路堤挡土墙选型及适用条件分析

(平潭综合实验区公路管理局，平潭350400)

路堤挡土墙选型及适用条件分析

■石敏

(平潭综合实验区公路管理局，平潭350400)

重力式挡墙是道路工程设计中最常用的支挡型式，重力式挡墙又分为仰斜式、俯斜式、衡重式等多种型式，具体在设计中应采用何种型式的挡墙，本文通过对三种不同型式重力式挡墙的土压力及经济性等方面对比分析，阐述了如何进行路堤挡土墙选型以及重力式挡墙的适用条件。

路堤挡土墙重力式挡墙选型

重力式挡土墙墙身自重支撑土压力来维持其稳定。重力式挡墙型式简单，施工方便，适应性较强，因此被广泛运用。但由于其圬工数量较大，对地基承载力要求较高。常用的挡墙截面型式为仰斜式、俯斜式、衡重式三种，由于不同挡墙型式所受的土压力不同，因此截面尺寸和挡墙基底应力均不同，本文通过在相同条件下对三种挡墙型式进行受力特征和经济比较，为道路工程挡墙设计提供参考。

1 路堤挡土墙选型分析

1.1 挡墙设计参数

为方便比较，本文按路堤填土高度0m、4m、8m控制，并为三种挡墙选用的相同的设计参数，参数选择参考《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)。具体如下表1。

表1 挡墙设计参数

计算仅考虑一般地区挡墙，取用荷载组合Ⅰ、Ⅱ。

1.2 挡土墙土压力计算

作用在挡土墙墙背上的主动土压力，一般按库伦理论计算。

库伦主动土压力基本公式,如公式(1)。

式中，Ea为主动土压力(kN)；γ为土的容重(kN/m3)； H为挡土墙高(m)；Ka为库伦土压力系数。

1.3 挡土墙稳定验算及强度计算

挡土墙的设计应保证其在自重和外荷载作用下不发生全墙的滑动和倾覆，并保证墙身截面有足够的强度、基底应力小于地基承载力和偏心距不超过容许值。因此在拟定墙身断面形式及尺寸之后，应进行墙的稳定及强度验算。

(1)滑动稳定性验算

挡土墙沿基底的滑动稳定系数Kc应不小于1.3，计算公式如式(2)。

式中，W为挡土墙自重；Ex、Ey为主动土压力的水平和垂直分力(kN)；f为基底摩擦系数。

(2)倾覆稳定性验算

挡土墙绕墙趾的倾覆稳定系数应不小于1.5，计算公式如式(3)。

式中，Zx为Ey对墙趾O点的力臂(m)；ZY为Ex对墙趾O点的力臂(m)；为对墙趾O点的力臂(m)。

(3)基底应力及偏心验算

基底的合力偏心距e的计算公式如式(4)：

式中，[σ]为地基土修正后的容许承载力(kPa)。

(4)墙体截面强度验算

通常选取1～2个截面进行验算。验算截面可选在基础底面、1/2墙高处或上下墙交界处等。墙身截面强度验算包括法向应力和剪应力的验算。剪应力包括水平剪应力和斜剪应力两种，重力式挡土墙只验算水平剪应力。

1.4 计算结果

根据数值分析软件计算，表2、3、4分别为仰斜式、衡重式、俯斜式挡墙在相同参数条件下满足稳定性及强度的计算结果。

表2 仰斜式挡墙计算结果

表3 衡重式挡墙计算结果

表4 俯斜式挡墙计算结果

1.5 计算分析

对仰斜式、衡重式、俯斜式挡墙分别从挡墙截面面积、主动土压力、墙趾部压应力对比图1～3可以看出，在相同墙高及挡墙计算参数一致的情况下仰斜墙背所受的土压力为最小，衡重墙背次之，俯斜墙背较大；因此仰斜式的墙身断面较经济，且对地基承载力要求较低。这是由于仰斜式挡墙墙背后仰，在破裂角范围内的填土重度最小，因此所受的主动力较小。俯斜式挡墙墙背后俯，在破裂角范围内填土重度最大，故俯斜式挡墙所受主动土压力最大。衡重式挡墙墙背介于两者之间，因此受力居中。

图1 表面面积对比图

图2 主动土压力对比图

图3 墙趾压应力对比图

2 路堤挡土墙适用条件

路堤挡土墙是道路工程设计中由于路线附近存在构筑物、河流等有避让需要时设置，或者现状地面坡度较大，造成填方阶数过大以及薄填的时候施工机具不好碾压而在设计中考虑设置挡墙。

在确定需要设置支挡措施收坡的情况下，首先需考虑设计的用地范围，因为重力式挡墙墙身及挡墙基础均较大，当临近建筑物较近时，则无法实施需考虑其他的支挡措施；其次在确定可以实施重力式挡墙的情况下，则要从墙身截面尺寸、地基土承载力、场地施工条件等去选用重力式挡墙。下面结合挡墙计算结果及分析分别阐述三种重力式挡墙的适用条件。

2.1 仰斜式挡墙适用条件

在上述的挡墙稳定性验算结果和对比分析中，我们可以看出仰斜式挡墙在相同条件下墙身面积最优且对地基承载力要求较低，但由于仰斜式挡墙墙背后仰，后部存在三角区域，导致施工机具无法对该块区域的填料进行压实；由于面坡后仰在横坡较陡的情况下，挡墙基础埋置深度需用墙趾前的安全襟边宽度来控制，导致仰斜式挡墙墙身高度较其他类型挡墙要高，挡墙的经济性降低。所以仰斜式挡墙适用于在地面平坦的路肩墙和路堤墙。

2.2 衡重式挡墙适用条件

在上述的挡墙稳定性验算结果和对比分析中，我们可以看出衡重式挡墙墙身面积和地基承载力均居中。衡重式挡墙采用陡直的墙面，比仰斜式挡墙占地少；墙背在上下墙间设有衡重台，利用衡重台上填土的重力使全墙重心后移，从稳定性计算表中可以看出墙趾墙踵压应力接近，增加了墙身的稳定；下墙采用仰斜墙背，可以减小基础宽度，减少开挖工作量，但存在三角区域，无法机械压实。所以衡重式挡墙适用于山区地形陡峻处的路肩墙和路堤墙。

2.3 俯斜式挡墙适用条件

在上述的挡墙稳定性验算结果和对比分析中，我们可以看出俯斜式挡墙墙身面积和地基承载力均较大。俯斜式挡土墙采用陡直的墙面，占地少；俯斜墙背的坡度缓，施工方便；在有石料来源且地基承载力较好的路段可以采用俯斜式挡墙作为路肩墙和路堤墙。

3 结束语

本文在相同的挡墙计算参数的条件下对仰斜式、衡重式、俯斜式挡墙按不同填土高度分别计算。在挡墙稳定均满足的情况下对三种挡墙在墙身截面面积、主动土压力、基础压应力进行对比分析，并根据分析结果分别阐述了挡墙的适用条件。在地形地貌复杂的道路工程中，挡墙占比较大，因此在安全性、经济性的情况下合理的选择挡墙型式显得尤为重要。

[1]陈忠达.公路挡土墙设计[M].北京:人民交通出版社,1999.

[2]JTGD30-2015，公路路基设计规范[S].

[3]JTG F10-2006，公路路基施工技术规范[S].

[4]交通部第二勘察设计院.公路设计手册《路基》[M].北京:人民交通出版社,1996.