基于GEO5山区高速公路路肩墙的选型研究

孟定宇，旃 鹏，王晓俊

(云南省交通规划设计研究院有限公司，云南 昆明 650041)

0 引 言

山区高速公路受地形限制，将不可避免地应用支挡结构。常用的支挡结构根据位置的不同，主要分为路堑挡土墙、路堤挡土墙、路肩挡土墙和山坡挡土墙。路肩挡土墙在工程中，有支挡陡坡路堤下滑、收缩坡脚、减少占地，减少填方量的优势，特别是针对基本农田资源稀缺的山区，更是极为常用。由于云南山区地形陡峻，路肩墙主要采用俯斜式和衡重式挡土墙[1，2]。

根据云南省高速公路工程建设经验，作为路肩墙应用时，俯斜式路肩墙的墙身高度为2～8 m，而衡重式路肩墙墙高的尺寸为3～12 m。因此，3～8 m的墙身存在重叠区，一般设计人员凭借自己以往的工作经验和其他项目的应用经验任意选取，忽略了两种墙型在应用时的区别，本文将基于GEO5重力式挡土墙设计模块的计算结果，结合基底压应力、抗倾覆稳定性安全系数、抗滑移稳定性安全系数三大关键指标，对云南山区常用的两类挡土墙型式进行综合比选，并提出相关的建议，为山区公路路肩墙的设计和施工提供参考。

1 挡墙尺寸

云南地区高速公路常用的俯斜式和衡重式路肩墙的尺寸，如图1、图2和表1、表2所示，材料为C20片石混凝土，重度γ=23 kN/m3。

图1 重力式路肩墙尺寸图

图2 衡重式路肩墙尺寸图

表1 俯斜式路肩墙尺寸

表2 衡重式路肩墙尺寸

2 设计参数

一般情况下，挡土墙的埋深在1～1.5 m，基本处于土层范围内。因此，天然地基及土层②按粘性土考虑，土层①为墙背回填土，一般采用碎石土，结合云南山区的勘察经验，拟定两土层设计参数见表3。荷载主要考虑行车荷载q和主动土压力，不计墙前被动土压力，规范[3]规定，墙高3～8 m，荷载q从18.35～12.5 kN/m2线性内插，填土角度θ=45°，基底与基底土间的摩擦系数μ=0.3，结构重要性系数γ0=1.0(H≤5 m)，γ0=1.05(H>5 m)。

图3 重力式设计参数图

图4 衡重式设计参数图

表3 土层参数

3 计算结果

根据相关的计算参数和挡墙尺寸，应用GEO5南京库仑软件进行基底压应力p、抗滑倾覆稳定性K0、抗滑移稳定性Kc的计算，重力式路肩墙和衡重式路肩墙的计算结果分列于表4、表5。

表4 重力式路肩墙的受力分析结果

表5 衡重式路肩墙的受力分析结果

4 结 论

(1)基于经济性的考虑，当墙高H>4 m之后，重力式路肩墙的混凝土体积较衡重式路肩墙大。即H≤4 m时，选用重力式挡土墙较为经济；H>5 m，选用衡重式挡土墙较为经济。

(2)一般土体的承载力特征值f<200 kPa。由此可见，当墙高H>6 m，应注意基底压应力和地基承载力的比较。

(3)重力式和衡重式路肩墙中，抗滑移和抗倾覆安全系数随挡墙墙高的变化规律基本一致。重力式路肩墙随墙高H的增大，抗滑移安全系数K0和抗滑移安全系数Kc均增大，衡重式路肩墙随墙高H的增大，抗滑移安全系数K0和抗滑移安全系数Kc的变化范围基本稳定在3～4之间。规范[3]要求抗滑移安全系数Kc=1.3，安全系数抗倾覆K0=1.5，两种墙型均满足要求。

(4)综合经济性、安全性考虑，路肩墙墙高H<6 m，建议选用重力式路肩墙；墙高H≥6 m，建议选用衡重式路肩墙。