公路挡土墙选型及设计实例分析

董天兵

（浙江省交通规划设计研究院，浙江 杭州 310006）

公路挡土墙选型及设计实例分析

董天兵

（浙江省交通规划设计研究院，浙江 杭州 310006）

公路工程建设中，常需要采用一定的支挡构筑物对路基、边坡等进行防护。因其良好的受力性能、便捷的施工工艺及建筑材料的多样性，挡土墙成为最常见的支挡结构形式。探讨了常见挡土墙的类型、构造及适用范围，总结了挡土墙设计过程中的要点，并以一工程实例重点介绍了桩板式挡土墙的特点及在工程中的应用，详细分析了其计算要点及设计理念，具有一定的参考性。

支护工程；挡土墙；桩板式

0 引言

在公路工程中，为防止路基土或边坡土体滑动及失稳，常采用挡土墙来抵抗土体传来的土压力，以确保路基土及边坡的稳定。同时，合理设置挡土墙可缩小路基及路堑边坡放坡范围，减少对土地的占用，并能大大减少土石方数量，在公路工程中具有十分重要的作用[1]。在路基填土、路堑放坡或河流堤岸等位置，挡土墙应用广泛。在公路支挡防护工程中应用挡土墙时，需全面分析工程类型与地质情况，对比选择符合该类工程的挡墙结构，以保证公路工程的质量与安全。

1 挡土墙的构造与适用范围

挡土墙结构各式各样，随着公路工程的不断发展，越来越多的新型挡土墙结构被应用于实践中。新材料、新工艺的进步，使得挡土墙结构形式得到了较大的发展。但每种挡土墙结构形式，由于自身结构特点，并不能完全适用于任何工程中。工程应用时需充分了解各类挡土墙的特点及适用性，以求得最优受力及最经济的方案。

根据挡土墙设置位置的不同，可将挡土墙分为路堑墙、路堤墙、路肩墙及山坡墙。按照挡土墙结构形式的不同，可将挡土墙分为圬工结构的重力式及半重力式挡土墙，钢筋混凝土结构的悬臂式或扶壁式挡土墙、桩板式挡土墙，设置锚杆（索）的锚杆、锚定板挡土墙，柔性结构的加筋挡土墙等[2]。下面重点分析以下几类挡土墙的结构形式及使用范围。

1.1 重力式及半重力式挡土墙

重力式及半重力式挡土墙可广泛适用于一定墙身高度范围内的路堤墙、路肩墙以及路堑墙，包括一般地段、长期浸水地段或地震区域地带。重力式挡土墙一般采用圬工结构，也可设置部分拉筋以减少圬工数量的半重力式挡土墙结构，主要依靠自重来抵抗墙后土体的土压力。作为最常见的挡土墙，其结构可由预制块砌筑而成，也可采用素混凝土或添加一定比例的片石立模板现浇而成。重力式挡土墙有仰斜式、垂直式、俯斜式、凸折式、衡重式及台阶式几类[3]。采用重力式挡土墙时需对墙身高度进行限制，当墙身高度超过10 m时，需采用较大的结构断面，工程数量急剧增加，十分不经济。墙顶为整体现浇混凝土时，宽度不应小于0.4 m；当为浆砌圬工时，墙顶宽度应在0.5 m以上。墙背坡度可分为俯斜式及仰斜式，其坡度分别不宜缓于1∶0.4及1∶0.25；墙面坡度为1∶0～1∶0.2。

1.2 悬臂式及扶壁式挡土墙

悬臂式及扶壁式挡土墙可作为填方路堤段的支挡结构，不宜用作路堑墙。由于底板较宽大，基底应力较小，在地基承载力不足的填方路堤可采用。悬臂式及扶壁式挡土墙的主体结构为底板及立壁，底板包含前趾板和后踵板。悬臂式挡土墙墙身高度较小，通常在5 m以下，而扶壁式挡土墙由于立壁后设置了加劲肋板，受力性能较悬臂式优越，其墙身高度最大可做到15 m高。立壁的外侧可设置1∶0.02～1∶0.1的坡度做成仰斜式，以加厚立壁根部，但其顶部厚度不可小于0.2 m，内侧宜为竖直。前趾板和后踵板端部厚度不宜小于0.3 m。扶壁式挡土墙其扶壁厚度以大于0.3 m为宜，其厚度值可取两扶壁间距的1/8～1/6；从抗拉效应及造价两方面考虑，加劲肋的间距可采用墙高的1/3～1/2。

1.3 加筋挡土墙

加筋挡土墙是一种柔性结构的挡土墙，它是由填土、加筋体及外侧面板三者组成的[4]。其作用机理主要是靠经压实的填土与筋体的摩擦作用，将土体的侧向压力传递给拉筋，由拉筋承受土压力效应，从而保护土体的稳定。可作为拉筋的材料较为丰富，如合成纤维、镀锌薄钢带等。由于采用垂直填土，没有放坡，因此对土地的侵占很少。由于本身的柔性机理，因此在软弱地基上比其他挡土墙结构适应性更好，在微小地基变形时也能保证土体稳定，抗震性能也很优越，造价也比其他挡土墙低，综合经济效益比较明显。加筋挡土墙可做的很高，但不宜超过20 m；当一般路段的墙高超过12 m时，应多级修建并设置错台。

1.4 桩板式挡土墙

当场地不宜采用砌筑或现浇挡土墙结构时，可先打入桩基础，再分层开挖浇筑桩间挡土板，从而形成桩板式挡土墙。适用于表土及强风化层较薄的均质岩石地基，也可用于地震地区的路堑或路堤支挡或滑坡等特殊地段的治理。桩板式挡土墙桩基可分为悬臂段及锚固段，主要靠埋入土体部分的锚固力以及桩前土体被动土压力来抵抗墙后土地的主动土压力，以达到墙体的整体稳定。在土质地基上时，桩身悬臂段及锚固段长度比不应大于1∶1；当为嵌岩桩时，其比值不应大于1∶2[5]。无锚索桩基最大的悬臂高度可做到15 m，而预应力锚索桩的悬臂高度可达20～25 m。桩基可预制打入或采用钻孔桩，圆桩的直径或矩形预制桩的短边最小尺寸均不应小于1.25 m。桩间距的设置应合理均匀，一般为5～8 m。挡土板需考虑与桩基的搭接，板厚不小于0.2 m，且板厚应随埋深而增大，以抵抗侧土压力。

2 挡土墙的附属构造

2.1 排水设施

挡土墙应设置排水设施，以疏干墙后土体和防止地面水下渗，避免墙后积水形成静水压力，消除黏性土填料浸水后的膨胀力，减少寒冷地区回填土的冻胀压力，保证墙体的稳定性。

（1）墙身排水：目的是迅速排除墙后土体内积水，通常做法是在墙身适当位置处设置一排或数排泄水孔。泄水孔一般为5～10 cm的圆孔，间距为2～3 m，应上下错开布置。最下排泄水孔应高出地面或边沟水位0.3 m。泄水孔可采用PVC管或其他类型排水管。

（2）地面排水：为防止地表水通过渗流的方式进入挡土墙背侧土体或地基，常在墙后地表面设置排水沟等措施，引导地表水的流向。对于汇水面积较大的山坡，可在坡面上设置一定数量的天沟，将坡面水引导到路面排水系统或其他地方。

2.2 沉降缝与伸缩缝

由于地质条件的不均匀性，墙体会因为地基的不均匀沉降而开裂，因此需要在地质条件变异和墙身尺寸变化处设置沉降缝。而为了防止圬工砌体因收缩硬化和温度变化产生裂缝，需设置伸缩缝。通常做法是沿挡土墙布置方向每隔10～15 m设置一道缝，墙身及基础同时设置。缝宽为2～3 cm，缝内宜填塞沥青麻筋等有弹性的材料，沿内、外、顶三方填塞，深度不小于0.15 m。

3 工程实例分析

本工程为某地区一外环路，道路西侧桩号K2+482～K2+914范围为临江侧。根据道路平纵横设计，该路段道路边坡若按正常放坡，则西侧边坡均位于江岸内，且常年浸水。受地形、地质等施工条件限制，由于靠近江边的土质较差，且一般支护开挖后会出现较高的地下水位，施工难度较大，因此考虑采用施工较简便安全、开挖断面对现状边坡影响较小、不受地下水位限制的桩板式挡土墙作为此路段的主要支护形式。

3.1 挡土墙结构设计

根据道路设计相关资料，知该路段填土厚度为6～11 m，即路基顶面至河床坡面距离。河床自上而下地层结构依次为：淤泥、杂填土、高液限黏性土、全风化灰岩、微风化灰岩。桩板式挡土墙桩基一般为嵌岩桩，故本工程桩底需嵌入微风化灰岩中，嵌入深度不小于桩径，并由计算确定。挡土墙设计如下：支护桩桩径D=200 cm，C30钢筋混凝土桩，桩中心距D=500 cm，嵌岩深度暂按1.5倍桩径考虑；采用C30钢筋混凝土挡土板：桩顶标高往下0～2 m为Ⅰ型挡土板（板厚0.35 m），2～4 m为Ⅱ型挡土板（板厚0.40 m），4～6 m为Ⅲ型挡土板（板厚0.45 m），6 m以下为Ⅳ挡土板（板厚0.55m）。桩板式挡土墙纵、横断面如图1和图2所示。

3.2 桩身结构计算分析

根据上述初步拟定的结构形式，结合地质勘查报告反映的地质条件及岩土工程力学特性，采用理正岩土计算软件，取最不利状态下P124号桩基（桩长25 m）进行结构计算及稳定性分析。结构内力及位移如图3所示。

图1 桩板式挡土墙纵断面图（局部）

图2 桩板式挡土墙横断面图

由图3可知，桩身最大弯矩发生在距离桩顶17.0 m处，最大弯矩值Mmax=9 483 kN·m；最大剪力Vmax=7 001.1 kN，距离桩顶21.5 m。桩身计算所需配筋面积A=42 066 mm2；桩顶最大位移ymax=54 mm。

（1）截面配筋计算：由上可知，桩身抗弯所需截面配筋面积A=42 066 mm2，结合内力计算结果及以往工程经验，设计配筋面积取56根32的HRB400钢筋沿圆周均匀布置，并按桩基圆心120°扩散角对受土压力侧进行钢筋加密，以抵抗侧土压力，实际配筋面积A=59 484 mm2，大于截面计算所需配筋面积A=42 066 mm2。经裂缝验算，最大裂缝宽度σ=0.14 mm，小于裂缝限值0.2 mm。截面配筋及裂缝均满足规范要求。

（2）桩身变形计算：对于永久性支护桩，桩顶位移不应大于桩长的1/200，且不应大于10 cm。由图3可知，桩顶最大位移ymax=54 mm＜2 500/200=125 mm，桩身位移满足规范要求。

（3）反算嵌岩深度：由相关规范可知，当桩基所嵌入的基岩顶面为水平或坡度小于10°时，桩的有效嵌岩深度H可按下式计算：

式中：VZD为桩身最大剪力，kN；MZD为桩身最大弯矩值，kN·m；frk为岩石单轴抗压压强度标准值，kPa；η为系数，取03～1.0；d为桩基直径，m。

由桩身计算最大弯矩及剪力值，结合式（1）可得出P124号桩基嵌岩深度H=4.32 m，大于预设值3 m。为保证桩底嵌岩深度符合规范要求，需根据计算结果调整桩长。桩基最终计算长度为26.32 m。

（4）整体稳定性计算：取最终计算桩长计算整体稳定性，在最不利荷载组合下，总抗滑力F抗= 5 456.250 kN，总下滑力F滑=2 799.501 kN，稳定系数K=F抗/F滑=1.949≥1.250，符合规范要求。

3.3 挡土板结构配筋计算

各类挡土板配筋结果见表1。

表1 挡土板配筋计算表

由上可知，桩身及挡土板截面配筋、裂缝、位移计算均符合规范要求。

4 结语

随着我国公路事业的不断发展，各种类型的挡土墙被应用于公路支挡工程中。在选择挡土墙形式及挡土墙构造设计时，需充分了解不同类型挡土墙的结构特点及适用的环境，并做相应的方案比选，结合地质及水文资料，考虑施工工艺、工程造价、结构受力的合理性及墙体外观的景观效果，经综合比较后方可确定。

[1]陈忠达.公路挡土墙设计[M].北京：人民交通出版社,1999.

[2]公路挡土墙设计与施工技术细则[M].北京：人民交通出版社, 2008.

[3]王良,刘元雪.重力式挡土墙抗滑移的可靠度分析[J].重庆工商大学学报(自然科学版)，2005(06)：609-611.

[4]李广信.关于土工合成材料加筋设计的若干问题[J].岩土工程学报，2013(04)：605-610.

[5]李海光.新型支挡结构设计与工程实例[M].北京：人民交通出版社,2004.

U417.1+1

B

1009-7716（2016）05-0057-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.05.016

2016-02-03

董天兵（1971-），男，浙江黄岩人，本科，路桥工程师，从事公路设计、测绘工作。