对挡土墙设计新思路的探索

赵欣剑

（1唐山市规划建筑设计研究院；2华北理工大学，河北 唐山 063000）

对挡土墙设计新思路的探索

赵欣剑1、2

（1唐山市规划建筑设计研究院；2华北理工大学，河北 唐山 063000）

结合公路路基设计规范对挡土墙设计的基本要求，通过对工程地质学岩层的产状的分析，探索对高填方路段路肩式挡土墙设计的新思路，提出对土侧主动土压力采用堵与疏相结合的方法设计挡土墙，使道路工程挡土墙更经济、更安全。

挡土墙；设计；岩层；思路

挡土墙是支承路基填土或山坡土体、防止其变形失稳的墙式构筑物[1]，主要作用为承受土体侧压力，防止土体坍塌，一般分为三类：路肩式挡土墙，墙顶面内缘高程与路基边缘高程齐平的挡土墙；路堤式挡土墙，墙顶外缘高程低于路基边缘高程，墙顶与填方路基边坡相连接的挡土墙；路堑式挡土墙，用于防止路堑边坡的塌滑或为保护路堑边坡上方的建筑物而修建在挖方边坡一侧的挡土墙。挡土墙作为支挡结构，修筑方便，造价经济，所以大量应用在道路工程中。

1 挡土墙的设计要求及常规思路

1.1 挡土墙的设计要求

挡土墙应用普遍，技术标准上的要求也很多。工程技术人员应根据工程地质、水文地质、荷载情况、边坡高度、结构受力特点等因素合理布设和施工，力求达到结构安全可靠、技术先进、布局合理、选材合理、成本较低、人工与自然环境相协调的挡土墙。在以上要求中，挡土墙结构安全可靠最关键，结构安全取决于能否满足以下三点：1)能承受正常施工和正常使用时可能出现的各种作用（或荷载）；2)在正常使用时具有良好的工作性能；3)在正常维护下具有足够的耐久性；在地震发生时及发生后，仍能保持必要的稳定性[2]。技术标准上的这些要求归根结底的目的，就是要求广大的工程技术人员做到：γ0≤R，即结构本身所能抵抗各种作用的能力大于，至少是等于各种施加在挡土墙上的作用总和。

1.2 常规的设计思路

工程技术人员在挡土墙大量的设计和施工中，逐渐形成了一套惯有的设计理念，首先拟定出一个挡土墙模型，然后汇总那些影响这个挡土墙模型安全的因素，如车辆荷载引起的土侧压力、人群荷载引起的土侧压力、填土重力、挡土墙结构重力等，再将这些压力作用进行组合，计算出对拟定的挡土墙的影响，最后确定这些影响要小于或等于所拟定的挡土墙的抗滑移能力、抗倾覆能力、自身强度等，如不满足重新拟定。从这计算公式中可以看出，挡土墙所支挡的土体给挡土墙的压力越大，挡土墙为了抵抗土压力，自身的强度要求就越高，即挡土墙截面尺寸如钢筋直径等就相应越大。这是符合工程技术者一直追求的“兵来将挡、水来土掩”的设计理念。但是当土体所给的压力越来越大，而设计的挡土墙却因为各种各样的原因无法变得足够安全，怎么办？这种情况下，工程技术人员一般只是去思考其他解决措施。是设置挡土墙工程的方法不可行了吗？这种情况下采用挡土墙就真的不合理了吗？

2 挡土墙设计新思路的探索

2.1 新思路的灵感来源

纵观历史，几千年前的大禹治水的故事给当代工程设计者提供了一个挡土墙设计的新思路。当年，人们生活在河流两岸，大涨的河水水位严重威胁着大家的安全，为了抵挡汹涌的河水，人们反复不断的加高堤坝，最终过高的堤坝没能实现有效治水的初衷。后来，大禹采取疏导与封堵相结合的办法，一面加固堤坝，一面开凿通道，将部分洪水疏导去了他处，终获成功。

仔细想来，挡土墙设计规范并没有只要求工程设计时一味的加固挡土墙，提高挡土墙自身的抵抗能力。从公式γ0≤R中可以看出，提高挡土墙结构抵抗各种作用的能力：一种方案是公式中的右边数值不断变大，这样会造成挡土墙尺寸的无限增大，它有一定的局限性；另一种方案是适当的减小施加在挡土墙结构上的作用力，不仅可以提高挡土墙安全性能，而且还能使工程量减小。

2.2 工程地质学岩层的产状分析

在工程地质构造上，自然形成岩层的产状有三个要素，分别为走向、倾向和倾角。走向为层面与水平面交线的延伸方向；倾向为层面上与走向垂直并指向下方的直线的水平投影方向；倾角为层面与水平面的交角。这些不同的岩层的产状相组合形成了水平构造、倾斜构造、褶皱构造、断裂构造等地质构造。岩层倾向有三种情况：第一，岩层倾向平行于垂直面向下。这时岩体自身是稳定的，若在此处修建挡土墙，它可能受到的仅有岩层内部土体对岩体横向施加的再延伸到挡土墙上的力，而这个横向力显然是较小的，因为垂直的岩层已经发挥了一定的挡土墙功能。第二。岩层倾向向内。这时的岩层不仅自身稳定，还具有比垂直岩层更大对内横向力抵抗能力，若这个抵抗能力足够强，在此处修建挡土墙可能不会受到来自于岩体方向的横向压力。第三。岩层倾向向外。这时的挡土墙受到的横向压力将不仅仅是岩体本身的压力，还要额外承担岩层自身的滑动带来的冲击，若要修建挡土墙，将需要很大的挡土墙截面，这种地方修建挡土墙是不经济、不合理的。

2.3 不同路堑挡土墙的设计探索

道路挖方有土质路堑和岩质路堑之分，当修建公路需要开挖岩石形成岩质路堑时，如果岩石风化程度较低，比方说微风化的情况下，公路路基设计规范要求在无外倾软弱结构面，高度不大于30米时，边坡坡率可采用1：0.1～1：0.3，30米的高度是远远大于一般挡土墙高度的，而1：0.1～1：0.3的坡率恰巧也是一般挡土墙的外面坡的坡度。在实际计算中，在这种道路路堑处安置的30米高挡土墙，其所受土侧的压力非常的小。这样的挡土墙设计起来容易，施工起来方便。

由于微风化岩质路堑，无外倾软弱结构面，采用1：0.1～1：0.3的边坡坡率可行。因此，在挡土墙工程设计时，我们可以仿造出类似的道路路堑这样的工程条件，改变土侧横向施加给挡土墙的压力，去设计10米、20米甚至更高的填方路段两侧路肩式挡土墙。

3 挡土墙设计的新思路

从以上岩层的倾向分析和探索可以看出，将挡土墙修在向内倾向的岩层处是非常经济的。在道路工程中遇到高填方路段需要设置路肩式挡土墙时，既然是填方，路基里面填料颗粒的大小、级配等要求在工程设计和施工时都是可以控制的，工程的建造过程中就可以人为的制造出向内倾向的岩层。

工程设计时，拟定一个挡土墙结构，首先将挡土墙所受各种作用进行组合，计算出路肩式挡土墙第一第二破裂面位置和挡土墙墙背填料范围，然后将墙背填料范围外的破裂面土体内分层插入钢板，钢板通长设置，每块钢板与道路水平面形成45度夹角，在这部分土体内注入水泥浆或掺加石灰，这样就形成了坚硬的，方向向内的结构面。这样土体的横向作用力被分解成水平和竖直两个方向的分力，分力只有以前合力的一半，土压力被大大的削弱，而且，本来应该挡土墙承受的这部分土压力还再一次被这一层层的坚硬结构面重新分配成水平力和竖直力，再次被分解的水平力受到了这种近似重力式挡土墙的坚硬结构面的进一步削弱，最后设置的路肩式挡土墙受到的土压力变成本该承受的土体压力的四分之一还不到，设置的路肩式挡土墙就很容易满足设计要求，成为一道安全性高的构筑物[3]。

工程设计时，对于挡土墙所受土体的各种作用，从只注重堵，到堵与疏相结合，人为地制造向内倾向的岩层，就可以在满足规范的基础上，形成一个更经济、更安全的挡土墙。希望本文的研究能对挡土墙结构的设计提供一些有益的建议和指导。

[1]JTG D30-2015/中交第二公路勘察设计研究院有限公司.公路路基设计规范[Z]北京：人民交通出版社股份有限公司，2015.4

[2]牛琪英，李学武.工程地质学[M].北京：中国科学技术出版社，2002.4

[3]中交第二公路勘察设计研究院有限公司.公路挡土墙设计与施工技术细则[Z]北京：人民交通出版社，2008.1

Exploration of new ideas for retaining wall design

According to the basic requirements of highway subgrade design specification for retaining wall design,through the analysis of engineering geology strata occurrence and exploration of high embankment shoulder retaining wall design new ideas,put forward to the lateral soil active earth pressure by plugging method combined with thinning of the design of retaining wall,retaining wall engineering make the road more the economy,more safety.

retaining wall；design；stratum；thinking

TU248

B

：1003-8965（2017）02-0068-02