重力式挡墙新形式探讨

2010-11-05段洪超

山西建筑 2010年7期

段洪超

1 概述

重力式挡墙是指依靠墙体自重抵抗土压力、防止土体坍滑的挡土结构,是最早应用于岩土工程中的支挡结构,发展较为完善。一般来讲,重力式挡墙形式简洁,节约土地,既合理又经济。在工程实践中,重力式挡墙的设计偏于保守的不少,也因考虑不周而致挡墙倒塌,甚至连地基发生整体滑动或因发生滑坡而被推倒。

近年来,随着我国经济的快速发展,地处山区的边坡建筑、高等级公路和铁路建设以及城市中大量高层建筑的兴建,重力式挡墙在基坑和边坡中的应用越来越广泛,而深入开展研究与分析这些地区边坡支挡结构的新型形式,对在保证公路、铁路和建筑物的使用安全,减少滑坡、泥石流对其的危害的前提下降低工程造价具有重大的意义。

2 重力式挡墙设计

重力式挡墙设计一般包括如下几方面内容[1]:

1)墙体断面形式的确定。重力式挡土墙按墙背的倾斜方向可分为仰斜、直立和俯斜三种(见图1)。墙高一般小于8 m,当墙高在8 m～12 m之间时,宜用衡重式。

根据重力式挡土墙结构类型及其特点,我们可以根据实际条件选择不同类型的断面结构。如果地面横坡比较陡峭,若采用仰斜式挡土墙,一定会过多增加墙高,断面增大,造成浪费,而采用俯斜式挡土墙会比较经济合理。只有在路堑墙、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。

2)挡墙截面尺寸的确定。重力式挡土墙是靠自身重力来抵抗土压力,在设计时,重力式挡土墙的截面尺寸一般按试算法确定,可结合工程地质、填土性质、墙身材料和施工条件等方面的情况按经验初步拟定截面尺寸,然后进行验算,如不满足要求,则应修改截面尺寸或采取其他措施,直到满足为止。

3)挡墙的设计计算。a.抗滑移稳定验算。抗滑移稳定验算,就是验算重力式挡土墙在土压力作用下,产生水平滑移的可能性。挡土墙的抗滑移稳定性,与挡土墙基底的摩擦系数的关系很密切,该摩擦系数应在现场条件下进行原位试验后给出。当缺乏现场试验资料时,《建筑地基基础设计规范》所给出的数据,可供设计时应用。为保证挡土墙设计有一定的安全度,规范给出的数据普遍偏低,所以有条件时,应尽量采用现场试验值。b.抗倾覆稳定验算。抗倾覆稳定性验算,是验算挡土墙绕墙趾转动的可能性。c.地基承载力验算。挡土墙地基承载力的验算,与普通扩展基础基本相同,即基底的平均应力值应小于地基承载力特征值,其最大边端压应力值不得大于地基承载力特征值的1.2倍。d.墙身材料强度验算。通常选取一到两个截面进行验算。验算截面可选在基础底面、1/2墙高处或上下墙交界处等。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。e.其他。重力式挡墙设计还包括沉降缝与伸缩缝的设置。若在地震区,应进行抗震设计等。

3 工程算例

3.1 工程概况

某铁路线路经过一丘陵陡坡,坡面植被较发育。地质岩性构造上层为粉质黏土,棕黄色,硬塑(Ⅲ),下层为页岩,全～强风化,岩层产状308°∠28°,视倾角 26.8°(Ⅴ)。有不良地质情况,具体为表层第四系的灰岩残积层,液限约为40%,为红黏土,该地层表面具有收缩和较强的胀缩性;下层基岩岩溶发育。水文地质条件为丘坡基岩裂隙水。地下水对混凝土无侵蚀性。

根据实际情况,设计单位起初准备在路基两侧设计仰斜式重力式挡墙,挡墙最高处为8.0 m,墙体等厚度为2.0 m,坡率0.25。具体如图2所示。

经计算得,抗滑动稳定系数为 1.0,小于《规范》[2]的 1.2或1.3的要求。

3.2 重力式挡墙的新形式探讨

由于现场条件制约及圬工材料充足,经专家讨论,一致认为应将墙后土体加固,并采用加筋土挡墙理念进行设计。最终,工程采用了在土体中加入土工格栅的方法加固土体,每0.6 m铺设一层土工格栅,抗拉强度不小于80 kN/m2,土工格栅与重力式挡墙背相连。具体如图3所示。经计算,土工格栅满足抗拔要求,采用加筋土挡墙同样的整体稳定检算,抗滑稳定性为1.93,大于《规范》1.3的要求,抗倾覆稳定性为 8.52,大于《规范》1.5的要求。此外,基地应力、墙体强度等都满足了设计要求。