山区公路重力式挡土墙设计要点分析

李 锐

(山西路恒交通勘察设计咨询有限公司，山西 太原 030006)

重力式挡土墙作为岩土工程中常见的支挡结构，被广泛应用在铁路、公路路基中，用于承受土体侧压力，稳定路堤、路堑。随着社会经济的进步和工程技术的发展，新型支挡结构也在不断地运用于各类工程，然而作为公路路基工程中经常采用的重力式挡土墙，以其简单的形式，简便的施工及强大的适应性得到了工程技术人员的普遍青睐。在山区公路复杂的地形地质条件下，重力式挡土墙依然能稳定地发挥其支挡作用，设计工作中的一些关键点是值得分析并给予重视的。

1 重力式挡土墙概述

1.1 重力式挡土墙的类型

重力式挡土墙是依靠自身重力来抵抗土压力，保持路基稳定性的。通常可采用片石、块石、混凝土预制块等作为砌体，或采用片石混凝土或混凝土进行整体浇筑。按照墙背常用线形，一般将其分为仰斜式、垂直式、俯斜式、凸折式、衡重式、台阶式等。

1.2 重力式挡土墙的特点

重力式挡土墙截面形式比较简单，土压力作用方式单一，墙体使用材料容易取得，施工工艺简便，由于其依靠自身重力来平衡土压力，使得重力式挡墙的圬工量较大(相比于其他形式挡土墙)。

1.3 重力式挡土墙的应用条件

重力式挡土墙适应性很强，路基工程中的路肩墙、路堤墙、路堑墙及山坡挡墙均可采用重力式挡土墙。在石料丰富的山区中修建公路，路堑开挖的石方常常是优质的石材，重力式挡土墙尤其适用。在软弱地基中由于受到承载力的限制，不宜选用重力式挡土墙。

2 工程概况

2.1 工程地质条件

2.2 修建支挡结构的理由

该段路基多位于自然斜坡上，左侧靠山，右侧临水，为半填半挖式路基，最大填高约27 m，自然斜坡坡度约30°～35°。挖方区域采用台阶式边坡放坡处理，满足边坡稳定性要求。填方区域若采用放坡填筑，坡脚将处在自然河沟中，自然河沟狭窄，为季节性河流，路基边坡对河沟会产生明显的挤压侵占，影响自然过流；同时，放坡填筑路基将产生较大的填方工程量，且均在斜坡坡面，填筑施工也有一定难度；另外，大面积的斜坡填土会破坏原有坡面植被，影响路容，而采用边坡绿化来恢复景观通常是得不偿失的。综上，该段采用挡土墙方案收回路基边坡，既可以稳定路基，又可以保护自然环境，降低水土流失的可能。

3 挡墙设计

3.1 挡墙布置

位于路基填方的挡土墙可以采用路肩墙或路堤墙，路堤墙设置在高填土路堤或陡坡路堤的下方，可以防止路堤边坡或路堤沿基底滑动，同时可以收缩路堤坡脚，减少填方数量，减少拆迁和占地面积，作为沿河路堤，在傍水的一侧设置挡土墙，可以防止水流对路基的冲刷和侵蚀。路肩墙设置在路肩部位，墙顶是路肩的组成部分，其用途与路堤墙相同，可明显减少填方工程量，也是减少压缩河床的有效措施。在本段路基中，临河挡墙则应考虑浸水稳定的问题，加之填土高度较高，路堤墙方案的圬工和土方工程量均较大，且影响坡面自然植被，因此，优先考虑路肩墙方案。

3.2 挡墙截面选型

根据墙背倾斜方向的不同，墙身断面形式可分为仰斜、垂直、俯斜、衡重式等几种。作为路肩墙，其墙背土压力不仅考虑填土的土压力，车辆荷载产生的土压力也尤为明显。对仰斜、垂直和俯斜式三种不同的墙背所受的土压力进行分析，当墙高和墙后填料等条件相同时，仰斜墙背所受的土压力为最小，垂直墙背次之，俯斜墙背较大；因此仰斜式的墙身断面较经济。经现场勘查了解，该段路基斜坡表层主要为残积土及强风化花岗岩，自然斜坡稳定，承载力约200 kPa～300 kPa，同时，路基边缘设计标高高于地面线多为3 m～6 m，设置路肩墙的高度大约5 m～8 m，适宜仰斜式或垂直式挡土墙。另外，对应填方工程，宜采用俯斜或垂直墙背，以便填土易夯实[1]。

3.3 挡墙力学计算

重力式挡土墙力学计算通常包含抗滑稳定性验算、抗倾覆稳定性验算、地基承载力验算等，设计过程中要着重把握好地基土性状、墙背填土性状以及侧土压力的计算。在本段挡墙的力学计算中，主动土压力采取了库仑算法(墙背采用垂直墙背，填土表面亦水平，也可以采用朗肯土压力算法，试算结果表明采用两种算法的结果基本一致)。依据规范并结合实际地质情况，选取了适宜的力学参数进行了验算。这里的参数选取很关键，不同的力学参数代表着挡墙处于不同的受力环境，它对挡墙横断面设计的合理性起着决定作用，该路段基底为强风化花岗岩及残积土，验算时不考虑其粘聚力，不考虑浸水工况，基底内摩擦角分别采用了0.5和0.4；填土的抗剪强度参数采用综合内摩擦角来体现，填筑砂砾的计算内摩擦角取35°。而汽车荷载按照换算土柱方法加载，经过验算的挡墙能够满足1.3的抗滑稳定系数及1.5的抗倾覆稳定系数的要求。在此基础上还要进行不同截面的比选，不断调整挡墙各部位尺寸，以求找到最优挡墙断面。在进行挡墙断面优化的过程中，常常出现各方面需求矛盾的状况，往往是满足了抗倾覆，却不满足抗滑，或者满足了抗滑，又不满足承载力要求，又或是唯独不满足偏心距要求，这些都是很正常的，比选的意义正在于找到一个最优断面方案。而设计人员在此时就要冷静思考，目标是总体合理的断面方案，设计时首先要满足抗倾覆稳定性，一般对墙背坡度稍加调整就能产生明显不同，然后是抗滑稳定性，可以通过改善基底土摩擦性能，设置内倾基底或防滑凸榫等不同方式调整，另外当墙体尺寸受基底压力控制时，为了使基底压力不超过地基承载力，可以在基底设置台阶，通常无筋扩展基础台阶满足其刚性角要求即可，而且扩展墙趾对挡墙的抗倾覆稳定有利。

3.4 挡墙选材及构造

挡墙墙身及基础材料多采用浆砌片石或块石，其中石料和砂浆的力学指标应满足相关规范要求。也可以采用混凝土或片石混凝土现浇的挡墙结构，由于其相比砌石结构有更好的整体稳定性和明显的耐久性优势，同时施工质量容易保证，因此在山区公路中，尤其是山西的一些寒冷地区，宜优先考虑采用混凝土或片石混凝土挡土墙，混凝土等级一般不小于C20。

4 结语

挡土墙作为路基工程最为常用的支挡结构，是路基稳定性的重要保障，通常也是山区公路路基工程的主要构造物，并且占用了相当部分的工程造价。同时，挡土墙的设计有着很强的灵活性，在缺乏经验的情况下，这种灵活性就变成了不确定性，给设计者带来了困惑。针对山区公路重力式挡墙设计，通过挡墙平、纵、横断面的布置，选类型，定尺寸及材料选用的分析，总结了这类挡墙的一般设计思路和设计要点，在今后同类工程中可以参考、验证，以期不断优化设计。

[1] 尉希成，周美玲.支挡结构设计手册[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，2004:85.