山區公路擋土墻設計淺析
發布時間：2010-01-14 共2頁
簡介： 擋土墻是公路工程中廣泛采用的一種構造物，特別在山區公路中，應用更為廣泛。本文主要介紹采用容許應力法進行擋土墻設計的情況，分析山區公路擋土墻設計中的重點問題，并提出了較為合理可行的建議與措施。
關鍵字：山區公路 擋土墻設計 土壓力 庫倫理論 穩定
1 前言
公路擋土墻是用來支承路基填土或山坡土體，防止填土或土體變形失穩的一種構造物。在路基工程中，擋土墻可用以穩定路堤和路塹邊坡，減少土石方工程量和占地面積，防止水流沖刷路基，并經常用于整治坍方、滑坡等路基病害。
擋土墻的形式多種多樣，按其結構特點，可分為：石砌重力式、石砌衡重式、加筋土輕型式、砼半重力式、鋼筋砼懸臂式和扶壁式、柱板式、錨桿式、錨定板式及垛式等類型；按其中路基橫斷面上的位置，又可分：路肩墻、路堤墻及路塹墻；按所處的環境條件，又可分為：一般地區擋墻、浸水地區擋土墻及地震地區擋土墻?？紤]擋土墻設計方案時，應與其他工程方案進行技術經濟比較，分析其技術的可行性、可靠性及經濟的合理性，然后才確定設計方案，并根據實際情況進行擋土墻的選型。
在山區公路中，由于地形條件更為復雜，地勢更為陡峭，因此，擋土墻的應用更為廣泛。近幾年來，筆者參加了二十多段、共三百多公里的山區公路（二、三級）的設計，主要負責路基防護工程，特別是擋土墻的設計，對山區公路擋土墻的設計積累了一定的經驗與體會，在此提出，僅供同類工程設計時參考。
2 擋土墻設計的基礎資料及設計參數
2.1 基礎資料
擋土墻設計時，必須具備以下資料：路線平面圖、縱斷面圖、橫斷面圖，地質資料（包括工程地質勘察報告、工程物探報告），地震勘探報告，水文資料，總體設計資料及構造物一覽表等。
2.2 設計參數的選取
2.2.1 墻背填料的物理力學性質 對于山嶺重丘二、三級公路的擋土墻設計，當缺乏試驗數據時，填料的計算內摩擦角及容重可參照表1及表2選用：
表1 填料內摩擦角ψ參考值
| 土的種類 | 塊石 | 大卵石、碎石類土 | 小卵石、礫石、粗砂、石屑 | 中、細砂、砂質土 | 粉砂 | 粘土 |
| 內摩擦角（°） | 45 | 40 | 35 | 30 | 26 | 14-21 |
| 土的種類 | 礫石、碎石、礫質土 | 砂、砂質土 | 粉土、粘性土 （ωl<50%） |
石灰土 （石灰10%） |
粉煤灰 |
| 容重（KN/m3） | 20 | 19 | 18 | 18 | 15 |
2.2.3 基底摩擦系數 基底摩擦系數μ應依據基底粗糙程度、排水條件和土質確定。
2.2.4 地基容許承載力 地基容許承載力可按照《公路設計手冊·路基》及有關設計規范規定選取。
2.2.5建筑材料的容重 根據有關設計規范規定選取。
2.2.6砌體的容許應力和設計強度 根據有關設計規范規定選取。
2.2.7砼的容許應力和設計強度 根據有關設計規范規定選取。
3 擋土墻的選型
3.1 材料選擇
漿砌片石擋土墻取材容易，施工簡便，適用范圍比較廣泛。山區公路中，石料資源較為豐富，在擋土墻高≤10米時，因地制宜，采用漿砌片石砌筑，可以較好地滿足經濟、安全方面的要求。
3.2 截面形式選擇
根據擋土墻結構類型及其特點分析，當墻高＜5時，采用重力式擋土墻，可以發揮其形式簡單，施工方便的優勢。同時，由于山區公路地面橫坡比較陡峭，若采用仰斜式擋土墻，會過多增加墻高，斷面增大，造成浪費，采用俯斜式擋土墻會比較經濟合理。一般在路塹墻、墻趾處地面平緩的路肩墻或路堤墻等情況下，才考慮采用仰斜式擋土墻。當墻高≥5且地基條件較好時，采用衡重式擋土墻，可以有效地減小截面，節省材料。
3.3 位置選擇
在挖方邊坡比較陡峭時，采用路塹擋土墻，可以降低邊坡高度，減少山坡開挖，避免破壞山體平衡；在地質條件不良情況下，還可以支擋可能坍滑的山坡土體。
對于采用路肩擋土墻或路堤擋土墻，應結合具體條件考慮，必要時應作技術經濟比較。因為路堤擋土墻承受荷載較大，受力條件較為不利，截面尺寸也較大，所以錄路堤墻與路肩墻的墻高或截面污工數量較為接近，基礎情況相仿時，采用路肩墻比較有利。
4 土壓力的計算
擋土墻設計的經濟合理，關鍵是正確地計算土壓力，確定土壓力的大小、方向與分布。土壓力計算是一個十分復雜的問題，它涉及墻身、填土與地基三者之間的共同作用。計算土壓力的理論和方法很多。由于庫倫理論概念清析，計算簡單，適用范圍較廣，可適用不同墻背坡度和粗糙度、不同墻后填土表面形狀和荷載作用情況下的主動土壓力計算，且一般情況下計算結果均能滿足工程要求，因此庫倫理論和公式是目前應用最廣的土壓力計算方法。
4.1 庫倫主動土壓力計算公式及計算簡圖
主動土壓力計算公式：
Eα=1/2γH2Ka
式中：Eα——主動土壓力（KN），γ——土的容重（KN/m3），H——擋土墻高（m） ，Ka——庫倫主動土壓力系數。
《公路設計手冊·路基》中，以庫倫理論為基礎，按墻后填土表面的形狀和車輛荷載分布情況的不同，推導出各種情況下的主動土壓力計算公式，設計時可根據實際情況查表計算。
4.2 第二破裂面土壓力的計算
在擋土墻設計中，當墻背或假想墻背的傾角α1或α‘1大于第二破裂面的傾角αi，或作用于墻背或假想墻背的土壓力對墻背法線的傾角δ’小于或等于墻背摩擦角δ時，就會出現第二破裂面，這種情況下，應按破裂面出現的位置來求算土壓力。
對于一般常用的俯仰式擋土墻，不會出現第二破裂面，對于衡重臺較寬的衡重式擋土墻，則較易出現第二破裂面。各種邊界條件的第二破裂面主動土壓力計算公式詳見《公路設計手冊·路基》。
因此設計過程中，應先采用試算的方法，判別第一破裂面出現的位置，計算破裂角，并根據計算所得的第二破裂面傾角判斷是否會出現第二破裂面，然后再選用合適的公式計算主動土壓力。
