浅谈公路挡土墙设计

浅谈公路挡土墙设计

摘要：挡土墙设计，应贯彻和谐、自然地路基防护原则，应维护自然景观的完整性，充分考虑公路与自然环境协调，按照以人为本的可持续发展观，做到安全至上、合理布局、合理选材、节约资源、降低全寿命周期成本、技术先进、质量优良、公众满意、人工环境与自然环境相和谐。

关键词挡土墙设计土压力稳定性

前言挡土墙是公路建设中广泛使用的防止填土或土体变形失稳的一种支挡防护构造物。在路基工程中,挡土墙常设置在路堤和路堑边坡、隧道洞口、桥梁两端以及河流壁岸等，以减少土石方工程量和占地面积,防止水流冲刷路基, 并经常用于整治塌方、滑坡等路基病害。近年来，我市国省干线公路建设发展迅速，特别是高等级公路的快速发展，在公路边坡的设计上有了新的理念，常用的重力式挡土墙已不能满足公路建设的需求，在引入新方法、新材料、新工艺以及公路设计的新理念，从而使我们更需要研究和发展新的挡土墙类型。本人结合工作中的229省道盐都段部分河塘路段的重力式挡土墙、通榆河大桥桥头段的悬臂式及扶壁式挡土墙、331省道拓宽工程沿朝阳河路段的高桩承台结合悬臂式和扶壁式挡土墙等设计，从场地环境、结构形式的选取、断面尺寸的确定以及公用构造这四个方面来浅析挡土墙设计。

一、场地环境

挡土墙设计必须考虑所处的场地环境，即在项目处于路线平面位置、纵断面高程、原地面状况、横断面、水文资料以及工程地质情况等。在设计前应尽可能地对现场进行较为详细的踏勘，并对实地调查的情况及现有的资料进行整理，应考虑诸多因素综合分析路基的土石方填挖平衡、路基边坡稳定性以及占用土地资源等情况，这对正确的确定土压力设计参数，合理选取结构形式、控制基础埋置深度等具有重要的作用，并尽量结合施工条件考虑，选取经济合理、结构安全的墙形。如在沿朝阳河路段，结合朝阳河本身的水文情况，将承台底标高控制在朝阳河水位之上，从而降低了施工难度，保证了施工工期。

二、结构形式的选取

挡土墙按照承重方式可划分为重力式、薄壁式（悬臂式、扶壁式），此外还有些特殊结构如锚杆式、加筋式、桩板式等几种，根据现场实际情况（填土高度、周围建筑等），结合工程地质、材料供应以及工程投资等因素合理选取。

重力式挡墙在依靠墙身自重支撑土压力来维持稳定，因而墙身断面尺寸较大，圬工数量较多，对地基承载力要求高；此外，挡土的有效高度相对较小，在一些地形地势受限制的场所不能发挥其优势，故而在经济性、合理性、安全性等方面存在局限。薄壁式挡土墙的稳定不是依靠本身的重量，主要依靠墙踵板上的填土重量来保重。它具有尺寸小，自重轻，能够修建在较为薄弱得基础上，其缺点就是施工工艺较为复杂。

一般我们盐城地区石材缺乏，所以常以混凝土来替代，在229省道盐都段部分河塘处，由于本身填土高度在3m左右，同时地基承载力相对较好，所以设置为重力式挡土墙，为素砼结构，基础采用碎石换填。而对于一些桥头高填土路段来说，如通榆河大桥桥头填土高度处在3m以上，考虑边坡稳定性及占用土地情况，所以我们采取的是悬臂式及扶壁式挡土墙，且考虑地基承载力要求设置湿喷桩以保证结构的稳定性。

随着新型支挡结构理论研究和计算方法的不断完善，新型挡土墙的应用日趋广泛，这必将对挡土墙的安全性产生重大的意义。

三、断面尺寸的确定

当挡土墙的位置、墙高和断面形式确定后，挡土墙的尺寸可以通过试算的方式确定，其程序：①根据经验或标准图，初步拟定断面尺寸；②计算侧向土压力；③进行稳定性验算和基底应力与偏心距验算；④当验算结果满足要求时，初拟断面尺寸可作为设计尺寸；当验算结果不能满足要求时，采取适当的措施使其满足要求，或重新拟定断面尺寸，重新计算，直至满足要求为止。

一般我们重力式及薄壁式结构的挡土墙，都有标准图，可以初定出断面尺寸。

常用作用力计算：土压力、车辆荷载换算。

土压力一般采用库伦理论计算，即 ，H为挡土墙的总高(不管是直墙背还是斜墙背，均取实际高度), γ为墙后填土重度，Ka为库伦主动土压力系数，此处为常用表达式

车辆荷载：采用汽车荷载代换方式计算。

换算土层厚度,LO为墙后填料的破坏棱体长度，B为挡土墙的长度

综上所述：总土压力

挡土墙的设计应保证其在自重和外荷载作用下不发生全墙的滑动和倾覆，并保证墙身截面有足够的强度、地基应力小于处理后地基容许承载力和偏心距不超过容许值。

稳定性验算因此在拟定完墙身尺寸，计算得出土压力后，应进行墙的稳定性及强度验算。挡土墙的验算方式有两种：一种是采用分项系数的极限状态法；另一种是采用总安全系数的容许应力法。

(1).验算抗滑动稳定系数

如计算值大于1.3，则满足要求；反之则不符合。一般采用倾斜基底、凸榫

基底、更换基底土层或者采用桩基础锚固等措施增加抗滑动稳定性。

(2).验算抗倾覆稳定系数

倾覆力矩 其中力臂

如计算值大于1.6，则满足要求；反之则不符合。一般采用扩展挡土墙基础的前趾、调整墙面和墙背坡度、改变墙身形式等措施增加抗倾覆稳定性。

(3).验算偏心距

如计算值小于B/6，则满足要求；反之则不符合。

(4).验算基底应力

如果地基承载力不满足要求，则需要加强地基处理，提高地基承载力，例如减小湿喷桩间距或者采用小方桩处理。

(5).墙身断面强度计算

通常选取一、两个进行验算。验算截面可选在基础底面、1/2墙高处或者上下墙交界处等。墙身截面验算包括法向应力和剪应力验算。剪应力包含水平剪应力和斜剪应力两种。重力式挡土墙只验算水平剪应力即可。

四、公用构造

(1).沉降缝与伸缩缝的设置

各类挡土墙应根据构造特点设置容纳构件收缩、膨胀及适应不均匀沉降情况下的变形缝构造。沉降缝和伸缩缝设置在一起，每隔10~15m设置一道，缝宽2~3cm，自墙顶做至基底，缝内宜用沥青麻絮、沥青竹绒或涂以沥青的木板等弹性材料，沿墙的内、外、顶三侧填塞，填塞深度不小于15cm。

(2).墙背填料的要求

挡土墙宜采用渗水性强的砂性土、砂砾、碎（砾）石和粉煤灰等材料作为墙背填料。浸水挡土墙的樯背填料为黏土时，每隔1.0~1.5m的高度应铺设厚度不小于0.3m的排水垫层。填料应分层夯实，并符合路基压实度的规定。

(3).墙身和墙后排水构造的设置

对于浆砌石挡土墙，应在墙前地面以上设置一排泄水孔。墙较高时，可在墙

上部加设泄水孔。泄水孔可采用10×10cm的方孔或圆孔，孔眼间距2~3m，上下排泄水孔错开设置。泄水孔进水侧应设反虑材料。

结束语

公路挡土墙是路基防护工程的重要组成部分。在设计中一定要依据现场的地形、地质条件，合理选型、认真设计，运用合适的理论计算土压力，并进行稳定性和截面强度方面的验算，采取合理、可行的措施，以保证挡土墙的安全性。

参考文献：

[1]公路设计手册•路基.第二版

[2]薛殿基冯仲林等编《挡土墙设计实用手册》，中国建筑工业出版社，2008

[3]中交第二公路勘察设计研究院有限公司主编《公路挡土墙设计与施工技术细则》，人民交通出版社，2008

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。