挡土墙在公路建设中的应用

余玉平

摘要:挡土墙是具有抵挡土压力、防止土体塌滑的建筑物。常见的挡土墙有重力式、悬臂式、扶壁式、空箱式和板桩式等。本文主要介绍的是薄壁式挡土墙这一轻型支挡建筑物在公路建设中的使用范围、受力原理、构造特点、设计原理和施工中的有关规定及工艺流程等，并进行了工程运用实例的经济造价比较，对薄壁式挡土墙的运用进行了分析和探索。

关键词:公路；挡土墙；应用

1 前言

挡土墙是公路工程建设中常采用的支挡构造物，其设计理论在不断发展，结构形式也随之日新月异。我省山高谷深，多属山岭重丘区，地形、地质错综复杂。在目前我省的高等级公路建设中，如地基承载力较高，墙高小于10m的路堤墙或路肩墙，一般采用浆砌片块石重力式或衡重式；填土较高、取土较困难或地基承载力较差的填方路段，可采用加筋挡土墙；对横坡或设计坡比较陡，土质较好路段，则采用锚杆式较为合理。但是，我省地形地貌的特殊性给公路工程设计和施工带来很大难度，在一些农田软基或沿河路段，软卧层较深(大于3m)，地基承载力很低(小于100Kpa)，如仍采用以上支挡形式，则需对地基作特殊处理，一般采用换填地基、扩大基础、砼桩基承台、复合地基等几种方式处治，其经济性较差，影响工程进度，且施工工艺难以控制，往往给工程留下质量隐患，其破坏多因受力后地基沉降变形和水平位移而引起。

2 薄壁式挡土墙的使用范围及受力原理

薄壁式挡土墙属轻型柔性构造物，可分悬臂式和扶壁式两种。是一种轻型支挡建筑物。它依靠墙身自重和墙底板以上填筑土体(包括荷载)的重力维持挡土墙的稳定。其主要特点是构造简单，施工方便，墙身断面较小，圬工量省，自身质量轻，可以较好地发挥材料的强度性能，由于体积小，可节约用地。而且经济指标也比较好。它适用于地基承载力较低的地基或石料比较缺乏的地区，常用于填方路段作路肩墙或路堤墙使用。其受力原理是依靠墙身自重和墙踵板上填土的重力与土压力水平分力相平衡而达到横向稳定，以扩大墙底板面积和减小墙体自重来减小地基应力，避免墙体沉降，设置墙趾板提高墙体抗倾覆能力。因此，薄壁式挡土墙的整体稳定性与墙底板的宽度有关，增大墙底板宽度，可以提高挡土墙的抗滑稳定性，减少基底应力。

3 薄壁式挡土墙的构造特点及设计原理

悬臂式挡土墙结构形式成倒“T”形，主要由立壁、墙趾板、墙踵板三部分组成(如图l所示)，其立壁为固结于墙底板的悬壁板。当悬壁式挡墙墙高大于6m时，立壁下部的弯矩增大，耗用钢筋较多，且墙顶变形较大，因此一般沿墙长方向每隔3～5m增设扶壁肋板，将立壁与墙踵板相互连接起来，该结构形式即为扶壁式(如图2所示)。扶肋起加劲作用，以改善立壁和墙踵板的受力条件，提高结构的整体性和刚度，减少立壁的变形。墙底板宽度由墙趾板宽度、立壁底部宽度和墙踵板宽度三部分组成。薄壁式挡土墙各部位所受压力大部分由混凝土承担，钢筋主要承受拉力和剪力。

3.1 薄壁式挡土墙基本构造要求如下:

(1)分段

悬臂式挡土墙分段长度不应大于15m，扶壁式挡土墙分段长度不应大于20m，段间设置沉降缝和伸缩缝。

(2)立壁

为便于施工，立壁内侧(即墙背)做成竖直面，外侧(即墙面)坡度不宜陡于l:O.1，一般为l:0.02～l:O.1，具体坡度值应根据立壁的强度和刚度要求确定；当挡土墙高度不大时，立壁可做成等厚度，墙顶宽度不得小于20cm；当悬臂式挡土墙较高时，宜在立壁下部将截面加宽。

(3)墙底板

墙底板一般水平设置，底面水平。墙趾板的顶面一般从与立壁连接处向趾端倾斜。墙踵板顶面水平，但也可做成向踵端倾斜。墙底板厚度不应小于30cm。墙踵板宽度由全墙抗滑稳定性确定，并应县有一定的刚度，其值宜为墙高的(1/4～l/2)，且不应小于50cm。墙趾板的宽度应根据全墙的抗倾覆稳定性、基底应力(即地基承载力)和偏心距等来确定，一般可取墙高的(1/20～1/5)。墙底板的总宽度一般为墙高的(0.5～0.7)倍。当墙后地下水位较高且地基软弱时，墙底板宽度可增大到1倍墙高或更大。

(4)扶肋

扶肋间距应根据经济性要求确定，一般为(1/4～1/2)倍墙高，每段中设置三个或三个以上的扶肋，扶肋厚度一般为扶肋间距的(1/1O～1/4)倍，但不应小于30cm，采用随高度逐渐向后加厚的变截面，也可采用等厚式以利于施工。扶肋两端立壁外悬长度根据悬臂梁的固端弯矩与设计采用弯矩相等的原则确定，即为两扶肋间净距的0.41倍。

(5)凸榫

为了提高薄壁式挡土墙的抗滑能力，减少墙踵板的宽度，常在墙底板底部设置凸榫，如图4所示。为使凸榫前的土体产生最大的被动土压力，墙后的主动土压力不因设凸榫而增大，故应注意凸榫设置的位置。通常将凸榫置于通过墙趾与水平面成(45o～/2)角线和通过墙踵与水平面成角线的范围内。凸榫高度应根据凸榫前土体的被动土压力能够满足抗滑稳定性要求而定；宽度除了满足混凝土的抗剪和抗弯拉要求外，为便于施工还不应小于30cm。

3.2 薄壁式挡土墙的没计原理

(1)土压力计算:设计中土压力计算可以采用三种理论，即按库仑理论计算、按郎金理论计算、按第二破裂面理论计算。在计算过程中取荷载按等效均布荷载计算作用于挡土墙上的土压力。

(2)墙踵板长度:由墙身抗滑稳定验算确定，并且有一定的刚度。

(3)墙趾板长度搬据全墙的倾覆稳定、地基承载里和偏心距等条件确定。

(4)凸榫的厚度:应根据凸榫前土体的被动土压力能够满足全墙的抗滑稳定要求而定。

(5)墙踵板与扶壁的连接为固结，与墙面板的连接考虑为跤接，即扶壁为固结于墙踵板的T型多截面悬臂梁，墙面板可视为扶壁的翼漂板。支挡结构的设计应贯彻国家技术经济政策，按全面规划，远近期结合，统筹兼顾的原则，并应满足在各种设计荷载组合下支挡结构的稳定、坚固和耐久。在满足技术可行、安全可靠的前提下，应综合考虑施工条件、环境影响和造价等因数。在薄壁式挡土墙的选用上，也一定要经过方案比选，在具有较多使用条件时选用。

4 施工中的有关规定及工艺流程

薄壁式挡土墙采用钢筋砼结构，薄壁式挡土墙宜采用I级、II级钢筋，混凝土强度等级不低于C20。当墙高在5m内时不采用悬臂式挡土墙，当超过5m时采用扶壁式挡土墙，但墙高不宜超过15m，一般为9～10m。墙后填土应在墙身混凝土强度达到设计强度的70％后方可进行，填料应分层夯实，反滤层应在填压过程中即时施作。

薄壁式挡土墙宜就地整体浇筑，在城市道路中，为提高施工进度，也可采用拼装式结构。采用拼装式施工时，首先应分别预制立壁(如为扶壁式则同扶肋一体)、墙底板，现场基础处理整平后，安装墙底板，浇筑榫口混凝土，完成挡土墙结构的拼装。但拼装式挡土墙不宜在地质不良地段和地震烈度大于或等于8度的地区使用。薄壁式挡土墙采用现场浇筑施工时，施工工序包括基槽开挖、地基处理、混凝土配合比设计、钢筋骨架制作与成型、模板制作与安装、混凝土浇筑、防排水设施、填料摊铺与压实等，其施工工艺流程如图3所示。

5 工程运用实例的经济造价比较

在软卧层较深的软土路基和城市道路建设中设置该类挡土墙，施工工艺较为简便，能充分发挥其经济性和协调性。例如在我省某公路一期工程K176+415～K177+720段软土路基中，右侧挡墙位于河床内，河水冲刷严重，原设计为浆砌片块石重力式挡土墙，墙高7.2m，地基允许承载力350Kpa，基坑开挖后，土质为褐色淤泥和粉砂土，滲水较为严重，触探试验表明，地基承载力仅80Kpa。为保证挡土墙稳定，需进行变更设计，其技术方案有:换填透水性材料、扩大基础处理、复合地基处理、桩基承台基础、薄壁式挡土墙等。采用换填片块石垫层方案，需加深5.3m，基坑开挖面积增大，渗水无法排出，施工难以进行，每延米增加投资约4000元；采用钢筋混凝土桩基承台基础方案，施工工艺复杂，难以平行作业，所需工期较长，每延米增加投资约7200元；采用复合地基方案，因地下渗水严重，工艺复杂，施工质量难以控制，每延米增加投资约5300元；但采用薄壁式挡土墙方案，施工工艺较为简便，可以平行作业，加快施工进度，造型美观(立壁外侧可根据需要设置不同图案与周围环境相协调)。能有效发挥材料的强度性能，每延米约增加投资3500元。在以上几种方案中，显然采用薄壁式挡土墙方案较为合理可行。

6 结束语

近年来，薄壁式挡土墙在国内也开始大量应用，我们要在工作中不断总结经验，大胆引用，这将是今后城市道路建设主要采用的技术方案之一。