山区公路浆砌片石挡土墙技术经济比较

山区公路浆砌片石挡土墙技术经济比较

道路防护墙是承受道路沿线填充土壤或边坡土壤的构造物，以防止填充土壤或土壤变形失稳定。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,并经常用于整治坍方、滑坡等路基病害。1.支撑墙的准备1.1围比较广泛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≤10米时,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。1.2仰斜式挡土墙根据挡土墙结构类型及其特点分析,当墙高<5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比较陡峭,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。一般在路堑墙、墙趾处地面平缓的路肩墙或路堤墙等情况下,才考虑采用仰斜式挡土墙。当墙高≥5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。1.3地质条件不良的情况下支挡新型坡体在挖方边坡比较陡峭时,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,所以录路堤墙与路肩墙的墙高或截面污工数量较为接近,基础情况相仿时,采用路肩墙比较有利。2.土壤压力的计算2.1挡土墙高、ca式中:Eα——主动土压力(KN),γ——土的容重(KN/m3),H——挡土墙高(m),Ka——库伦主动土压力系数。《公路设计手册·路基》中,以库伦理论为基础,按墙后填土表面的形状和车辆荷载分布情况的不同,推导出各种情况下的主动土压力计算公式,设计时可根据实际情况查表计算。2.2第二破裂面的识别在挡土墙设计中,当墙背或假想墙背的倾角α1或α’1大于第二破裂面的倾角αi,或作用于墙背或假想墙背的土压力对墙背法线的倾角δ’小于或等于墙背摩擦角δ时,就会出现第二破裂面,这种情况下,应按破裂面出现的位置来求算土压力。对于一般常用的俯仰式挡土墙,不会出现第二破裂面,对于衡重台较宽的衡重式挡土墙,则较易出现第二破裂面。各种边界条件的第二破裂面主动土压力计算公式详见《公路设计手册·路基》。因此设计过程中,应先采用试算的方法,判别第一破裂面出现的位置,计算破裂角,并根据计算所得的第二破裂面倾角判断是否会出现第二破裂面,然后再选用合适的公式计算主动土压力。3.挡墙验算方法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。挡墙的验算方法有二种:一种是采用分项安全系数的极限状态法,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设计挡土墙。下面是采用容许应力法进行挡土墙验算的简介。3.1ey—滑动稳定验算式中:W——挡土墙自重,衡重式时,包括衡重台上的土重(KN),Ex,Ey——主动土压力的水平和垂直分力(KN),f——基底摩擦系数。设计中,为增加挡土墙的抗滑稳定性,常将基底做成向内倾斜,以增大滑动稳定系数。基底斜坡坡度一般不超过1:5。3.2倾斜稳定评估式中:Zx——Ey对墙趾O点的力臂(m),Zy——Ex对墙趾O点的力臂(m),Zw——W对墙趾O点的力臂(m)。3.3法向压应力公式在土质地基上,e≤B/6;在软弱岩石地基上,e≤B/5;在不易风化的岩石地基上,e≤B/4。当e≤B/6时,墙趾和墙踵处的法向压应力为:式中,[σ]———地基土修正后的容许承载力(KPa)式中,[σo]——地基土的容许承载力(KPa),K1——地基土容许承载力随基础宽度的修正系数,γ1——地基土的天然容重(KN/m3)。当e>B/6时,基底出现拉应力,考虑到一般情况下地基与基础间不能承受拉力,故不计拉力而按应力重分布计算基底最大拉应力:若出现负偏心,则上式的Zn改为(B-Zn)。3.4衡重式挡土墙的剪应力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。4.采取措施防止和惩罚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。4.1台阶,以拓宽基底4.1.1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。4.1.2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。4.2加泄水孔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。泄水孔采用10×10cm的方孔或圆孔,孔眼间距2~3米,上下排泄水孔错开设置。泄水孔进水口应设置反滤材料。4.3工体裂缝设计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异,设置沉降缝,同时,为了减少圬工砌体因收缩硬化和温度化作用而产生裂缝,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,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具有弹性的材料,沿墙的内、外、顶三侧填塞,填塞深度不小于15cm。4.4连接墙顶部和地板4.5车辆安全5.注意事项5.1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。5.2系数选择5.3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。一般情况下,重力式挡土墙(俯倾式)、衡重式挡土墙墙面坡取1:0.05,仰斜式挡土墙的墙面坡取1:0.25,均能满足设计要求。5.4衡重式路肩挡土墙上墙和下墙俯斜式挡土墙的墙背坡一般取1:0.2,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。6.挡土墙验算及验算原则公路挡土墙是路基防护工程的重要组成部分。在山区公路中,挡土墙的应用更为广泛。挡土墙设计时,应进行详细地调查、勘测,确定构造物的形式与尺寸,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。主动土压力计算公式:挡土墙沿基底的滑动稳定系数Kc应不小于1.3。计算公式为:挡土墙绕墙趾的倾覆稳定系数Ko应不小于1.5。计算公式为:基底的合力偏心距e。计算公式为:σ1,2=(W+Ey)(1±6e/B)/B≤[σ][σ]=[σo]+K1γ1(B-2)σ1=2(W+Ey)/3Zn≤[σ]通常选取一、两个截面进行验算。验算截面可选在基础底面、1/2墙高处或上下墙交界处等。对