求確定，一般為(1/4～1/2)倍墻高，每段中設(shè)置三個(gè)或三個(gè)以上的扶肋，扶肋厚度一般為扶肋間距的(1/1O～1/4)倍，但不應(yīng)小于30cm，采用隨高度逐漸向后加厚的變截面，也可采用等厚式以利于施工。扶肋兩端立壁外懸長度根據(jù)懸臂梁的固端彎矩與設(shè)計(jì)采用彎矩相等的原則確定，即為兩扶肋間凈距的0.41倍。

(5)凸榫

為了提高薄壁式擋土墻的抗滑能力，減少墻踵板的寬度，常在墻底板底部設(shè)置凸榫，如圖4所示。為使凸榫前的土體產(chǎn)生最大的被動土壓力，墻后的主動土壓力不因設(shè)凸榫而增大，故應(yīng)注意凸榫設(shè)置的位置。通常將凸榫置于通過墻趾與水平面成(45o～/2)角線和通過墻踵與水平面成角線的范圍內(nèi)。凸榫高度應(yīng)根據(jù)凸榫前土體的被動土壓力能夠滿足抗滑穩(wěn)定性要求而定；寬度除了滿足混凝土的抗剪和抗彎拉要求外，為便于施工還不應(yīng)小于30cm。

3.2 薄壁式擋土墻的沒計(jì)原理

(1)土壓力計(jì)算:設(shè)計(jì)中土壓力計(jì)算可以采用三種理論，即按庫侖理論計(jì)算、按郎金理論計(jì)算、按第二破裂面理論計(jì)算。在計(jì)算過程中取荷載按等效均布荷載計(jì)算作用于擋土墻上的土壓力。

(2)墻踵板長度:由墻身抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算確定，并且有一定的剛度。

(3)墻趾板長度搬據(jù)全墻的傾覆穩(wěn)定、地基承載里和偏心距等條件確定。

(4)凸榫的厚度:應(yīng)根據(jù)凸榫前土體的被動土壓力能夠滿足全墻的抗滑穩(wěn)定要求而定。

(5)墻踵板與扶壁的連接為固結(jié)，與墻面板的連接考慮為跤接，即扶壁為固結(jié)于墻踵板的T型多截面懸臂梁，墻面板可視為扶壁的翼漂板。支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹國家技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，按全面規(guī)劃，遠(yuǎn)近期結(jié)合，統(tǒng)籌兼顧的原則，并應(yīng)滿足在各種設(shè)計(jì)荷載組合下支擋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、堅(jiān)固和耐久。在滿足技術(shù)可行、安全可靠的前提下，應(yīng)綜合考慮施工條件、環(huán)境影響和造價(jià)等因數(shù)。在薄壁式擋土墻的選用上，也一定要經(jīng)過方案比選，在具有較多使用條件時(shí)選用。

4 施工中的有關(guān)規(guī)定及工藝流程

薄壁式擋土墻采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，薄壁式擋土墻宜采用I級、II級鋼筋，混凝土強(qiáng)度等級不低于C20。當(dāng)墻高在5m內(nèi)時(shí)不采用懸臂式擋土墻，當(dāng)超過5m時(shí)采用扶壁式擋土墻，但墻高不宜超過15m，一般為9～10m。墻后填土應(yīng)在墻身混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70％后方可進(jìn)行，填料應(yīng)分層夯實(shí)，反濾層應(yīng)在填壓過程中即時(shí)施作。

薄壁式擋土墻宜就地整體澆筑，在城市道路中，為提高施工進(jìn)度，也可采用拼裝式結(jié)構(gòu)。采用拼裝式施工時(shí)，首先應(yīng)分別預(yù)制立壁(如為扶壁式則同扶肋一體)、墻底板，現(xiàn)場基礎(chǔ)處理整平后，安裝墻底板，澆筑榫口混凝土，完成擋土墻結(jié)構(gòu)的拼裝。但拼裝式擋土墻不宜在地質(zhì)不良地段和地震烈度大于或等于8度的地區(qū)使用。薄壁式擋土墻采用現(xiàn)場澆筑施工時(shí)，施工工序包括基槽開挖、地基處理、混凝土配合比設(shè)計(jì)、鋼筋骨架制作與成型、模板制作與安裝、混凝土澆筑、防排水設(shè)施、填料攤鋪與壓實(shí)等，其施工工藝流程如圖3所示。

5 工程運(yùn)用實(shí)例的經(jīng)濟(jì)造價(jià)比較

在軟臥層較深的軟土路基和城市道路建設(shè)中設(shè)置該類擋土墻，施工工藝較為簡便，能充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)性和協(xié)調(diào)性。例如在我省某公路一期工程K176+415～K177+720段軟土路基中，右側(cè)擋墻位于河床內(nèi)，河水沖刷嚴(yán)重，原設(shè)計(jì)為漿砌片塊石重力式擋土墻，墻高7.2m，地基允許承載力350Kpa，基坑開挖后，土質(zhì)為褐色淤泥和粉砂土，滲水較為嚴(yán)重，觸探試驗(yàn)表明，地基承載力僅80Kpa。為保證擋土墻穩(wěn)定，需進(jìn)行變更設(shè)計(jì)，其技術(shù)方案有:換填透水性材料、擴(kuò)大基礎(chǔ)處理、復(fù)合地基處理、樁基承臺基礎(chǔ)、薄壁式擋土墻等。采用換填片塊石墊層方案，需加深5.3m，基坑開挖面積增大，滲水無法排出，施工難以進(jìn)行，每延米增加投資約4000元；采用鋼筋混凝土樁基承臺基礎(chǔ)方案，施工工藝復(fù)雜，難以平行作業(yè)，所需工期較長，每延米增加投資約7200元；采用復(fù)合地基方案，因地下滲水嚴(yán)重，工藝復(fù)雜，施工質(zhì)量難以控制，每延米增加投資約5300元；但采用薄壁式擋土墻方案，施工工藝較為簡便，可以平行作業(yè)，加快施工進(jìn)度，造型美觀(立壁外側(cè)可根據(jù)需要設(shè)置不同圖案與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào))。能有效發(fā)揮材料的強(qiáng)度性能，每延米約增加投資3500元。在以上幾種方案中，顯然采用薄壁式擋土墻方案較為合理可行。

6 結(jié)束語

近年來，薄壁式擋土墻在國內(nèi)也開始大量應(yīng)用，我們要在工作中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，大膽引用，這將是今后城市道路建設(shè)主要采用的技術(shù)方案之一。