贵阳首个超高重力式挡土墙施工技术

张彦伟 宋星光

在市政道路工程中，挡土墙是为了防止固体废弃物堆积体被冲蚀或易发生滑塌、崩塌、或稳定人工开挖形成高陡边坡，或避免滑坡体前缘再次滑动而修建的挡土工程。按照挡土墙断面的设计几何形状及其受力特点，常用的挡土墙形式可分为重力式、半重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式等。在路堤边坡防护中，重力式挡土墙的应用较为广泛。重力式挡土墙是依靠墙身自重来维持稳定的，根据挡土墙断面的设计几何形状及其受力特点可分为仰斜式、垂直式、俯斜式、凸型折线式、衡重式五类。

1 工程及地质概况

贵阳市某市政道路工程路堤填方施工里程段总长255 m，其中填方高度在15 m～20 m之间的总长为170 m，占设计总长(255 m)的67%;其中填方高度达到20 m的总长为105 m，占设计总长(255 m)的41%。现场填方路段周边居民建筑密集，同时紧邻国家AAAA级原始自然生态景区。

填方路程段位于原始生态公园山体坡脚，坡度较陡，坡度在1∶1～1∶0.5之间;其地表主要为第四系杂填土、耕植土及残坡积粘土层，覆盖层厚约0.5 m～1.0 m;下伏基岩为三叠系安顺层(T1a)厚层白云岩，三叠系大冶组(T1d)薄～中厚层石灰岩。根据调查，线路通过地段岩溶较发育。岩溶形态以地表浅部的溶沟(槽)、石芽为主，岩体内主要为溶孔、垂直溶洞(隙)、悬臂岩体等，溶洞被粘土呈半充填或全充填状态。

2 设计方案

挡土墙设计荷载为城—A级荷载。挡土墙设计采用C25片石混凝土(片石掺量不超出每次浇筑总体积的20%)。上、下层新旧混凝土之间采用接槎石进行连接，接槎石布置间距为1.2 m×1.2 m。

2.1 基础结构设计

挡土墙基础置于基岩上，基岩风化程度应控制在中～微风化;挡土墙前趾嵌入完整基岩内的深度不小于150 cm;基底无岩溶，反之应将其内填充物清除，并用高标号混凝土进行回填处理。

针对不同挡土墙墙身高度(H)，挡土墙基础结构可选择不同的形式。当14 m≤H≤20 m，选用A型基础。为提高挡土墙与基底围岩的摩擦力，避免挡土墙在压力作用下发生滑移，在原有仰坡(坡率1∶20)的基础上特对A型基础增加榫头结构，提高基础与基底围岩的锲接能力。当10 m＜H＜14 m时，选用B型基础。

2.2 墙身结构设计

挡土墙墙身混凝土结构采用分层、分段进行模筑，分层高度为2 m、分段长度为15 m。沿线路走向每隔15 m设一道沉降缝，缝宽2 cm，用胶泥或泡沫板进行填塞;为提高混凝土墙身结构之间的整体性，在挡土墙墙身高度6 m～20 m之间的沉降缝增设榫头结构。为将主动土压力进行转换、分解，设计将挡土墙墙背在原设计基础上进行了优化设计。即在原设计挡土墙斜坡墙背(坡率为1∶5)的基础上每2 m为分层高度，以此为分界并且逐层修筑台阶，台阶宽度为75 cm。混凝土墙身具体结构形式见图1。

3 重力式挡土墙设计计算

3.1 土压力的计算

根据现场工程地形地貌及相关要求，C25片石混凝土墙身高H=20 m，墙顶以上无填石(即填石表面与水平面的夹角β=0°)，挡土墙墙背后填石容重γ=20 kN/m3，内摩擦角φ=35°，挡土墙墙背与填石间的摩擦角δ=φ/2，墙背俯斜1∶0.53(挡土墙墙背与竖直面的夹角α=28°)，墙体容重γk=24 kN/m3，挡土墙墙身顶宽0.75 m，其墙身分段长度B=15 m，设计荷载为城—A级，防撞墙每延米重8.32 kN/m。

根据JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范规定，当土层特性无变化但有汽车荷载作用时，作用在挡土墙后的主动土压力标准值在β=0°时，可按照库仑土压力进行计算。

上述计算式中:

此外，上述主动土压力计算式中h代表汽车荷载的等代均布填层厚度，根据CJJ 77-98城市桥梁设计荷载标准中的规定计算得:城—A级车辆荷载的等代均布荷载填层厚度h=0.78 m。

综上所述，作用于C25片石混凝土挡土墙的主动土压力E=33 634 kN，主动土压力的着力点距离计算填层底面C=6.9 m;主动土压力的水平分力EX=E·cos(δ+α)=23 574 kN、垂直分力EY=E·sin(δ+α)=23 989 kN。

3.2 挡土墙基底应力和抗剪强度验算

15.0 m长，20.0 m高的C25片石混凝土挡土墙及其上护栏自重∑Gw=48 005 kN、主动土压力的垂直分力EY=23 989 kN。C25片石混凝土挡土墙基础嵌入微分化～中分化白云岩基岩中，其嵌入完整基岩的深度不小于150 cm，根据现场工程地质情况和GB 50007-2002建筑地基基础设计规范，GB 50021-2001岩土工程勘察规范相对照判断，地基围岩属于软质岩(较软岩)、岩体较完整，其岩石地基基本承载力[σ0］=500 kPa～800 kPa。

在运营期间，作用在基底的竖直方向的压力N=∑Gw+∑EY=71 994 kN，基底的承受平均应力 σ=(∑Gw+∑EY)/A=374 kN/m2＜[σ0］=500 kPa～800 kPa，基础地基承载力能够满足设计要求。

在运营期间，C25片石混凝土挡土墙墙身的最大剪应力τmax=0.77 MPa＜[τ0］=1.0 MPa，挡土墙采用 C25 片石混凝土能够满足设计要求。

3.3 挡土墙稳定性验算

挡土墙稳定计算主要包括抗滑动稳定系数Kc和抗倾覆稳定系数Ko的计算。

根据JTG D30-2004公路路基设计规范中的要求，Kc=

根据上述说明代入相关参数，计算得 Kc=2.12＞[Kc］=1.3。

Ko，其中计算式中各参数具体含义见JTG D30-2004公路路基设计规范中的说明。

根据挡土墙结构形式及相关参数计算得:KO=3.57＞[KO］=1.5。

综合上述分析，挡土墙的抗滑动稳定系数Kc和抗倾覆稳定系数KO均满足JTG D30-2004公路路基设计规范中相关要求。

4 施工技术要求

4.1 模板工程

1)模板选择:挡土墙的墙面侧采用高2.0 m，长1.5 m，厚5 mm的组合钢模板，钢模板之间通过M16螺栓进行连接。为避免模板接缝之间的漏浆，模板之间设计“0.5 mm的公母扣”进行过渡。挡土墙的墙背和两侧面采用定形的组合钢模板，定形的组合钢模板尺寸为高0.5 m，长1.0 m，厚5 mm，钢模板之间采用M16螺栓进行连接。此外，为避免模板与基面接头位置存在的缝隙出现漏浆现象，现场采用M10砂浆进行封堵。2)模板加固:挡土墙墙面一侧的模板可通过增设水平杆、木支撑进行固定、加固，同时在模板内侧架设斜拉撑、临时斜支撑进行加固。挡土墙的墙背和两侧面的组合钢模板固定、加固同墙面。挡土墙之间的榫头采用木板进行加工，刨光后直接用“U”形卡进行固定。

4.2 混凝土工程

1)混凝土灌注。混凝土全部使用商品混凝土，混凝土搅拌运输车进行混凝土运输，现场使用自制滑槽(脚手架支撑、固定和3 mm钢板加工成型)和汽车输送泵相互配合进行混凝土浇筑施工。HBT系列混凝土输送泵(俗称地泵)，其混凝土输送管道基本为φ150 mm和φ125 mm，混凝土输送管道需要搭建专门的支架，同时输送管道在混凝土浇筑完成后，需要专门拆除后清洗，现场操作繁琐、困难。与HBT系列混凝土输送泵相比较，自制滑槽和汽车输送泵相对比较简单，容易操作。

2)片石回填。现场施工采用人工抛填、汽车式起重机配合的方式进行。首先在汽车式起重机吊钩增加一钢筋笼，然后将清洗干净的片石装入其中，待其起吊至片石填放处时，现场由人工进行抛填。在混凝土结构模板上方使用竹跳板搭设人行通道，确保片石抛填均匀，以保证片石混凝土的质量。

4.3 排水工程

超高重力式挡土墙施工中，挡土墙自身排水系统的设计合理性及施工质量是保证运营期间挡土墙结构安全的关键。

为防止超高重力式挡土墙的墙背后积水，同时避免因积水对填层的破坏和所产生水压力对挡土墙墙身结构的破坏。现场施工过程中，在挡土墙墙背分台阶处设置外倾坡度为5%、间距4×2 m梅花形布置、直径为10 cm的泄水孔(进水口处的碎石过滤包采用外包200 g/m2土工布的大粒径砾石或碎石，过滤包最小截面尺寸不小于30 cm×30 cm×30 cm)的基础上，挡土墙墙背后2 m范围内回填级配碎石，以其墙背台阶顶面为界设置厚度不小于20 cm粘土隔水层。

此外，在必要时可以进行“透水试验”来检查挡土墙自身排水系统的施工质量。

5 结语

上述超高防护重力式挡土墙于2009年8月初开始组织施工，2009年10月底完成，工程建设周期不到2个月。施工期间对周边环境的影响甚小，同时比原桥梁设计节约近600万元。在挡土墙墙背进行回填过程中，现场对挡土墙垂直度、稳定性(抗滑动)均进行了监控，亦未发现任何变化，监控结果显示挡土墙结构性能良好。

与其他工程设施相比较，挡土墙有着计算理论简单、施工工艺便捷、工程投资节约、周边环境影响小、建设工期较短的显著特点。随着城市道路建设速度的加快，为了减少对建设周边环境的影响，尤其是减少临时征地和拆迁，高挡土墙的设计及施工可作为一个有效的工程防护途径。

[1]贵阳市建筑设计院有限公司.贵阳市瑞金北路延伸段道路工程黔灵山隧道(土建)施工图[Z］.2008.

[2]JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范[S］.

[3]JTJ 041-2000，公路桥涵施工技术规范[S］.

[4]JTG F10-2006，公路路基施工技术规范[S］.

[5]JTG D30-2004，公路路基设计规范[S］.

[6]GB 50021-2001，岩土工程勘察规范[S］.

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[8]CJJ 77-98，城市桥梁设计荷载标准[S］.

[9]JTJ D61-2005，公路圬工桥涵设计规范[S］.

[10]陈仲颐，周景星，王洪瑾.土力学[M］.北京:清华大学出版社，1994.