扶壁式挡墙在贵州高速公路建设中适宜性研究

2018-06-20张敏袁奇秦龙

交通科技 2018年3期

张敏袁奇秦龙

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司贵阳 550081)

根据“十三五”对交通的规划，贵州省高速公路、各地方市政道路及各种等级道路的设计和施工都在紧锣密鼓地开展[1]。由于高速公路与地方市政路、等级路之间缺乏必要的沟通，亦或高速公路与市政道路的互通连接处在设计时出于线型顺直、节约土地、减少拆迁的考虑，越来越多高速公路填方的挡墙坐落于已建高速、已建市政路、已建等级路的填方上，由于填方原始基底及松散土层厚度不一、填料性质及厚度不一、压实工艺不一，以及填筑体自身存在较长时间的工后沉降，已建道路的填方承载力并不满足新建高速公路高挡墙的承载力要求。直接将高挡墙修建于已建填方上，整体路基并不满足稳定性要求。更有甚者，多条道路与高速公路同时设计施工，导致高速公路挡墙必须坐落于新建填方上，不仅是承载力及稳定性的问题，更存在新建高挡墙与下伏填方的协同沉降问题，从而导致路基开裂，桥台跳台问题[2]。

在贵州省内以往高速公路建设过程中，在已建填方体上修建高挡墙，或者下伏填方与上覆高挡墙同时施工，皆熟用重力式挡墙及桩基承台挡墙[3-4]。本次研究依托于厦蓉线贵州境毕节至生机段高速公路二堡互通的路肩墙设计，根据理论分析及稳定性计算，设计出本段填方支挡所需要的较为合理的扶壁式挡墙，将扶壁式挡墙引入贵州省内的高速公路支挡防护，应用于下伏填方与上覆高挡墙的设计，从而在确保路基稳定性的前提下，达到节约投资、加快施工进度、缩短施工工期的目的。

1 工程地质条件

1.1 工程概况

厦蓉线贵州境毕节至生机段高速公路二堡互通式立体交叉位于毕节市二堡，地方道路碧阳二道与二堡互通B匝道并行交叉，属于同时设计同时施工的2条不同等级道路。原始地面线高程较低，碧阳二道属于填方通过。由于高速公路高程更高，2条道路线位高程存在差异，碧阳二道下穿高速公路，形成下拉槽，因此碧阳二道路的两侧，须采用结构物支挡高速路的填方，作为高速公路匝道的路基防护。

1.2 工程地质条件

场区地层上覆褐黄色，中密，稍湿，碎石成分为灰岩残坡积层(Qel+dl)的碎石土，互通区内总体厚度在5～16 m。下伏基岩为三叠系中统关岭组(T2g)灰黄色中至厚层泥—微晶灰岩，生物粉屑—砂屑微晶灰岩及蠕虫状灰岩夹少量去膏化藻凝块石泥质泥晶白云岩。下部为灰黄色中至厚层泥—微晶灰岩。场区无常年地表径流，未发现泉点出露。雨季时，大气降水沿坡面汇聚后，顺冲沟向低处排出场区。场区地下水类型为基岩裂隙水、岩溶水及第四系松散土层孔隙水。

2 扶壁式挡墙设计

2.1 墙高确定

根据地面线标高，结合高速公路匝道与碧阳二道的设计标高，从而进行高程计算，高速公路的路肩墙填土7.5 m，支挡物高度约8.3 m。出于节约投资造价、缩短施工工期的考虑，为满足挡墙《公路路基规范》[5]对挡墙埋深的要求，基础为填方填土，因此，设计高度确定为7，8，9，10 m的扶壁式挡墙，作为高速路的路肩支挡防护。

2.2 土性参数选取

结合以往高速公路拼宽经验，以及根据下伏原始土性的钻探勘察资料，结合本次路基填料来源，确定土性计算参数见表1。

表1 土性计算参数

2.3 稳定性、抗滑移及抗倾覆验算

根据理论分析及受力分析，扶壁式挡土墙荷载主要有自重应力、车辆载荷、填土压力。土压力分为被动土压力和主动土压力。考虑最不利的工况及简化计算，忽略挡土墙前所受的被动土压力[6-8]。由于贵州省内高速公路并未见扶壁式挡墙的计算先例，也未有成熟尺寸可以参考，因此，结合东部地区对扶壁式挡墙较为成熟的研究，考虑墙背的主动土压力。采用朗肯土压力，取挡土墙每延米进行计算，所得结果见表2。

表2 抗滑移、抗倾覆及稳定性验算结果

2.4 墙身尺寸

鉴于扶壁式挡墙存在扶壁，因此，为便于标准化施工及计算圬工量，本次设计以10 m为1个单元进行统计工程数量[9]，见表3。

表3 墙身尺寸及工程数量

2.5 支挡设计

根据实际工程需要，并满足《公路路基设计规范》的埋置深度要求，对互通匝道的路肩墙防护进行支挡设计，典型立面见图1，典型横断面设计为BK0+020，见图2。

图1 B匝道扶壁式挡墙设计立面图(单位：m)

图2 BK0+020横断面设计图(单位：m)

3 适宜性分析

3.1 造价优势

本次研究探索性地引进扶壁式挡墙进入省内高速公路的设计施工，应用于在已建填方体上修建高挡墙。下伏填方与上覆高挡墙的设计，有别于以往在贵州省内高速公路建设过程中，皆采用重力式挡墙以及桩基承台挡墙。为进行经济性分析，进行了桩基承台挡墙方案与扶壁式挡墙方案造价投资对比，详见表4。

表4 不同支挡方案经济造价对比

由表4可见，扶壁式挡墙能大量地降低投资，产生明显的经济效益，节约739.32万元，扶壁式挡墙的造价投入仅为桩基承台挡墙的40.21%。与此同时，桩基承台挡墙施工期间，须开挖抗滑桩以解决承载力不足的问题，施工周期也会大大增加，而扶壁式挡墙施工不存在此类问题。

3.2 应用范围

由于整个贵州省内地形以高原山地斜坡为主，设计建设过程中不可避免地会造成大量的填方体路基及大量的半填半挖路基。二次设计不可避免在已建填方体上修建高挡墙，或者下伏填方与上覆高挡墙同时施工。以往常用的重力式挡墙要求承载力较高，桩基承台挡墙造价投资较大，而扶壁式挡墙要求承载力较低，投资相较于桩基承台挡墙节省，有效解决了承载力与投资造价问题，因此应用范围更广。