山区公路挡土墙设计与施工

山区公路挡土墙设计与施工

1深山区挡土墙的设置经过33.97公里的山区道路（省道s343线）。由于工程位于深山区,局部填、挖地段为了减少土石方工程量和占地面积,防止水流冲刷路基以及大填大挖破坏自然环境而设置了多种形式的挡土墙。主要采用了俯斜式、仰斜式、衡重式、加筋土挡土墙等形式,共计15处(1015m)。2变形失稳构造物公路挡土墙是用来支承路基填土或山坡土体,防止填土或土体变形失稳的构造物。在路基工程中,挡土墙可用以稳定路堤和路堑边坡,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。3支撑墙设计的基本数据和设计参数3.1地段构造物挡土墙设计时,必须具备以下资料:路线平、纵、横数据,地质资料,相应挡土墙地段构造物一览表等。另外,为规范成图及方便挡土墙验算,借助专用计算机辅助设计系统《HARD2000》,该软件的挡土墙设计功能齐全,成图美观,具备对设计参数修改及挡墙验算功能,并在我国数条山区公路挡土墙设计、施工中得到应用。3.2参数的选择3.2.1背所填充的物理力学参数对于山岭重丘二、三级公路的挡土墙设计,当缺乏试验数据时,填料的计算内摩擦角及容重可参照表1选用。3.2.2墙身素质情况填土与墙背间的摩擦角δ应视墙背的粗糙程度及排水条件确定。无试验资料时可参考下列数据选用:①墙背光滑、排水不良时,δ=0;②混凝土墙身时,δ=(0～1/2)ϕ;③一般情况、排水良好时,δ=(1/2～2/3)ϕ;④台阶形的石砌墙背、排水良好时,δ=2/3ϕ。本公路挡土墙设计考虑当地情况,设计选用δ=1/2ϕ。3.2.3基本系数基底摩擦系数f应依据基底粗糙程度、排水条件和土质确定。3.2.4挡土墙设计规范以前计算地基容许承载力大部分参照《公路设计手册·路基》及有关设计规范规定选取,本次我们借助专用计算机辅助设计系统《HARD2000》,根据所选参数进行验算,这对挡土墙设计极为重要,可以实事求是的计算承载力,免得乱套规范,对施工单位要求过高而不能达到。3.2.5体材料的参数砌体材料的容重、砌体的容许应力和设计强度、混凝土的容许应力和设计强度根据《公路设计手册·路基》和相关规范选取。4支撑墙的准备4.1分布的原则浆砌片石挡土墙取材容易,施工简便,适用范围比较广泛。山区公路中,石料资源较为丰富,在挡土墙高≤10m时,因地制宜,采用浆砌片石砌筑,可以较好地满足经济、安全方面的要求。4.2扫描斜式挡土墙的优势根据挡土墙结构类型及其特点分析,当墙高<5m时,采用重力式挡土墙,可以发挥其形式简单,施工方便的优势。同时,由于山区公路地面横坡高差大,若采用仰斜式挡土墙,会过多增加墙高,断面增大,造成浪费,采用俯斜式挡土墙会比较经济合理。一般路堑墙、墙趾处地面平缓的路肩墙或路堤墙,考虑采用仰斜式挡土墙。当墙高≥5m且地基条件较好时,采用衡重式挡土墙,可以有效地减小截面,节省材料。4.3挡土墙形式的选择在挖方边坡较陡峭时,采用路堑挡土墙,可以降低边坡高度,减少山坡开挖,避免破坏山体平衡;在地质条件不良情况下,还可以支挡可能坍滑的山坡土体。对于采用路肩挡土墙或路堤挡土墙,应结合具体条件考虑,必要时应作技术经济比较。因为路堤挡土墙承受荷载较大,受力条件较为不利,截面尺寸也较大,所以一般采用路肩墙较好,但墙高较大、地基承载力不满足要求、有放坡空间时,可采用路堤式挡土墙。在该公路设计中我们因地制宜在K35+040～K35+520段左侧设两段路肩墙,主要为防止路堤边坡侵占水库库容;在K40+480～K40+600高填方段,左右侧设加筋土挡墙,其它地段也相应采用了合适的形式。5墙身、填土和地基挡土墙设计的经济合理,关键是正确地计算土压力,确定土压力的大小、方向与分布。土压力计算是一个十分复杂的问题,它涉及墙身、填土与地基三者之间的共同作用。计算土压力的理论和方法很多。由于库伦理论概念清析,计算简单,适用范围较广,可适用不同墙背坡度和粗糙度、不同墙后填土表面形状和荷载作用情况下的主动土压力计算,且一般情况下计算结果均能满足工程要求,因此库伦理论和公式是目前应用最广的土压力计算方法。对于当前计算机程序来说,无论自己编写的还是专业软件都以此为基础。6挡土墙验算方法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、基底应力小于地基承载力和偏心距不超过容许值。因此在拟定墙身断面形式及尺寸之后,应进行墙的稳定及强度验算。墙身截面强度计算的方法有两种:一种是采用分项安全系数的极限状态法,其设计原则是:荷载效应不利组合的设计值小于或等于结构抗力效应的设计值。另一种是总安全系数的容许应力法。目前国内多数应用容许应力法验算挡土墙整体稳定。容许应力法主要对抗滑稳定系数Kc验算、抗倾覆稳定系数Ko验算、基底的合力偏心距e。验算。下面是采用容许应力法进行挡土墙验算的简介。墙身截面强度验算采用《HARD2000》软件进行验算。墙身截面强度验算包括法向应力和剪应力的验算。剪应力包括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,而衡重式挡土墙还需进行斜截面剪应力的验算。以下为公路某段重力式挡墙验算书:从以上计算结果可看出,该程序在保证安全的情况下可按调整各设计参数使挡墙断面减小,以减少圬工体积,节约工程建设资金。7设计支撑墙时应采取的措施完成了挡土墙截面设计及稳定、强度验算之后,必须采取必要的措施,以保证挡土墙的安全性。7.1台阶高宽度比(1)为减少基底压应力,增加抗倾覆的稳定性,在墙趾处伸出一台阶,以拓宽基底。墙趾台阶的宽度不小于20cm,台阶高宽比可采用3∶2或2∶1。(2)地基为软弱土层时,可用砂砾、碎石、矿渣或灰土等质量较好的材料换填,以扩散基底压应力,满足设计要求。7.2反滤层的设置对于砌石挡土墙,泄水孔按梅花型布置,泄水孔采用10×10cm的方孔或圆孔间距为3m,上下错列设置;泄水孔后设置反滤层。最下一层泻水孔应高出地面或常水位30cm。泄水孔进水口应设置反滤材料。7.3工体裂缝沉降缝及伸缩缝的设置为避免地基不均匀沉降引起墙身开裂,需按墙高和地基性质的变化,设置沉降缝,同时,为了减少圬工砌体因收缩和温度变化产生裂缝,需设置伸缩缝。挡土墙的沉降缝和伸缩缝设置在一起,每隔10～15m设置一道,沉降缝宽2cm,中间填浸沥青板,外侧20cm填塞沥青麻筋。7.4挡土墙顶预埋墙式护栏锚固钢筋的设置对于路肩墙,其墙顶面护墙尺寸为:200×40×60(cm),挡土墙顶预埋墙式护栏锚固钢筋Φ28,每根钢筋长90cm,钢筋错列设置,间距30cm,插入墙身50cm。每个墙式护栏设7根铆固钢筋。墙式护栏外涂红白相间的条纹标识。8片石或片石焊接成面(1)石料须经过挑选,质地均匀,无裂缝,未风化,石料强度不应低于MU30,所用片石厚度不应小于15cm(禁用卵形和薄片),用作镶面的片石应选择表面较平整、尺寸较大者,并应稍加修整。所用块石形状大致方正,上下面大致平整,厚度20～30cm,宽度约为厚度的1.0～1.5倍,长度约为厚度的1.5～3.0倍(若有峰楞锐角,应予敲除)。块石用作镶面时,应有外露面四周向内稍加修凿;后部可不修凿,但应略小于修凿部分。9该项目的体验9.1填料挡土墙设计参数的选取因用于计算主动土压力的库伦理论较适用于砂性土,而对于粘性土的压力计算会存在一定的误差,所以对于以粘性土做填料的挡土墙计算,设计参数如填料的内摩擦角等的取值应相对保守。由于库伦理论是一种简化的土压力计算方法,所以对于以砂性土做填料的挡土墙,设计参数也应根据实际情况取相对保守值。9.2系数选择在本次设计中我们对墙高≥10m的挡土墙,设计时将安全系数较规范提高20%,以保证其安全性。9.3挡土墙体设计出于美观和施工方便的考虑,一段挡土墙通常都采用一个墙面坡。对于山区公路挡土墙,采用较陡的墙面坡,可有效减小墙高,节省材料。本山区公路设计时,重力式挡土墙(俯倾式)、衡重式挡土墙墙面坡取1∶0.05或为直坡,仰斜式挡土墙的墙面坡取1∶0.25,均能满足设计要求。9.4衡重式路肩挡土墙顶宽度随墙高的变化仰斜式挡土墙的墙背坡一般不超过1∶0.3。俯斜式挡土墙的墙背坡一般取1∶0.25,随着墙高增加,墙顶宽度相应增大。对于衡重式路肩挡土墙,当墙高≤8m时,上墙背坡取1∶0.25,墙高>8m而≤10m时,上墙背坡取1∶0.3;下墙背坡取1∶0.25。若为路堤墙,则上墙背坡应相应加大。9.5抗倾覆的验算对于俯斜式挡土墙,由于所受土压力较大,所以设计时应注意其稳定和抗倾覆的验算。对于衡重