衡重式挡墙的应用和创新探索

衡重式挡墙的应用和创新探索
衡重式挡墙在山区公路中广为应用，文章从介绍衡重式挡墙入手，并以我国西南地区某公路的路基支挡防护作为典型例子进行详细说明，分析其在路基支挡防护中的具体应用，并对衡重式挡墙的创新应用进行探讨。

标签：衡重式挡墙；路基支挡防护；创新应用
随着我国公路建设的飞速发展，特别对中西部地区的公路工程项目投入不断增加，路基挡土墙特别是重力式挡土墙作为公路工程中广泛采用的一种构造物，显得越来越重要，应用也越来越多。

由于中西部地区多为山区，其地质地形较为复杂多变，若采用单一的重力式挡墙形式往往难以应对，并且经济效用不佳，甚至会对路基的质量和安全造成隐患和威胁，而衡重式挡墙作为重力式挡墙的一种创新，更加适用于多变的山区地形，因此，文章以实例进行具体分析。

1 衡重式挡墙的概念
挡土墙是用来支承路基土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的一种构造物，其中重力式挡土墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，衡重式挡墙也是重力式挡墙的一种，最早的衡重式挡墙出现于20世纪中期，是由我国铁道部创造的一种新的处理公路病害的构造物。

衡重式挡墙区别于普通重力式挡墙一个显著特征就是在重力式挡墙的基础上，进行了特殊的折面墙背及衡重台设计，其墙背不是一个平面，而是折面，即上墙为俯斜式墙背，下墙为仰斜式墙背，且上墙墙背外侧还增加了一个较宽的衡重台。

其作用机理是利用衡重台上填土的重力作用以及增加衡重台后墙体重心后移的效果，来抵抗破裂面土体的主动土压力，并通过作用在衡重台上的稳定力矩来抵抗破裂面土体的倾覆力矩[1]。

衡重式挡墙合理的利用了墙背填土；而且由于其下墙为仰斜式，所受土压力小，抗倾覆稳定性更好，并在减少开挖回填和节约占地面积等方面具有更大的优势。

但衡重式挡墙基础和地基的接触面相对较小，因此基底应力较大，故大多适用于地基承载力较好的地基。

衡重式挡墙若以位置为标准进行分类，可分为路肩、路堤、山坡墙等等，由于受地基承载力制约，一般多用于路肩墙。

2 衡重式挡墙的应用
为了详细清楚地说明衡重式挡墙的应用，文章采用国道323线石屏至元江（红龙厂）高速公路的一段挡墙作为具体实例，来进行一系列的研究和探讨。

2.1 工程概况
该路基位于山坡上，右侧地面线横坡较陡，原设计为3m高的普通重力式挡墙，由于该处地质破碎，在开挖重力式挡墙基坑时造成地面线垮塌，导致路基设计边缘距地表线的填方高度变为6m，若继续开挖重力式挡墙基坑，则有可能促使地面线进一步破坏，工程造价不经济。

该处的地质条件较为复杂，左侧是陡崖，右侧是沟谷，且地形陡峭，地表线横坡较大，地质为层状板岩，墙风化碎石状，节理裂隙很发育，岩体破碎，表层有粘性土填充，局部夹碎石。

路基地段的岩层产状47°<23°。

挡墙基坑发生垮塌的主要原因为该段地基的地质破碎松散，路基地表线横坡坡度较大，而重力式挡墙要求的基坑开挖宽度较大，在开挖过程中，对土体的扰动比较大，施工难度大，而且地表无排水系统，遇到连续的大雨天气，没有排除的水深入到了路基内部，使土体的内摩擦角减小，强度降低，下滑力增大，导致基坑的稳定性降低，产生垮塌的现象[2]。

2.2 基坑垮塌的处置措施
2.2.1 基坑处治工程的设计指导原则
根据该基坑的毁坏程度，结合周围的地理特点，制定基坑垮塌处理的指导原则为：（1）安全第一原则。

主要体现在基坑施工阶段中的安全和挡墙后期使用的安全，并考虑线外排水，降低雨水对地面线的进一步侵蚀破坏程度，确保处治结束之后，路基挡墙能够正常完成并投入使用，不会再有类似的问题出现；（2）经济合理原则。

在确保路基挡墙使用和施工安全的基础之上，对其进行优化，充分考虑工程的成本，合理配置资源，避免资源的浪费，使工程的经济效益最大化；（3）环境协调原则。

是指基坑垮塌处理的过程需要结合实际情况，设计科学的施工方案，严禁基坑开挖过程中直接从路基边坡弃土，减少对周围环境的破坏；（4）缩短工期原则。

由于挡墙工程只是整个公路工程中的一个部分，在进行处治基坑的设计时，需要考虑到该挡墙工程在整个施工组织计划流程中的位置，确保工程能迅速完工而不影响到项目工程其他环节的开展。

2.2.2 根据基坑的处治方案，选择合适的处治方式
针对该公路地质地形特点进行分析，适合采用衡重式挡墙方案来进行处治。

首先，明确设计计算参数。

根据实际情况，确定填土的容重为21KN/m3，摩擦角为30°；填土的容重为19KN/m3，地基承载力350KPa，基底的摩擦系数为0.5。

其次，对挡土墙做出如下设计：（1）墙身沿基底没有滑动破坏，滑动系数要保持稳定在1.3以上；（2）墙身绕墙趾不存在倾覆，系数稳定在1.6以上；（3）保证基底不会沉降，偏心距要小于0.17W3，W3为挡墙基底宽度，见图1；（4）地基的沉降幅度要在可控范围之内，地基的容许承载力应该比最大压应力大；（5）
墙身的截面不会产生开裂等剪切破坏，最大压应力和最大拉应力不能超过挡墙的容许应力。

由于衡重式挡墙在保证埋深后，高度H比较大，而基底宽度W3比较小，加之地质破碎，为防止挡墙产生滑移，固在挡墙基础部位设置横向锚杆和竖向地锚。

另外考虑到高挡墙在施工过程中基础和墙身往往不能同时浇筑成形，为了防止基础和墙身之间出现截面的剪切破坏（衡重式挡墙的基础截面尺寸更小更容易被剪切破坏）于是基础和墙身之间也增设了竖向锚杆。

因此，设计的衡重式挡墙如图1所示。

2.2.3 效果分析
该段挡墙经变更为衡重式挡墙处理之后，重新开挖的基坑没有继续发生坍塌，而衡重式挡墙也顺利如期完工，这说明衡重式挡墙在这一工程应用中起到了重要的作用[3]。

3 衡重式挡墙的技术创新和应用创新3.1 衡重式挡墙和锚杆技术相结合
锚杆支护技术和衡重式挡墙都有各自的优势，将二者结合起来使用，能够取长补短，增加安全和可行性。

考虑墙后的岩体土的破裂面，从锚杆和挡墙联合应用的稳定性入手，选择合适的联合支护技术，联合支护技术可以分为在墙身设置锚杆、在基础设置锚杆和墙身、基础都设置锚杆这三大类。

（1）基础部位设置锚杆。

在基础部位设置锚杆能够有效解决地基的承载力过低的问题，能够提高挡墙的抗滑移能力，增加挡墙的稳定性；（2）墙身设置锚杆。

衡重台是衡重式挡墙的分界，能够将衡重式挡墙分成上、下挡墙这两个部分。

在上挡墙的部位，回填土的区域范围较广，因此，设置锚杆时必须要考虑回填土的沉降、压缩、变形等问题，应该尽量将锚杆设置在下墙体处，锚杆能够为挡墙提供一定的拉力。

挡墙的抗倾覆能力与锚杆提供的抗倾覆能力呈正比；（3）在墙身和基础部位都设置锚
杆。

根据现场的情况来设置，提高挡墙的抗滑能力与抗倾覆能力，同时，工程的造价也会相应提高，因此，要根据实际情况判断是否需要在两个部位设置锚杆，使工程的经济效益达到最大[4]。

3.2 衡重式挡墙和台阶基础技术相结合
衡重式挡墙由于其结构特征，大多运用于山区，而当挡墙基础砌筑在稳定坚硬的岩石斜坡地基上时，其基础可做成台阶形，而山区很多陡坡陡坎往往是坚硬的岩石，此时衡重式挡墙若采用台阶基础，则可以避免衡重式挡墙基底宽度小、抗滑移能力差的缺点，而且台阶基础同样能发挥衡重式挡墙基坑开挖面小的优势，对于山区公路支挡工程的作用是明显的。

4 结束语
总之，山区的地貌和地质条件较为复杂，对公路的路基造成的安全影响大，
对病害的治理难度也较大，利用衡重式挡墙来处理和解决这些问题效果明显，且成本较低，已经受到了广泛的关注，当然，要想发挥衡重式挡墙的作用，还需要对其继续探索，加强技术创新。

参考文献
[1]阮林洁.衡重式挡墙在山区公路路基病害处治中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2015（5）：3470-3471.
[2]纪祖光.衡重式挡墙在山区公路路基病害处治中的应用[J].建材与装饰，2015（25）：302-303+304.
[3]周福婷.高速公路衡重式挡墙病害原因分析及加固处治[J].城市建设理论研究，2014（15）.
[4]方延强，蒋志军，周昌全，等.基于理论与数值分析的衡重式挡墙优化设计[J].铜业工程，2014（6）：51-53+65.
作者简介：余昊泽（1982，1-），男，汉族，工程师，主要从事公路设计工作。