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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2009-05-20

山区公路挡土墙设计浅析

　　简介： 挡土墙是公路工程中广泛采用的一种构造物，特别在山区公路中，应用更为广泛。本文主要介绍采用容许应力法进行挡土墙设计的情况，分析山区公路挡土墙设计中的重点问题，并提出了较为合理可行的建议与措施。

　　关键字：山区公路 挡土墙设计 土压力 库伦理论 稳定

　　1 前言

　　公路挡土墙是用来支承路基填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的一种构造物。在路基工程中，挡土墙可用以稳定路堤和路堑边坡，减少土石方工程量和占地面积，防止水流冲刷路基，并经常用于整治坍方、滑坡等路基病害。

　　挡土墙的形式多种多样，按其结构特点，可分为：石砌重力式、石砌衡重式、加筋土轻型式、砼半重力式、钢筋砼悬臂式和扶壁式、柱板式、锚杆式、锚定板式及垛式等类型；按其中路基横断面上的位置，又可分：路肩墙、路堤墙及路堑墙；按所处的环境条件，又可分为：一般地区挡墙、浸水地区挡土墙及地震地区挡土墙。考虑挡土墙设计方案时，应与其他工程方案进行技术经济比较，分析其技术的可行性、可靠性及经济的合理性，然后才确定设计方案，并根据实际情况进行挡土墙的选型。

　　在山区公路中，由于地形条件更为复杂，地势更为陡峭，因此，挡土墙的应用更为广泛。近几年来，笔者参加了二十多段、共三百多公里的山区公路（二、三级）的设计，主要负责路基防护工程，特别是挡土墙的设计，对山区公路挡土墙的设计积累了一定的经验与体会，在此提出，仅供同类工程设计时参考。

　　2 挡土墙设计的基础资料及设计参数

　　2.1 基础资料

　　挡土墙设计时，必须具备以下资料：路线平面图、纵断面图、横断面图，地质资料（包括工程地质勘察报告、工程物探报告），地震勘探报告，水文资料，总体设计资料及构造物一览表等。

　　2.2 设计参数的选取

　　2.2.1 墙背填料的物理力学性质对于山岭重丘二、三级公路的挡土墙设计，当缺乏试验数据时，填料的计算内摩擦角及容重可参照表1及表2选用：

　　表1 填料内摩擦角ψ参考值

土的种类	块石	大卵石、碎石类土	小卵石、砾石、粗砂、石屑	中、细砂、砂质土	粉砂	粘土
内摩擦角（°）	45	40	35	30	26	14-21

　　表2 填料标准容重

土的种类	砾石、碎石、砾质土	砂、砂质土	粉土、粘性土（ωl<50%）	石灰土（石灰10%）	粉煤灰
容重（KN/m3）	20	19	18	18	15

　　2.2.2 墙背摩擦角填土与墙背间的摩擦角δ应根据墙背的粗糙程度及排水条件确定。山区公路中，对于浆砌片石墙体、排水条件良好，均可采用δ=ψ/2.

　　2.2.3 基底摩擦系数基底摩擦系数μ应依据基底粗糙程度、排水条件和土质确定。

　　2.2.4 地基容许承载力地基容许承载力可按照《公路设计手册·路基》及有关设计规范规定选取。

　　2.2.5建筑材料的容重根据有关设计规范规定选取。

　　2.2.6砌体的容许应力和设计强度根据有关设计规范规定选取。

　　2.2.7砼的容许应力和设计强度根据有关设计规范规定选取。

　　3 挡土墙的选型

　　3.1 材料选择

　　浆砌片石挡土墙取材容易，施工简便，适用范围比较广泛。山区公路中，石料资源较为丰富，在挡土墙高≤10米时，因地制宜，采用浆砌片石砌筑，可以较好地满足经济、安全方面的要求。

　　3.2 截面形式选择

　　根据挡土墙结构类型及其特点分析，当墙高＜5时，采用重力式挡土墙，可以发挥其形式简单，施工方便的优势。同时，由于山区公路地面横坡比较陡峭，若采用仰斜式挡土墙，会过多增加墙高，断面增大，造成浪费，采用俯斜式挡土墙会比较经济合理。一般在路堑墙、墙趾处地面平缓的路肩墙或路堤墙等情况下，才考虑采用仰斜式挡土墙。当墙高≥5且地基条件较好时，采用衡重式挡土墙，可以有效地减小截面，节省材料。

　　3.3 位置选择

　　在挖方边坡比较陡峭时，采用路堑挡土墙，可以降低边坡高度，减少山坡开挖，避免破坏山体平衡；在地质条件不良情况下，还可以支挡可能坍滑的山坡土体。

　　对于采用路肩挡土墙或路堤挡土墙，应结合具体条件考虑，必要时应作技术经济比较。因为路堤挡土墙承受荷载较大，受力条件较为不利，截面尺寸也较大，所以录路堤墙与路肩墙的墙高或截面污工数量较为接近，基础情况相仿时，采用路肩墙比较有利。

　　4 土压力的计算

　　挡土墙设计的经济合理，关键是正确地计算土压力，确定土压力的大小、方向与分布。土压力计算是一个十分复杂的问题，它涉及墙身、填土与地基三者之间的共同作用。计算土压力的理论和方法很多。由于库伦理论概念清析，计算简单，适用范围较广，可适用不同墙背坡度和粗糙度、不同墙后填土表面形状和荷载作用情况下的主动土压力计算，且一般情况下计算结果均能满足工程要求，因此库伦理论和公式是目前应用最广的土压力计算方法。

　　4.1 库伦主动土压力计算公式及计算简图

　　主动土压力计算公式：

　　Eα=1/2γH2Ka

　　式中：Eα——主动土压力（KN），γ——土的容重（KN/m3），H——挡土墙高（m），Ka——库伦主动土压力系数。

　　《公路设计手册·路基》中，以库伦理论为基础，按墙后填土表面的形状和车辆荷载分布情况的不同，推导出各种情况下的主动土压力计算公式，设计时可根据实际情况查表计算。

　　4.2 第二破裂面土压力的计算

　　在挡土墙设计中，当墙背或假想墙背的倾角α1或α‘1大于第二破裂面的倾角αi，或作用于墙背或假想墙背的土压力对墙背法线的倾角δ’小于或等于墙背摩擦角δ时，就会出现第二破裂面，这种情况下，应按破裂面出现的位置来求算土压力。

　　对于一般常用的俯仰式挡土墙，不会出现第二破裂面，对于衡重台较宽的衡重式挡土墙，则较易出现第二破裂面。各种边界条件的第二破裂面主动土压力计算公式详见《公路设计手册·路基》。

　　因此设计过程中，应先采用试算的方法，判别第一破裂面出现的位置，计算破裂角，并根据计算所得的第二破裂面倾角判断是否会出现第二破裂面，然后再选用合适的公式计算主动土压力。

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roc0324

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优秀文章

2009-05-21