县乡公路沿河挡土墙稳定性优化设计研究

杨逊

摘要 当前县乡公路沿河挡土墙的背部平整多为单向点位结构，存在受力稳定性不高，容易出现位移量增加等情况。为此，文章提出对县乡公路沿河挡土墙稳定性优化设计与验证研究。根据县乡公路沿河挡土墙的测定需求，采用多层级的方式增加挡土墙受力面，设置挡土墙排水管，增设扶壁和闸门，再对挡土墙局域受力与抗倾覆稳定性进行计算，采用定点保定及施工核验的方式实现优化处理。

关键词 县乡公路；沿河；挡土墙；稳定性优化；墙体搭接

中图分类号 U417.1文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）08-0092-03

0 引言

县乡公路作为我国农村地区重要的交通基础设施，对于促进乡村经济社会发展具有重大意义。在县乡公路的建设过程中，常常会遇到沿河地段等地形复杂路段，容易出现滑坡、泥石流等自然灾害，给县乡公路的建设运营带来极大安全隐患[1]。为了确保县乡公路的安全稳定运行，在沿河设立挡土墙被广泛应用于沿河地段的防护工程中，有效地防止了水流冲刷、滑坡和泥石流等自然灾害对乡村公路的破坏[2]。传统的挡土墙设计方法只考虑了墙体的强度和稳定性，忽略了水流冲刷、地基变形等因素对挡土墙稳定性的影响。为了提高挡土墙的稳定安全，通过对挡土墙的受力特点和变形规律展开分析，从水流冲刷和地基变形等方面对挡土墙进行优化设计，进一步提升挡土墙的稳定性和安全性，为保障县乡公路的安全畅通提供有力支撑。

1 沿河挡土墙构造设计要点

1.1 墙身构造

根据工程实际确定采用不同挡土墙结构，水工挡土墙的墙面应设计成直线形状，要求其坡度与墙背面相协调，一般应平行或者稍缓于墙背，墙顶的宽度通常为i>0.5 m。

1.2 沿河挡土墙的排水设计

沿河挡土墙的排水系统主要包括地面排水和墙身排水，地面排水系统设计包括地面排水沟、截引地表水、防止雨水和地面水下渗等措施，在必要情况下还要设置铺砌层。墙身排水系统的设置主要是排出墙后积水，对于泄水孔的设置，要按照实际泄水量选择适宜孔眼，按照5%的坡度安设，选择上下排梅花状，水平及竖向间距1.5～3 m，底排泄水孔出水口高出地面的距离要≥200 mm，安设时要在泄水管周边铺设砂浆，再砌毛石，防止泄水管受压破损[3]。

2 沿河挡土墙稳定性优化方法

2.1 挡土墙排水管与多层级背部平整处理

对于沿河挡土墙进行稳定性优化及改进是一项复杂的工作，需要平衡挡土墙的受力分布状况。要标定出当前墙体背部受主动土压力容易损坏的位置，使用覆水泥来对墙体封控处理。由于挡土墙纵向横向在受力后易断裂，可以增加扶壁设置，利用混凝土或砖混结构在外部区域形成侧向支撑结构，降低挡墙的综合压力[4]。最后，还要在沿河挡土墙安装排水管道，结构如图1所示。

结合图1，实现对挡土墙排水管道的设定。在挡土墙内部增加排水系统进行排水，减少墙体承受的冲击力，提高了墙体的抗剪强度。在设定排水管道过程中，要对墙体整体的宽度进行扩展施工，以增加排水的范围，具体如公式（1）所示。

（1）

式中，D——墙体改进排水宽度；——抗剪强度；U——间距；W——管道数量；β——独立宽度；ε——管道长度。结合当前测定，完成对挡土墙排水管与背部平整处理。

2.2 增加扶壁和闸门

由于挡土墙背部石块经过风沙侵蚀后裸露在外，加上外部环境的后续影响，容易受到溜砂冲毁破坏。需要增加扶壁和闸门进行加固，以提升墙体的稳定性，同时，也保证各个点位受力均匀。通过覆水泥浆实现浇灌处理，进行泥浆配比的计算，具体如公式（2）所示。

（2）

式中，P——泥浆配比；Q——混凝土总量；χ——浇灌处理范围；m——初始受力区域；n——实际受力区域；——堆叠位置，结合得出的泥浆配比，进行施工材料的调制。覆水泥处理后，增加挡土墙的主动土压力，缩小挡墙与填土面之间的缝隙，使整个墙体更为平滑，摩擦力减小，实现平整受力[5]。在挡土墙的外侧设定扶壁，形成更稳定的墙体支撑杆，减轻整体压力，延长使用年限，结构如图2所示。

为了防止挡土墙出现塌陷或者下沉等问题，需要进行基础稳定指标与参数的设定，公路沿河挡土墙稳定施工指标与参数采集信息如表1所示。

结合表1，实现对公路沿河挡土墙稳定施工指标与参数的采集分析，基于当前数据对挡土墙挠度进行测定，得出扶壁4个支撑点的受力情况。在此基础上，还应设置闸门，如图3所示。

结合图3，对挡土墙闸门加固结构的设计，通过对扶壁外侧的稳定，在墙体内部的孔隙中增设钢制闸门，提升了整体结构的耐磨、耐腐蚀度。挡土墙的高度应与河岸的高度相匹配，以便稳固地支撑土壤并承受来自水流的冲击，挡土墙的底部应埋入土中，以增加其稳定性和抗冲刷能力，挡土墙的表面还应进行适当加固和保护。为了防止水流对挡土墙的冲刷，可以在挡土墙的表面设置一层保护层，例如排水板、防渗膜以及在挡土墙的上方设置草坪或植被等，还可以通过设置排水系统来减少水流对挡土墙的冲击，例如设置排水沟、排水管等，将来自附近山体、河流和降雨的水流导入其他地方，减少水流对挡土墙的冲击力和侵蚀力，提高挡土墙的抗冲刷能力。

2.3 挡土墙局域受力与抗倾覆稳定性计算

沿河挡土墙现场基层承载力的测定一般选用动力触探仪进行测定，动力触探仪分轻型、中型和重型三种，其落距分别为50 cm、60 cm、75 cm，设备重锤质量分别是10 kg、28 kg、63.5 kg[6]。对沿河挡土墙土进行压力计算，如公式（3）所示。

（3）

式中，E——土压力；r——受力范围；t——基础应力；y——荷载值；φ——局域受力节点。基于各个位置的土压力变化，分析应力的大小和分布对挡土墙的稳定性进行比对验证，计算单节点受力值，如公式（4）所示。

（4）

式中，T——单节点受力值；θ——应力分布大小；δ1、δ2——局域受力范围和总受力范围；i——平衡系数；η——滑动次数。测定各个节点的受力值是否处于稳定范围，当挡土墙受到侧向荷载作用时，可能会发生倾覆等严重事故。因此，在设计中要对挡土墙的抗倾覆稳定性进行测算分析，确保满足工程要求。计算出挡土墙的偏心距，具体如公式（5）所示：

O=ι?λ×N+π （5）

式中，O——挡土墙的偏心距；ι——承载力；λ——竖向力；N——墙趾点；π——底面宽度。根据偏心距的变化测定出当前墙体的倾覆情况，可以确定挡土墙的抗倾覆能力，为工程安全提供有力保障。

2.4 定点保定及施工核验实现优化处理

挡土墙的稳定是工程安全的关键，其中，定点保定和施工核验是两个重要的优化处理方法。定点保定是指在挡土墙的设计和施工过程中，确定关键的支撑点和固定点，它们是保证挡土墙稳定的关键，可以有效地分散外部荷载，其荷载值的计算如公式（6）所示：

（6）

式中，B——承载外部荷载值；f——挡土墙面积；r——支撑受力面积；L——支撑点数量。结合得出的承载外部荷载值，对各个稳定位置进行标定，通过合理的定点保定设计，显著提高了挡土墙的稳定性[7]。

3 实例论证分析

3.1 县乡公路沿河挡土墙实验环境设定

主要针对县乡公路沿河挡土墙稳定性优化设计的实际应用效果进行分析与验证研究，选定贵州省黔东南州某县乡公路沿河挡土墙作为测试对象，该路段挡土墙工程区具有地质较为平缓、山体多为泥岩、砂岩等特点，中间位置的沟段发育不明显，结构如图4所示。

结合图4，由于该挡土墙修建年限较长和外部环境影响，导致当前挡土墙状态不稳定，阻挡能力明显下降，应用效果不佳。为解决这一问题，针对沿河挡土墙存在的问题及缺陷进行稳定性分析并进行实验环境搭建。在沿河的挡土墙附近设置边缘界限，部署对应的识别检测节点和节点间的搭接，形成循环性的检测环境，再对位移检测仪指标与参数进行设置，如表2所示。

3.2 实例施工结果分析

结合上述测定，选定贵州省黔东南州某县乡公路上的4个路段对挡土墙进行渗水测定和后期验证，对挡土墙防水渗透比进行比对分析，如表3所示。

基于此，在挡土墙上随机选定6个测试点位，分2阶段测试，测量出最大的位移量，具体如表4所示。

结合表4，对测试结果分析得知，针对随机选定的6个测试点位，经过两个阶段的测试，得出的渗透比在8.5以下，最大位移量被控制在0.5 m以下，说明所设计的县乡公路沿河挡土墙稳定性的优化设计方法更加灵活，稳定性和安全性更强，具有较高的实用价值。

4 结语

综上所述，对县乡公路沿河挡土墙稳定性的优化进行了设计与策略分析，优化设计方法综合考虑了水流冲刷、地基变形等多种因素对挡土墙稳定性的影响，通过采用有限元分析方法，从多个角度完善优化了挡土墙的稳定性分析与验证，还精准标定出挡土墙的支撑点位，根据工程实际做出了相应调整和优化，大幅提高了沿河挡土墙的稳固性，为沿河的县乡公路的安全通行提供了坚实保障。

参考文献

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[2]覃敏军. 水位变化对临河路基挡土墙加固边坡稳定性的影响分析[J]. 西部交通科技， 2023（7）： 16-19.

[3]邹愈， 胡兆江， 牟海斌， 等. 降雨对挡土墙黄土边坡长期稳定性影响的模型试验[J]. 西安科技大学学报， 2022（2）： 299-306.

[4]汤彬彬， 陈东， 赵紫红， 等. 基于可靠度指标优化模型的挡土墙稳定性分析[J]. 西部交通科技， 2022（3）： 6-10+22.

[5]王亚萍， 倪帆， 旺久， 等. G318国道拉萨段重力式挡土墙墙背稳定性优化设计[J]. 科学技术创新， 2022（2）： 101-104.

[6]王雷刚， 黄昌根， 魏娟盆， 等. 沉降后浇带临时加固对毗邻高层建筑挡土墙稳定性影响的研究[J]. 建筑施工， 2023（6）： 1236-1238+1251.

[7]张剑， 宋薇. 强度折减法对加筋挡土墙稳定性的数值极限分析[J]. 承德石油高等专科学校学报， 2023（3）： 32-36.