挡土墙设计需考虑的几个问题

王 泉

1 概述

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,并经常用于整治塌方、滑坡等路基病害。建造挡土墙的主要目的在于支挡墙后土体,防止墙后土体产生坍塌和滑移。挡土墙设计时,我们一般都会经过以下几个环节:挡土墙形式的选择、基础的处理、排水设计以及挡土墙材料的选择,以下我们展开探讨一下这几个问题。

2 挡土墙的形式选择

挡土墙类型的划分有多种。按照所处位置可分为路堑挡土墙、路肩挡土墙、路堤挡土墙;按建筑材料可分为块石、混凝土及钢筋混凝土挡土墙;按所处环境条件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。按结构形式分类,有仰斜式、俯斜式、衡重式、悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚杆式和锚定板式等。仰斜式、俯斜式、衡重式挡土墙通常由块石、砖、素混凝土等材料修筑而成,其特点是结构简单、施工方便,并能就地取材,是当前各类工程中应用最广泛的挡土墙。在此我们只讨论仰斜式、俯斜式、衡重式挡墙的选用。仰斜式的主动土压力最小,抗倾覆能力最强,抗滑移能力最差;其墙面、背坡较缓,一般为1∶0.2～1∶0.35,主动土压力最小,抗倾覆能力最强,抗滑移能力最差,同等高度圬工量最小。其相对于衡重式而言更贴近路基边坡,相对于俯斜式挡墙而言圬工量要少很多且对地基承载力要求较低,高度不足5 m时可控制在300 k Pa以内。一般适用于高度不大于5 m的、地势平缓,而地质情况较一般地区的路堑或路肩墙。俯斜式的主动土压力最大,抗倾覆能力最差,抗滑移能力最强;一般多用作路堤墙,可以充分收缩坡脚,大量减少填方和占地。挡墙的高度应能保证设墙后墙顶以上的边坡或土体的稳定,但由于圬工量较大,一般不宜超过8 m。衡重式的各项指标居中,衡重式挡土墙的优点在于利用衡重台上部填土的土压力作用和全墙重心的后移来增加墙身的稳定,减小断面尺寸;它的墙面陡直,下墙墙背仰斜,可大大降低墙高,减少基础的开挖量。主要适用于山区、地面横坡陡的路肩墙,也可用于路堑墙或路堤墙。一般在如设置仰斜式挡土墙墙高超过8 m时,就可以考虑采用衡重式挡土墙。在峡谷地段陡坡路堤多,路堑边坡高,山洪暴发易冲刷线路,常采用衡重式挡土墙防护崩塌落石或溜塌滑坡,这样可以减少工程数量,解决施工难度,节约工程造价,也有利于线路以后的安全使用与病害的防治。综上所述,选择挡土墙先要确定挡土墙的位置,当路肩墙与路堤墙高或断面圬工数量相近、基础情况相似时,应优先选用路肩墙;若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低,而且基础可靠时,宜选用路堤墙。必要时应作技术经济比较来确定挡土墙的位置。路肩墙、路堑墙优先选用仰斜式墙,当路基横坡较陡时,选用衡重式挡土墙,路堤墙优先选用俯斜式挡土墙。

3 挡土墙的基础处理

基础处理对于挡土墙的使用寿命影响很大,可以说绝大部分挡土墙的损害主要是基础出了问题。挡土墙设计有三个重要指标:基底承载力、抗滑移、抗倾覆。一般挡土墙设计时对于基底承载力都有要求,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20 cm,台阶高宽比可采用 3∶2或2∶1。当基础埋置深度基底层为土层时,因表土常为耕土或松土,基础埋置深度不得小于1 m,并在基底夯砂砾石或碎石作垫层。若基底土壤为较弱土层时,则应根据实际情况将基础尺寸加深、加宽,换填或采用换土桩基等加固;若基底为风化岩层时,应将其全部清除并须加挖0.15 m～0.25 m;若基底为基本岩层时,则挡土墙基础入岩层的尺寸满足JTG D30-2004公路路基设计规范要求即可。

4 挡土墙的排水

在进行挡土墙设计之前,应该对挡土墙所在位置周围的环境,地形情况有一个较为全面的了解,如挡墙后地面有无排水设施,地表水的排除是否通畅等。还应查明地表水和地下水的情况,若挡墙后为山坡,则最好在适当位置设置截水沟,及时排除地表水。此外,还应该查明地下水的情况。由于地下水具有一定的隐蔽性,往往容易被忽略。地下水可软化挡土墙地基,降低承载能力和抗滑能力,且事后不易处理。特别对建于遇水容易软化岩层(如泥岩,粉砂岩等)上的高挡墙,必须做好基底防护措施,确保其不被地下水侵蚀破坏。如果在设计挡土墙时,没有考虑排水措施或因排水不良,就将使墙后土的抗剪强度降低,导致土压力的增加。此外,由于墙背积水,又增加了水压力,这是造成挡土墙倒塌的主要原因。为了使墙后积水易于排出,通常在墙身布置适当数量的泄水孔。墙较高时,可在墙上部加设泄水孔。泄水孔采用10 cm×10 cm的方孔或圆孔。孔眼间距2 m～3 m,上下排泄水孔错开设置,最下排泄水孔应高出地面约30 cm。浸水挡土墙主要泄水孔高度应高出墙外侧设计水位30 cm方为合适。另外如果墙后填料为透水性较差的土质时,应在墙背设置连续反滤层,以加速土体中水分的排除。

5 挡土墙的材料选择

挡土墙材料主要为石料,石料应经过挑选,采用结构密实、质地均匀、不易风化且无裂缝的硬质石料。其抗压强度不小于30 MPa,同时表面要干净,不能粘有泥土或油质。尽量选用较大的条状片石砌筑。片石应具有两个大致平行的面,其厚度不小于0.15 m,宽度及长度不小于厚度的1.5倍,质量约30 kg。用作镶面的片石,可选择表面较平整,尺寸较大者,并应稍加修整。砌筑挡土墙用的砂浆标号应按挡土墙类别、部位及用途选用,具体参见JTG D61-2005公路圬工桥混凝土规范,宜采用中砂或粗砂。在墙高超过5 m或石料强度较低时,可在挡土墙的中部设置厚度不小于0.5 m的浆砌水平层,以增加墙体的稳定性。挡土墙的修建应遵循就地取材的原则,在有石料的地区,应尽可能的采用水泥砂浆砌片石砌筑。水泥砂浆标号,一般地区及寒冷地区采用M7.5号;浸水地区及严寒地区采用M10号。片石的极限抗压强度均不得低于30 MPa。对于浸水和潮湿地区的石砌主体土程,石料的软化系数应不低于0.8,在严寒地区尚应满足抗冻试验的要求。在缺乏石料的地区一般采用C15号混凝土或片石混凝土;严寒地区采用C20号混凝土或片石混凝土。另外在挡土墙高大于10 m时一般宜采用C20混凝土现浇挡墙较为合适。

以上便是挡土墙设计中我们常常面临考虑的几个问题,只有把这几个问题真正的结合实际状况解决好,我们的挡土墙设计也就成功了一半。另外还有一半便是外业调查,外业调查越详细,我们考虑问题的基础就越牢靠,我们设计出来的挡墙就越有依据,经得起考验。

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