山区公路挡土墙设计探讨

肖焱

（中交远洲交通科技集团有限公司，长沙 410000）

1 引言

随着我国公路建设“深度”的提升，目前山区的公路建设项目越来越多。山区地势崎岖，高差较大，地质情况比较复杂，为了保证公路路基的稳定性，挡土墙是山区公路最常用的构造物[1]。通过设置挡土墙可达到稳定边坡，减少填挖土方量和占地面积等目的。

影响挡土墙稳定性的因素很多，常见的有墙后填土的性质，基础承载力情况，挡土墙施工质量等，在设计中往往容易出现疏忽而造成工程事故，挡土墙坍塌造成的工程事故占山区公路工程事故相当大的比例。本文根据郴州资兴市某山区公路工程（以下简称“本工程”）挡土墙施工时出现的问题，分析山区公路挡土墙设计的重点，总结山区挡土墙设计的特点及需要注意的事项。

2 工程概况

本工程位于湖南南部南岭山脉山区中，路线全长8.231km。路线走廊带标高介于200～500m， 高差达300m，为典型的山岭重丘区地形。为了减少填挖土方量和占地面积，本工程设置有多处衡重式路肩墙（见图1）。

图1 挡墙位置平面图

其中，K19+090～K19+170段右侧设置有5.0～12.0m高的衡重式路肩墙，设计地基承载力要求需达到500kPa。根据地勘显示，本段挡墙基础表层为种植土，层厚约0.6m，其下为黏土层，层厚约0.6m，持力层为中风化灰岩，地基承载力达到3 000kPa，满足设计要求，地基高程为325.1m。

3 挡土墙施工过程出现的问题及处理

本段挡土墙基础开挖后，地质情况与原设计有较大出入，局部开挖至持力层标高后，未发现中风化灰岩层，而为岩质较弱的砂质页岩层，初步判断不能满足原设计的地基容许承载力要求。

发现问题后，立即组织地勘队伍对本段挡墙重新进行地质勘探，于K19+104右侧中线偏7.0m、K19+137右侧中线偏9.7m位置重新钻孔取芯。根据最新地质勘探资料显示，本段挡墙基础表层为碎石土，层厚1.8～2.1m，地基承载力为300kPa，其下为全风化砂质页岩层，层厚3.1～4.9m，地基承载力为270kPa，下伏层为强风化砂质页岩层，地基承载力为450kPa。根据地质钻孔资料，需对本段挡土墙重新进行设计。

4 挡土墙的选型

4.1 截面形式选择

根据最新的地质资料，若采用原设计衡重式挡土墙，为满足地基承载力500kPa，需要对挡墙基础进行处理，势必需要大幅度增加造价，同时影响施工进度，而且衡重式路肩墙施工较为复杂，对施工质量要求较高。而仰斜式路肩墙形式简单，施工方便，截面尺寸相差不大的情况下对地基承载力要求较低，因此，根据挡土墙结构类型及特点分析，同时考虑造价、施工进度等因素，本段挡土墙考虑改为采用仰斜式路肩墙。

山区公路一般地面横坡比较陡峭，满足地基承载力的条件下采用衡重式挡土墙、俯斜式挡土墙可以减小墙高，有效地减小截面，节省材料，降低工程造价，但需要掌握好基础资料，因地制宜地选择挡墙类型。

4.2 材料的选择

山区公路中，石料资源较为丰富，片石挡土墙取材容易，施工简便，适用范围比较广泛。采用片石砌筑，可以较好地满足经济、安全方面的要求。

根据JTG D30—2015《公路路基设计规范》规定[2]，10m以内挡土墙可采用浆砌片石砌筑，10m（包含10m）以上采用片石混凝土砌筑。故本段挡土墙采用片石混凝土砌筑。

4.3 位置选择

本段挡墙重新设计主要考虑采用路肩挡土墙或路堤挡土墙。由于路堤挡土墙需要承受填土的荷载，受力条件较路肩挡土墙较为不利，相同高度下截面尺寸也较大，所以虽然路堤挡土墙可以减少挡墙的高度，但截面尺寸的加大使圬工数量较为接近。同时，由于路堤挡土墙位置外移，为满足挡土墙襟边要求，势必需要加大挡土墙的高度，因此综合比较，本段采用路肩墙比较有利。

对于山区公路而言，一般情况下采用路肩墙比较有利，但挡土墙墙高较大、地基承载力不满足要求，特别是有放坡空间时，也可采用路堤挡土墙的形式。

5 挡墙稳定性验算

挡土墙的设计应保证其在自重和外荷载作用下不发生全墙滑动和倾覆，并保证墙身截面有足够的强度、基底应力不小于地基承载力和偏心距不超过容许值。因此，在拟定墙身断面形式及尺寸之后，需要进行挡土墙的稳定及强度验算[3]。

本工程墙身稳定性验算采用理正岩土6.5版软件进行验算，包含滑动稳定性验算、倾覆稳定性验算、地基应力及偏心距验算、墙底截面强度验算、台顶截面强度验算。以下为本段挡土墙最大截面挡墙验算书。

5.1 墙身尺寸

墙身高： 16.500m，包含基础高度。

墙顶宽： 2.600m。

面坡倾斜坡度：1∶0.250。

背坡倾斜坡度：1∶-0.150

采用1个扩展墙址台阶：墙趾台阶b1：1.900m；墙趾台阶h1：1.500m；墙趾台阶与墙面坡坡度相同。墙底倾斜坡率：0.200∶1

5.2 物理参数

圬工砌体容重：23.000kN/m3；

圬工之间摩擦系数：0.500；

地基土摩擦系数：0.500；

墙身砌体容许压应力：1 500kPa；

墙身砌体容许剪应力；220kPa；

墙身砌体容许拉应力：110kPa；

墙身砌体容许弯曲拉应力：200kPa；

场地环境：一般地区；

墙后填土内摩擦角：35.000。；

墙后填土黏聚力：0.000kPa；

墙后填土容重：19.000kN/m3；

墙背与墙后填土摩擦角：17.500。；

地基土容重：18.000kN/m3；

修正后地基承载力特征值：270kPa。

5.3 验算结果

1）滑移验算满足 :Kc=2.829＞1.300；

地基土层水平向：滑移验算满足：Kc2= 1.334 ＞1.300。

2）倾覆稳定性验算结果：

倾覆验算满足：K0=2.764＞1.500。

3）地基应力及偏心距验算结果：

地基平均承载力验算满足:压应力=268.2kPa≤270kPa。

4）墙底截面强度验算结果：

截面上偏心距验算满足：e1=-0.308≤0.300×6.150=1.845m；

压应力验算满足:计算值=308.860kPa≤1 500kPa；剪应力验算满足:计算值=-20.637kPa≤220kPa。

5）台顶截面强度验算结果：

截面上偏心距验算满足：e1=0.417≤0.300×4.100=1.230m；

压应力验算满足:计算值=481.206kPa≤1 500kPa；

剪应力验算满足:计算值=-41.268kPa≤220kPa。

从以上计算结果看出，该截面尺寸均满足挡土墙各项稳定性要求。

6 前后挡土墙设计对比

根据对比可知，采用仰斜式路肩挡土墙后，最高处挡土墙截面尺寸有较大的增加，但重新计算后挡土墙基底承载力能满足设计要求，不需要进行处理。目前，挡土墙已施工完成，挡土墙稳定性良好，也达到了缩短施工工期，节约工程造价的效果（见图2）。

7 结语

本文根据挡土墙施工时出现的问题，总结得出山区公路挡土墙设计的注意事项：

图2 挡土墙截面对比图

1）加强挡土墙位置的测量工作，加密横断面测量，以便于确定挡土墙的位置以及挡土墙采用的形式；

2）精细化挡土墙的地质勘探，提供完善的挡土墙计算参数；确保地质资料的准确性，为挡土墙形式的选择提供依据；

3）施工过程中，设计人员还应该深入现场进行指导，保证按图施工，以避免由于施工不当而引发工程事故。

总之，挡土墙作为山区公路运用最多的路基防护工程之一。设计时，应进行详细的调查、勘探，确定构造物的形势与尺寸，运用合理的理论计算，并进行挡土墙稳定性验算，因地制宜，采取合理、可行的措施，对挡土墙采用动态设计，实时跟踪，以保证挡土墙的安全性。