无筋扩展基础在公路工程支挡结构中的分析与应用

摘要 文章聚焦于无筋扩展基础在高速公路挡土墙设计中的分析与应用，阐述了其在受力条件和工程经济性要求下的优势和关键设计考量。对于地基承载力较好、荷载相对适中的路段，无筋扩展基础因其施工简便、成本经济的特性而被广泛应用。文中探讨了此类基础的设计原理及其适应性，结合具体案例分析了在山区高速公路建设中无筋扩展基础的设计优化策略和实际效果，验证了无筋扩展基础在满足结构安全和工程经济效益双重目标上的可行性。

关键词 无筋扩展基础；公路工程；挡土墙

中图分类号 U417 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）18-0116-04

0 引言

挡土墙[1-2]作为道路基础设施的重要组成部分，在保障高速公路稳定性和安全运行中发挥着至关重要的作用。其主要功能在于防止由于地形、地质或人为因素导致的边坡失稳，保护路基免受土壤侵蚀或滑塌影响，确保交通线路的安全畅通[3]。随着工程技术的发展和环保理念的深化，挡土墙的设计与施工越来越注重经济、高效和环保，其中，无筋扩展基础因其独特的结构特性和良好的经济效益引起了广泛的关注。

无筋扩展基础[4-6]是一种利用自身材料重量以及与周围土壤的摩擦力和黏聚力共同承担荷载的挡土墙基础形式，尤其适用于地基土质较好、荷载分布均匀的情况，以其构造简单、施工便捷、节约材料和成本低廉的优势，在众多类型的挡土墙中脱颖而出，尤其是在高速公路建设领域具有广阔的应用前景。

然而，尽管无筋扩展基础在一定程度上降低了施工难度和成本，但在具体应用过程中仍需深入探究其在不同地质条件、环境因素和荷载情况下的适应性和稳定性。因此，该文旨在系统梳理无筋扩展基础的设计理论、关键技术以及其在高速公路挡土墙设计中的实践应用，结合具体工程案例进行深度剖析，以期为相关领域的设计与施工提供有价值的参考依据，并推动我国高速公路挡土墙设计技术的进一步发展和完善。

1 无筋扩展基础设计理论

无筋扩展基础亦称扩大基础，通常由混凝土、毛石混凝土、砖、灰土以及三合土等材料构成，其建造成本较低，物源丰富，适用性较为广泛。在规范中，对于无筋扩展基础的设计要求主要是规定高宽比以及结构基底单侧的平均压力值大小。

由于公路工程的使用周期较长，使用频次较高，受自然影响较大，所采用的材料应具有坚固耐用的特征。一般选用混凝土材料作为挡墙施工材料，而混凝土基础应满足宽高比的条件如表1所示。当基础底面单侧的平均压力超过300 kPa时，则需要进行抗剪强度的验算，基础尺寸如图1所示。

2 无筋扩展基础在挡土墙设计中的应用

公路工程在建设周期中会运用多种支挡结构形式，如挡土墙、抗滑桩等。而挡土墙使用场合较广，可用于支挡路堤填土、自然边坡岩土体，以防止路基或者土体发生变形失稳。当挡土墙基底地基较差，地势平坦，同时墙身的高度超过了一定的范围时，可以在已有墙趾下方增设一级无筋扩展基础，在显著减小基底压力的同时，基底的不平衡应力[7-8]也有较大的降低，进而提升挡墙的抗倾覆能力。

以墙背的倾斜情况，挡土墙可分为俯斜式、衡重式、直立式和仰斜式结构，其各有优缺点与适用性，下面就以高大的衡重式挡土墙作为分析对象，讨论无筋扩展基础对挡土墙设计的抗滑移与抗倾覆能力的影响­。

（1）抗滑移稳定

公路作为线性工程，挡土墙的滑移稳定与否关乎路堤横向稳定性，当发生横向移动时，路面多出现拉裂、路基堤身下陷等破坏形式。而挡土墙结构主要是依靠自身结构重力，抵抗路堤填土所产生的横向土压力，达到稳定边坡的目的。

（2）抗倾覆稳定

挡土墙发生倾覆破坏时，是结构自身围绕底部墙趾角点发生向外转动倒塌的现象，通常体现为结构断面设置不合理，或基底地基未做相应处治使得无法抵抗施工荷载或永久荷载所产生的土压力。

3 工程实例

（1）工程概况

西南某山区高速公路，线位基本走向由正北到西南向偏移，公路建设标准为设计路基宽度34 m，设计运行时速120 km/h，汽车荷载为公路I级。项目地处城市周边，用地指标较为严格，同时沿线基本农田分布广泛，建设阶段要求尽可能收缩项目用地，以保护基本农田和降低征地范围。但桥隧比在项目前期已完成定位与确立，收缩用地的主要措施体现在路基填方段设置较多高大挡土墙结构。沿线大致以剥蚀丘陵地貌为主，地形起伏较大，地表植被林木繁密，居民点分布零星散落，交通路网稀疏，运输条件较差。该项目基本地震动加速度反应谱特征周期为0.35 s，地震动峰值加速度0.10 g，对应地震基本烈度Ⅶ度，对于路基相关稳定性分析中可不考虑地震工况。

（2）理论参数计算

选取该项目某填方路段作为无筋扩展基础在挡土墙中的应用分析。原设计采用衡重式路堤墙作为路基收缩坡脚的支挡结构，路堤边坡从上至下三级，上两级边坡高8 m，第三级边坡高5 m，挡墙外露地面高度8.5 m，边坡每级平台宽1.5 m。挡墙墙顶外露宽0.5 m，如图2所示。

该路段为剥蚀丘陵地貌，斜坡地表多为第四系坡残积层覆盖，坡脚地表以下3.0 m为黄褐色可塑状混卵砾石黏土，3.0 m以下为可硬塑状混砾石黏土，根据勘察结果，可硬塑状混砾石黏土地基承载力特征值fao=200 kPa，基底均需采用换填碎石处治，参考《路基设计手册（第二版）》，挡墙计算参数综合取值如表2所示：

在挡墙高度不变的情况下，增设无筋扩展基础，无疑会增加挡墙墙身尺寸，还提升了工程建设规模，所以在保留墙身整体圬工量经济的前提下，仅减小挡墙顶宽，其余墙身参数维持不变，调整尺寸如图3所示。通过岩土分析计算挡土墙结构受力，得到成果如表3、表4所示。

原初拟挡土墙设计断面尺寸，对于基地的压应力较高，且不平衡力尤为显著，同时对基底承载力有着更高的要求，以至于换填处治深度更大，基坑开挖加大，进一步增加了建设规模。由此产生增设基底无筋扩展基础方案，在保持圬工量总体维持不变或略有减少的情况下，提升挡墙的稳定安全性能。

由表3～4计算成果可以得出，增设无筋扩展基础后，挡墙墙趾处的地基承载力降低幅度24.78%～26.83%，而墙踵处则提高25.01%～29.51%，进而降低墙趾与墙踵范围的不平衡力。增设基础后，抗倾覆的力臂有较大程度的提升，抗倾覆稳定能力大幅提升8.91%～10.97%；抗滑水平则有较小程度下降为0.71%～1.86%，但仍大于规范抗滑稳定安全系数要求的1.3。

4 结语

该文以某公路项目实例为背景，在原拟定挡墙结构尺寸的基础上，增设无筋扩展基础，以分析挡墙的受力情况，进而探讨对稳定安全系数的影响：

（1）无筋扩展基础结构形式简单，用材广泛，适用于各式结构，以降低基础压应力，提高结构稳定。

（2）在衡重式挡墙底部增设无筋扩展基础，可显著降低墙趾与墙踵范围内的不平衡力，进而减小基底的平均压应力，以适应于地质条件较差的工程建设环境。

（3）通过计算成果得到，在略微损失部分的抗滑能力（仍较大程度上超过规范要求的规定值），挡墙的抗倾覆能力有较大程度的提升，使得结构安全性能进一步提高。

综上所述，在公路工程高大挡墙中应用无筋扩展基础，可有效减小挡墙墙趾与墙踵的不平衡力，合理挡墙基底受力性能，使结构适应于更广的地质条件环境。然而，对于增设无筋扩展基础后，对于路堤的整体稳定、挡墙基底换填处治深度等问题还需进一步深入探讨。

参考文献

[1]路基设计手册[M].北京：人民交通出版社，1982.

[2]曾廉.挡土墙设计[M].北京：中国铁道出版社，1999.

[3]李升甫，何云勇.西部山区公路衡重式挡土墙标准化构造及应用[J].湖南交通科技，2016（4）：33-36.

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[5]杨更浩.软岩地基无筋扩展基础实体模型试验及设计方法研究[D].成都：西南交通大学，2016.

[6]建筑地基基础设计规范：GB 50007—2011[S].北京：中国建筑工业出版社出版，2012.

[7]杨强，陈英儒，刘耀儒.基于变形加固理论的高拱坝坝踵开裂分析[J].水利学报，2008（1）：20-26.

[8]宋子亨，刘耀儒，杨强，等.白鹤滩拱坝扩大基础加固效果研究[J].岩石力学与工程学报，2015（S2）：4403-4411.

[9]公路路基设计规范：JTG D30—2015[S].北京：人民交通出版社，2015.