衡重式超高挡土墙在山区公路中的应用

何蛟　罗劲松

摘要：文章通过一个衡重式超高挡土墙施工实例，阐述了衡重式超高挡土墙在山区公路中的应用，其中包括了衡重式超高挡土墙的适用范围、支挡原理、尺寸拟定、稳定验算、施工要点等内容，为衡重式超高挡土墙在山区公路中的应用与推广提供参考经验。

关键词：衡重式;超高挡土墙;山区公路

中国分类号：U417.1+1文献标识码：A

0 引言

我国山区地域广阔，山区公路在交通路网中扮演着重要的角色，为山区的交通建设做出了极大贡献。山区公路由于地势险峻、工程造价、技术水平等诸多因素限制，很多临沟临崖路段均需设置挡墙支护工程。衡重式挡土墙作为支挡工程中的一种，在山区公路的支护工程中发挥着重要的作用。当沟崖较深时可适当设置衡重式超高挡土墙，在满足支护安全的同时，达到就地取材、控制造价、施工简便等效果。本文将通过一个衡重式超高挡土墙施工实例，详细地阐述衡重式超高挡土墙在山区公路中的具体应用，为山区公路中超高擋土墙的建设提供一些参考经验。

1 工程概况

广西壮族自治区某山区公路路段，公路等级为四级公路，设计速度为20 km/h，汽车荷载为公路—Ⅱ级，路基全宽6.5 m，路面全宽6 m。项目路线经过区域地势陡峻，地形变化较大。在项目实施过程中发现某路段路基出现坍塌，导致其右侧路基宽度不足，无法填筑路基，需在该路段增设挡墙支护工程。该路段沟底至路基顶面高差约20 m，路基下边坡地质情况主要为堆积侵蚀地貌，上部为残破积黏土层，厚度为0.5～1.5 m，土黄色～褐色，含少量碎石颗粒，下伏基岩为泥质粉砂岩、砂岩，开挖边坡基岩风化严重，节理发育较为破碎并伴有顺层。下伏基岩的端土极限承载力δR为1 200 kPa，容许承载力σ0为650 kPa。

2 衡重式超高挡土墙的选用

路基支护工程中，重力式挡土墙、衡重式挡土墙、扶壁式挡土墙、加筋土挡土墙等都是比较常用的支挡形式，但各自有各自的特点与适用条件。对于挡土高度≤5 m的路基挡墙，一般采用重力式挡墙;当挡土高度>5 m时，可采用衡重式挡土墙;扶壁式挡土墙可进一步提高挡墙砌筑高度，但挡墙底板必须有足够的宽度，特别是在前齿部位;加筋土挡土墙是一种能适应软土地基砌筑高挡墙的支挡结构。从本项目的工程实际出发，重力式挡土墙支挡高度较低，扶壁式挡土墙与加筋土挡土墙造价较高，工艺较复杂，故本路段对支挡结构高度、工程造价、施工工艺等多因素综合考虑后，决定采用衡重式挡土墙。

衡重式挡土墙的支挡原理是利用衡重平台上的填土重量，迫使墙身整体重心后移，使基底应力趋于均衡，以此增加墙身的稳定性。一般情况下，挡土墙超过12 m后，称为超高挡土墙。本路段路基下边坡采用衡重式超高挡土墙支护，拟定挡墙高度为17 m。

3 衡重式超高挡土墙的尺寸拟定

本路段路基下边坡采用衡重式超高挡土墙支护，根据交通部衡重式挡墙通用图及挡墙基底地质情况，拟定的尺寸具体为：挡墙高度为17 m，挡墙顶宽为1.40 m，挡墙底宽为4.57 m，衡重台宽为1.40 m，外墙坡率为1∶0.05，上墙背斜率为1∶0.40，下墙背斜率为1∶0.25，墙趾高度为1 m，墙趾宽度为0.8 m，墙趾底面坡率为1∶10。具体尺寸见图1。

一般情况下，挡土墙由于造价原因多采用M7.5或M10浆砌片石材料。本路段衡重式挡土墙为超高挡土墙，为提高挡土墙的整体强度与稳定性，同时也不至于造价过高，本路段衡重式超高挡土墙采用C25片石混凝土材料分层浇筑成形。

4 衡重式超高挡土墙的稳定验算

根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）第5章第5.4.2条规定：挡土墙设计应进行其承载力能力极限状态计算和正常使用极限状态验算，以及挡土墙抗滑稳定、抗倾覆稳定和整体性验算。本路段衡重式超高挡土墙的稳定验算，采用理正岩土计算机软件进行辅助计算，主要验算步骤为：

第一步为原始条件输入，一般包括墙身尺寸、物理参数、场地环境等参数的录入，相当于一个建立模型的过程。

第二步为荷载分析并进行荷载组合分类，一般根据受力特征分为三类组合，相当于一个模型加载的过程。

第三步为各个特征指标、特征截面的具体验算，一般包括滑动稳定性验算、倾覆稳定性验算、地基应力及偏心距验算、基础强度验算、上墙截面强度验算（容许应力法、极限状态法）、墙底截面强度验算（容许应力法、极限状态法）、台顶截面强度验算（容许应力法、极限状态法）等内容。这相当于一个应力应变计算与容许值验算的过程。

采用理正岩土计算机软件进行辅助计算，能比较方便地对挡土墙的受力情况进行验算，同时也能较方便地出具相应的计算书。针对计算书中的计算步骤、计算公式以及验算指标，应根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）中的详细规定进行详细复核，确保无误后方可认定挡土墙验算通过。本路段衡重式超高挡土墙的稳定验算采用理正岩土计算机软件进行辅助计算，具体的验算过程摘取部分如下：

4.1 滑动稳定性验算

基底摩擦系数=0.500

采用倾斜基底增强抗滑动稳定性，计算过程如下：

基底倾斜角度=5.711（°）;

Wn=1 829.375（kN），En=313.908（kN），Wt=182.937（kN），Et=435.230（kN）;

滑移力=252.293（kN），抗滑力=1 071.641（kN）;

滑移验算满足：Kc=4.248>1.300。

滑动稳定方程验算：

滑动稳定方程满足：方程值=821.880（kN）>0.0。

地基土层水平向：滑移力=464.305（kN），抗滑力=1 274.781（kN）。

地基土层水平向滑移验算满足：Kc2=2.746>1.300。

4.2 倾覆稳定性验算

相对于墙趾，墙身重力的力臂Zw=3.349（m）;

相对于墙趾，上墙Ey的力臂Zx=6.005（m）;

相对于墙趾，上墙Ex的力臂Zy=13.213（m）;

相对于墙趾，下墙Ey的力臂Zx3=5.559（m）;

相对于墙趾，下墙Ex的力臂Zy3=4.368（m）。

验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性：

倾覆力矩=3 058.514（kN·m），抗倾覆力矩=7 995.083（kN·m），

倾覆验算满足：K0=2.614>1.500。

倾覆稳定方程验算：

倾覆稳定方程满足：方程值=3 075.402（kN·m）>0.0。

4.3 地基应力及偏心距验算

基础类型为天然地基，验算墙底偏心距及压应力，取倾斜基底的倾斜宽度验算地基承载力和偏心距：

作用于基础底的总竖向力=2 143.282（kN），作用于墙趾下点的总弯矩=4 936.570（kN·m）;

基础底面宽度B=4.380（m），偏心距e=0.113（m）;

基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn=2.303（m）;

基底压应力：趾部=565.368（kPa），踵部=413.348（kPa）;

最大应力与最小应力之比=565.368/413.348=1.368;

作用于基底的合力偏心距验算满足：e=0.113（m）≤0.200×4.380=0.876（m）。

墙趾处地基承载力验算满足：压应力=565.368≤624.000（kPa）。

墙踵处地基承载力验算满足：压应力=413.348≤676.000（kPa）。

4.4 墙底截面强度验算

验算截面以上，墙身截面积=73.117（m2），重量=1 681.702（kN）;

相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=3.355（m）。

（1）容许应力法

法向应力检算：

作用于截面总竖向力=2 085.154（kN），作用于墙趾下点的总弯矩=4 921.485（kN·m）;

相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=2.360（m）。

截面宽度B=4.467（m），偏心距e1=0.127（m）;

截面上偏心距验算满足：e1=0.127≤0.250×4.467=1.117（m）。

截面上压应力：面坡=546.260，背坡≤387.321（kPa）;

压应力验算满足：计算值=546.260≤1 000.000（kPa）。

切向应力检算：

剪应力验算满足：计算值=-82.775≤90.000（kPa）。

（2）极限状态法

重要性系数=1.000;

验算截面上的轴向力组合设计值Nd=2 078.365（kN）;

轴心力偏心影响系数=0.956;

挡墙构件的计算截面每延米面积A=4.467（m2）;

材料抗壓极限强度Ra=14 000.000（kPa）;

圬工构件或材料的抗力分项系数=1.540;

偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数为0.924。

计算强度时：

强度验算满足：计算值=2 078.365≤38 834.645（kN）。

计算稳定性时：

稳定性验算满足：计算值=2 078.365≤35 871.848（kN）。

5 衡重式超高挡土墙的施工要点

本项目衡重式超高挡土墙经过验算，已满足稳定性与截面强度要求。对于衡重式超高挡土墙的施工，其与一般衡重式挡土墙的施工大体一致。关键的区别在于两点：（1）衡重式超高挡土墙需要分层浇筑，所以分层浇筑是衡重式超高挡土墙施工的难点;（2）衡重式超高挡土墙的高空外模，一定要牵引牢固。针对衡重式超高挡土墙的分层浇筑，其具体施工有如下几个要点：（1）注意合理安排分层厚度;（2）注意振捣密实;（3）注意避免片石混凝土离析;（4）可以适当预埋接茬钢筋;（5）注意处理好施工缝。更多更详细的施工技术可参照《公路路基施工技术规范》（JTG F10-2006）、《公路挡土墙设计和施工技术细则》（2008年3月版）等技术规范。

6 结语

衡重式挡土墙在山区公路中应用广泛，而衡重式超高挡土墙作为一种造价适中、工艺不难的支挡形式，也应当在山区公路支挡工程中成为不错的选择。在条件适宜的情况下选择衡重式超高挡土墙，可达到就地取材、控制造价、施工简便等效果。本文通过衡重式超高挡土墙施工实例，阐述了衡重式超高挡土墙在山区公路中的应用，希望能为山区公路的支挡工程提供一些参考经验。

参考文献：

[1]JTG D30-2015，公路路基设计规范[S].

[2]JTG F10-2006，公路路基施工技术规范[S].

[3]中交第二公路勘察设计研究院有限公司.公路挡土墙设计和施工技术细则[M].北京：人民交通出版社，2008.