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山區公路擋土墻設計淺析

發布時間:2010-01-14 共2頁

  5  擋土墻的穩定驗算及強度驗算

  擋土墻的設計應保證其在自重和外荷載作用下不發生全墻的滑動和傾覆,并保證墻身截面有足夠的強度、基底應力小于地基承載力和偏心距不超過容許值。因此在擬定墻身斷面形式及尺寸之后,應進行墻的穩定及強度驗算。擋墻的驗算方法有二種:一種是采用分項安全系數的極限狀態法,另一種是總安全系數的容許應力法。目前國內多數應用容許應力法設計擋土墻。下面是采用容許應力法進行擋土墻驗算的簡介。

  5.1  滑動穩定驗算

  擋土墻沿基底的滑動穩定系數Kc應不小于1.3.計算公式為:

  Kc= (W+Ey)f / Ex

  式中:W——擋土墻自重,衡重式時,包括衡重臺上的土重(KN),Ex,Ey——主動土壓力的水平和垂直分力(KN),f——基底摩擦系數。

  設計中,為增加擋土墻的抗滑穩定性,常將基底做成向內傾斜,以增大滑動穩定系數。基底斜坡坡度一般不超過1:5.

  5.2  傾覆穩定驗算

  擋土墻繞墻趾的傾覆穩定系數Ko應不小于1.5.計算公式為:

  Ko=(WZw+EyZx)/(ExZy)

  式中:Zx——Ey對墻趾O點的力臂 (m),Zy——Ex對墻趾O點的力臂 (m),Zw——W對墻趾O點的力臂 (m)。

  5.3  基底應力及偏心驗算

  基底的合力偏心距e.計算公式為:

  e=B/2-Zn=B/2-(WZw+EyZx-ExZy)/(W+Ey)

  在土質地基上,e≤B/6;在軟弱巖石地基上,e≤B/5;在不易風化的巖石地基上,e≤B/4.

  當e≤B/6時,墻趾和墻踵處的法向壓應力為:

  σ1,2=(W+Ey)(1±6e/B)/B≤[σ]

  式中,[σ] ——地基土修正后的容許承載力(KPa)

  [σ]= [σo]+K1γ1(B-2)

  式中,[σo] ——地基土的容許承載力(KPa),K1 ——地基土容許承載力隨基礎寬度的修正系數,γ1 ——地基土的天然容重(KN/m3)。

  當e>B/6時,基底出現拉應力,考慮到一般情況下地基與基礎間不能承受拉力,故不計拉力而按應力重分布計算基底最大拉應力:

  σ1=2(W+Ey)/ 3Zn≤[σ]

  若出現負偏心,則上式的Zn改為(B-Zn)。

  5.4  墻身截面強度驗算

  通常選取一、兩個截面進行驗算。驗算截面可選在基礎底面、1/2墻高處或上下墻交界處等。

  墻身截面強度驗算包括法向應力和剪應力的驗算。剪應力包括水平剪應力和斜剪應力兩種,重力式擋土墻只驗算水平剪應力,而衡重式擋土墻還需進行斜截面剪應力的驗算。

  6  采取措施

  完成了擋土墻截面設計及穩定、強度驗算之后,必須采取必要的措施,以保證擋土墻的安全性。

  6.1  基礎加固措施

  6.1.1  為減少基底壓應力,增加抗傾覆的穩定性,在墻趾處伸出一臺階,以拓寬基底。墻趾臺階的寬度不小于20cm,臺階高寬比可采用3:2或2:1.

  6.1.2  地基為軟弱土層時,可用砂礫、碎石、礦渣或灰土等質量較好的材料換填,以擴散基底壓應力,滿足設計要求。

  6.2  排水措施

  對于漿砌石擋土墻,應在墻前地面以上設置一排泄水孔。墻較高時,可在墻上部加設泄水孔。泄水孔采用10×10cm的方孔或圓孔,孔眼間距2~3米,上下排泄水孔錯開設置。泄水孔進水口應設置反濾材料。

  6.3  沉降縫與伸縮縫的設置

  為避免地基不均勻沉降引起墻身開裂,需按墻高和地基性質的變異,設置沉降縫,同時,為了減少圬工砌體因收縮硬化和溫度化作用而產生裂縫,需設置伸縮縫。擋土墻的沉降縫和伸縮縫設置在一起,每隔10~15m設置一道,縫寬2~3cm,自墻頂做至基底,縫內宜用瀝青麻絮、瀝青竹絨或涂以瀝青的木板等具有彈性的材料,沿墻的內、外、頂三側填塞,填塞深度不小于15cm.

  6.4  墻頂與路面的銜接

  當墻頂寬大于土路肩寬度時,擋土墻侵入土路肩部分應預留出相當于路面結構厚度部分以鋪筑路面。

  6.5  車輛安全行駛保障措施

  對于路肩墻,其墻頂面以下50cm采用C20砼澆筑,并預埋鋼筋,在其上設置防撞欄或防撞墻。

  7  材料要求

  7.1  石料須經過挑選,質地均勻,無裂縫,不易風化。

  7.2  石料的抗壓強度應不低于30MPa.

  7.3  盡量采用較大的石料砌筑,塊石應大致方正,其厚度不小于15cm,寬度和長度相應為厚度的1.5~2.0倍和1.5~3.0倍。

  7.4  采用7.5號砂漿砌筑,10號砂漿勾縫。

  8  設計體會

  8.1  設計參數的選取

  因用于計算主動土壓力的庫倫理論較適用于砂性土,而對于粘性土的壓力計算會存在一定的誤差,所以對于以粘性土做填料的擋土墻計算,設計參數如填料的內摩擦角等的取值應相對保守。由于庫倫理論是一種簡化的土壓力計算方法,所以對于以砂性土做填料的擋土墻,設計參數也應根據實際情況取相對保守值。

  8.2  安全系數的選取

  對墻高≥6m的擋土墻,實際設計時建議將安全系數提高20%,以保證其安全性。

  8.3  墻面坡的選取

  出于美觀和施工方便的考慮,一段擋土墻通常都采用一個墻面坡。對于山區公路擋土墻,采用較陡的墻面坡,可有效減小墻高,節省材料。一般情況下,重力式擋土墻(俯傾式)、衡重式擋土墻墻面坡取1:0.05,仰斜式擋土墻的墻面坡取1:0.25,均能滿足設計要求。

  8.4  墻背坡的選取

  仰斜式擋土墻的墻背坡一般不超過1:0.3,具體結合開挖的臨時邊坡選取。

  俯斜式擋土墻的墻背坡一般取1:0.2,隨著墻高增加,墻頂寬度相應增大。

  對于衡重式路肩擋土墻,當墻高≤8m時,上墻背坡取1:0.25,墻高>8m而≤10m時,上墻背坡取1:0.3;下墻背坡取1:0.25.若為路堤墻,則上墻背坡應相應加大。

  8.5  設計控制重點

  對于俯斜式擋土墻,由于所受土壓力較大,所以設計時應注意其穩定和抗傾覆的驗算。對于衡重式擋土墻,一般較容易滿足穩定要求,墻身斷面的強度成為擋土墻設計中主要的控制指標,所以一定要采用高強度的材料砌筑。

  9  結束語

  公路擋土墻是路基防護工程的重要組成部分。在山區公路中,擋土墻的應用更為廣泛。擋土墻設計時,應進行詳細地調查、勘測,確定構造物的形式與尺寸,運用合適的理論計算土壓力,并進行穩定性和截面強度方面的驗算,采取合理、可行的措施,以保證擋土墻的安全性。

  截面強度 措施以保證擋土墻的安全性。

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