道路工程中重力式挡土墙的选型分析

卢水梅

（中铁四院集团南宁勘察设计院有限公司 广西南宁 530003）

1 前言

在道路工程中，重力式挡土墙具有结构简单、施工方便、取材广泛等特点而被普遍使用。边坡支挡设置挡土墙很大部分原因是受地界限制，放坡空间不足，故在有限的投资成本下，做出既安全又节省的方案是对设计人员的首要要求，同时也要结合现场施工条件，确保实施方案优质可行。

重力式挡土墙可采用块石、片石、混凝土预制块作为砌体，或采用片石混凝土、混凝土进行整体浇注。随着机械化程度的日益普及，受人力作业局限性和适用条件限制，干砌、浆砌片石重力式挡土墙使用频率下降，相比片石混凝土，素混凝土墙在工程中的使用日益广泛。故本文以素混凝土重力式挡土墙展开论述，从技术与经济角度进行分析对比，为工程技术人员在设计施工中做一参考借鉴。

2 重力式挡土墙的常用类型

重力式挡土墙按墙背常用线型，可分为仰斜式、垂直式、俯斜式、凸折式、衡重式、台阶式等类型，如图1所示。本文对公路、城市等道路工程中采用较为普遍的仰斜式与衡重式展开分析。

图1 重力式挡土墙的常用类型

3 挡土墙验算指标

3.1 地基验算

挡土墙设计与施工中，对地基的承载力有明确要求，一般按正常使用极限状态下作用（或荷载）效应标准组合，相应的抗力采用地基承载力特征值。设计中要求挡土墙基底所受的最大压应力不应小于承载力特征值（或修正值），与此息息相关的是对其垂直于基础底面的合力的偏心距e0的要求。对e0的限制规定，是基于防止基础产生过大不均匀沉降和保证基础的稳定。设计中，一般按作用（或荷载）增大对挡土墙结构起不利作用考虑，按作用（或荷载）组合Ⅱ、Ⅲ、施工荷载组合相应对e0的要求：非岩石地基e0≤B/6，较差的岩石地基e0≤B/5，坚密的岩石地基e0≤B/4。以下计算中以非岩石地基为例，即需满足e0≤B/6。实际设计中多采用软件计算，而软件往往设置的是统一参数，设计者应引起注意，区分不同的地质条件。

3.2 稳定性验算

（1）一般要求

挡土墙稳定性应同时满足抗滑动和抗倾覆稳定，本文中计算按作用（或荷载）组合Ⅰ、Ⅱ的情况要求：抗滑动稳定系数Kc≥1.3，抗倾覆稳定系数≥1.5。

（2）整体稳定性验算

设置于不良土质地基、表土下为倾斜基岩地基及斜坡上的挡土墙，应对挡土墙地基及填土的整体稳定性进行验算，其稳定系数不应小于1.25，其他情况不做整体稳定性验算要求。本文中挡土墙验算不考虑整体稳定性要求。

4 挡土墙选型计算分析

为方便对比分析，本文计算中将模拟条件尽量简化。一般截面强度检算中截面上的偏心距e0都能满足要求，此处偏心距e0，仅指作用于基底的合力偏心距。强身材料拟定为C20混凝土，取抗压极限强度14MPa，受压抗力分项系数1.54，抗压强度设计值7.82MPa。作用在挡土墙上的填土侧压力仅考虑墙背主动土压力，不计水压力。荷载系数：组合系数1.000，挡土墙结构重力分项系数=1.2，墙顶上的有效永久荷载分项系数=1.4，墙顶与第二破裂面间有效荷载分项系数=1.4，填土侧压力分项系数=1.4，车辆荷载引起的土侧压力分项系数=1.400（本文计算采用软件“理正岩土计算6.5版”）。实际设计中，挡土墙的尺寸截面可变化多样，本文中笔者根据设计经验直接拟定计算模型，不再论证。

4.1 路堑

路堑挡土墙中一般以仰斜式较为适宜，多采用面坡1：0.2、背坡1：0.2，按照图2中模拟条件（LQY模型），经计算优化后的设计墙型如表1。

以上述模拟条件设计为基础，取边坡高8m进行对比，按照图3中衡重式型式（LQH模型）进行试算，结果如表2所示。

图3 衡重式路堑挡土墙（LQH模型）

由表2可知，从空间利用和对地基的要求方面考虑，衡重式挡土墙按LQH1-6、LQH1-7尺寸设计时，方案较为合理，纵向对比即墙型越向仰斜式收敛越合理。但衡重式的LQH1-6、LQH1-7与重力式的LQY1-3对比，经济成本明显升高。此外，当墙背岩土条件较好时，临时开挖坡面可与墙背一致，能有效减少超挖量及超挖回填土达不到密实度要求的带来的不利影响，故一般路堑边坡挡土墙以仰斜式为宜。

表1 仰斜式路堑挡土墙（LQY）计算表（取基底摩擦系数f=0.35）

4.2 路堤

道路工程中路堤重力式挡土墙分为路肩墙和坡脚墙，路肩挡土墙一般多采用衡重式，以图3（LJH模型）、图4（LJY模型）模拟条件做分析对比。

图4 衡重式路肩档土墙（LJH模型）

图5 仰斜式路肩档土墙（LJY模型）

由表3可知，在满足稳定性要求条件下，调节墙身截面尺寸可优化基底的压力分布，降低对地基的要求。整体而言，衡重式墙型较仰斜式墙型对基底承载力要求稍高，但其分布均匀性更好，从占地范围看，衡重式墙型明显优于仰斜式。道路工程中，道路红线宽度往往受限，当不同车道间存在高差，高差为直立横断面时采用路肩衡重式挡土墙成为较为优选的支挡措施。

对于路堤放坡空间不够时，可在坡脚设置挡土墙，其计算原理同路堑边坡，本文不再展开论述。值得注意的是，路堤直接承受车辆荷载，墙背填土质量直接影响路基质量，故挡土墙选型或设计时，应在保障墙背填土压实度方面多做考虑，如选用直立或俯斜式的墙背，或在墙背一定范围采用易于压实的填料回填等。

5 结语

本文以简单条件模拟计算，分析了仰斜式、衡重式分别贯用于路堑和路肩边坡支挡的原因，所论述的内容是岩土力学应用中较为浅显基础的部分应用。实际工程设计中，条件往往较为复杂，准确判断工况条件、合理选用设计参数是设计质量保证的前提。设计者首先要有扎实的理论功底，要加强对土力学、岩土知识的学习与理解，做到知其然，更知其所以然。

表3 路肩挡土墙（LJH/LJY）计算表（取基底摩擦系数f=0.30）