山區(qū)公路擋土墻設(shè)計(jì)淺析
發(fā)布時(shí)間：2010-01-14 共2頁
5 擋土墻的穩(wěn)定驗(yàn)算及強(qiáng)度驗(yàn)算
擋土墻的設(shè)計(jì)應(yīng)保證其在自重和外荷載作用下不發(fā)生全墻的滑動(dòng)和傾覆，并保證墻身截面有足夠的強(qiáng)度、基底應(yīng)力小于地基承載力和偏心距不超過容許值。因此在擬定墻身斷面形式及尺寸之后，應(yīng)進(jìn)行墻的穩(wěn)定及強(qiáng)度驗(yàn)算。擋墻的驗(yàn)算方法有二種：一種是采用分項(xiàng)安全系數(shù)的極限狀態(tài)法，另一種是總安全系數(shù)的容許應(yīng)力法。目前國內(nèi)多數(shù)應(yīng)用容許應(yīng)力法設(shè)計(jì)擋土墻。下面是采用容許應(yīng)力法進(jìn)行擋土墻驗(yàn)算的簡介。
5.1 滑動(dòng)穩(wěn)定驗(yàn)算
擋土墻沿基底的滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)Kc應(yīng)不小于1.3.計(jì)算公式為：
Kc= （W+Ey）f / Ex
式中：W——擋土墻自重，衡重式時(shí)，包括衡重臺(tái)上的土重（KN），Ex，Ey——主動(dòng)土壓力的水平和垂直分力（KN），f——基底摩擦系數(shù)。
設(shè)計(jì)中，為增加擋土墻的抗滑穩(wěn)定性，常將基底做成向內(nèi)傾斜，以增大滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)。基底斜坡坡度一般不超過1：5.
5.2 傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算
擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定系數(shù)Ko應(yīng)不小于1.5.計(jì)算公式為：
Ko=（WZw+EyZx）/（ExZy）
式中：Zx——Ey對墻趾O點(diǎn)的力臂 （m），Zy——Ex對墻趾O點(diǎn)的力臂 （m），Zw——W對墻趾O點(diǎn)的力臂 （m）。
5.3 基底應(yīng)力及偏心驗(yàn)算
基底的合力偏心距e.計(jì)算公式為：
e=B/2-Zn=B/2-（WZw+EyZx-ExZy）/（W+Ey）
在土質(zhì)地基上，e≤B/6；在軟弱巖石地基上，e≤B/5；在不易風(fēng)化的巖石地基上，e≤B/4.
當(dāng)e≤B/6時(shí)，墻趾和墻踵處的法向壓應(yīng)力為：
σ1，2=（W+Ey）（1±6e/B）/B≤[σ]
式中，[σ] ——地基土修正后的容許承載力（KPa）
[σ]= [σo]+K1γ1（B-2）
式中，[σo] ——地基土的容許承載力（KPa），K1 ——地基土容許承載力隨基礎(chǔ)寬度的修正系數(shù)，γ1 ——地基土的天然容重（KN/m3）。
當(dāng)e>B/6時(shí)，基底出現(xiàn)拉應(yīng)力，考慮到一般情況下地基與基礎(chǔ)間不能承受拉力，故不計(jì)拉力而按應(yīng)力重分布計(jì)算基底最大拉應(yīng)力：
σ1=2（W+Ey）/ 3Zn≤[σ]
若出現(xiàn)負(fù)偏心，則上式的Zn改為（B-Zn）。
5.4 墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算
通常選取一、兩個(gè)截面進(jìn)行驗(yàn)算。驗(yàn)算截面可選在基礎(chǔ)底面、1/2墻高處或上下墻交界處等。
墻身截面強(qiáng)度驗(yàn)算包括法向應(yīng)力和剪應(yīng)力的驗(yàn)算。剪應(yīng)力包括水平剪應(yīng)力和斜剪應(yīng)力兩種，重力式擋土墻只驗(yàn)算水平剪應(yīng)力，而衡重式擋土墻還需進(jìn)行斜截面剪應(yīng)力的驗(yàn)算。
6 采取措施
完成了擋土墻截面設(shè)計(jì)及穩(wěn)定、強(qiáng)度驗(yàn)算之后，必須采取必要的措施，以保證擋土墻的安全性。
6.1 基礎(chǔ)加固措施
6.1.1 為減少基底壓應(yīng)力，增加抗傾覆的穩(wěn)定性，在墻趾處伸出一臺(tái)階，以拓寬基底。墻趾臺(tái)階的寬度不小于20cm，臺(tái)階高寬比可采用3：2或2：1.
6.1.2 地基為軟弱土層時(shí)，可用砂礫、碎石、礦渣或灰土等質(zhì)量較好的材料換填，以擴(kuò)散基底壓應(yīng)力，滿足設(shè)計(jì)要求。
6.2 排水措施
對于漿砌石擋土墻，應(yīng)在墻前地面以上設(shè)置一排泄水孔。墻較高時(shí)，可在墻上部加設(shè)泄水孔。泄水孔采用10×10cm的方孔或圓孔，孔眼間距2~3米，上下排泄水孔錯(cuò)開設(shè)置。泄水孔進(jìn)水口應(yīng)設(shè)置反濾材料。
6.3 沉降縫與伸縮縫的設(shè)置
為避免地基不均勻沉降引起墻身開裂，需按墻高和地基性質(zhì)的變異，設(shè)置沉降縫，同時(shí)，為了減少圬工砌體因收縮硬化和溫度化作用而產(chǎn)生裂縫，需設(shè)置伸縮縫。擋土墻的沉降縫和伸縮縫設(shè)置在一起，每隔10~15m設(shè)置一道，縫寬2~3cm，自墻頂做至基底，縫內(nèi)宜用瀝青麻絮、瀝青竹絨或涂以瀝青的木板等具有彈性的材料，沿墻的內(nèi)、外、頂三側(cè)填塞，填塞深度不小于15cm.
6.4 墻頂與路面的銜接
當(dāng)墻頂寬大于土路肩寬度時(shí)，擋土墻侵入土路肩部分應(yīng)預(yù)留出相當(dāng)于路面結(jié)構(gòu)厚度部分以鋪筑路面。
6.5 車輛安全行駛保障措施
對于路肩墻，其墻頂面以下50cm采用C20砼澆筑，并預(yù)埋鋼筋，在其上設(shè)置防撞欄或防撞墻。
7 材料要求
7.1 石料須經(jīng)過挑選，質(zhì)地均勻，無裂縫，不易風(fēng)化。
7.2 石料的抗壓強(qiáng)度應(yīng)不低于30MPa.
7.3 盡量采用較大的石料砌筑，塊石應(yīng)大致方正，其厚度不小于15cm，寬度和長度相應(yīng)為厚度的1.5~2.0倍和1.5~3.0倍。
7.4 采用7.5號(hào)砂漿砌筑，10號(hào)砂漿勾縫。
8 設(shè)計(jì)體會(huì)
8.1 設(shè)計(jì)參數(shù)的選取
因用于計(jì)算主動(dòng)土壓力的庫倫理論較適用于砂性土，而對于粘性土的壓力計(jì)算會(huì)存在一定的誤差，所以對于以粘性土做填料的擋土墻計(jì)算，設(shè)計(jì)參數(shù)如填料的內(nèi)摩擦角等的取值應(yīng)相對保守。由于庫倫理論是一種簡化的土壓力計(jì)算方法，所以對于以砂性土做填料的擋土墻，設(shè)計(jì)參數(shù)也應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況取相對保守值。
8.2 安全系數(shù)的選取
對墻高≥6m的擋土墻，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)建議將安全系數(shù)提高20%，以保證其安全性。
8.3 墻面坡的選取
出于美觀和施工方便的考慮，一段擋土墻通常都采用一個(gè)墻面坡。對于山區(qū)公路擋土墻，采用較陡的墻面坡，可有效減小墻高，節(jié)省材料。一般情況下，重力式擋土墻（俯傾式）、衡重式擋土墻墻面坡取1：0.05，仰斜式擋土墻的墻面坡取1：0.25，均能滿足設(shè)計(jì)要求。
8.4 墻背坡的選取
仰斜式擋土墻的墻背坡一般不超過1：0.3，具體結(jié)合開挖的臨時(shí)邊坡選取。
俯斜式擋土墻的墻背坡一般取1：0.2，隨著墻高增加，墻頂寬度相應(yīng)增大。
對于衡重式路肩擋土墻，當(dāng)墻高≤8m時(shí)，上墻背坡取1：0.25，墻高＞8m而≤10m時(shí)，上墻背坡取1：0.3；下墻背坡取1：0.25.若為路堤墻，則上墻背坡應(yīng)相應(yīng)加大。
8.5 設(shè)計(jì)控制重點(diǎn)
對于俯斜式擋土墻，由于所受土壓力較大，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意其穩(wěn)定和抗傾覆的驗(yàn)算。對于衡重式擋土墻，一般較容易滿足穩(wěn)定要求，墻身斷面的強(qiáng)度成為擋土墻設(shè)計(jì)中主要的控制指標(biāo)，所以一定要采用高強(qiáng)度的材料砌筑。
9 結(jié)束語
公路擋土墻是路基防護(hù)工程的重要組成部分。在山區(qū)公路中，擋土墻的應(yīng)用更為廣泛。擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)地調(diào)查、勘測，確定構(gòu)造物的形式與尺寸，運(yùn)用合適的理論計(jì)算土壓力，并進(jìn)行穩(wěn)定性和截面強(qiáng)度方面的驗(yàn)算，采取合理、可行的措施，以保證擋土墻的安全性。
截面強(qiáng)度 措施以保證擋土墻的安全性。
