山区陡坡路堤挡土墙设计探讨

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(2)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。在地质条件不良的情况下,还可以支挡可能坍滑的山坡 土体。
(3)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 m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 m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。
表3 常用作用(或荷载)组合表
组合
作用(或荷载)名称
I
挡土墙结构重力、 墙顶上的有效永久荷载、 填土重 力、填土侧压力及其他永久荷载组合
II
组合I与基本可变荷载相组合
III
组 合 II与 其 他 可 变 荷 载 ,偶 然 荷 载 相 组 合
注 :①洪 水 与 地 震 力 不 同 时 考 虑 ;
②冻胀力、冰压力与流水压力或波浪压力不同时考虑;
(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。
(3)墙背填料的物理力学性质应根据试验数据进行取值, 当缺乏可靠试验数据时,填料内摩擦角φ可参照表 1选用。特 别提醒的是,对于路堑式挡土墙,采用俯斜式挡土墙时,墙背填 料物理力学指标宜考虑现状土的内聚力,以保证挡土墙设计的 准确性及安全性。
(2)基础的埋置深度应符合下列要求: ①当冻结深度小于或等于 1m时,基底应在冻结线以下不 小于 0.25m,并应符合基础最小埋置深度不小于 1m的要求。 ②当冻结深度超过 1m时,基底最小埋置深度不小于 1.25m,还应将基底至冻结线以下 0.25m深度范围的地基土换 填为弱冻胀材料。 ③受水流冲刷时,应按路基设计洪水频率计算冲刷深度, 基底应置于局部冲刷线以下不小于 1m。 ④路堑式挡土墙基础顶面应低于路堑边沟底面不小于 0.5m。 ⑤在风化层不厚的硬质岩石地基上,基底一般应置于基岩 表面风化层以下;在软质岩石地基上,基底最小埋置深度不小 于 1m。 (3)挡土墙设计还要满足规范中挡土墙的抗滑稳定系数KC 及抗倾覆稳定系数K0的规定要求。
18~19
中砂、细砂、砂质土

30~35
17~18
注:填料重度可根据实测资料作适当修正,计算水位以下 的填料重度采用浮重度。
(4)地基容许承载力:地基容许承载力应根据试验数据取 值,当缺乏试验数据时,可按照《公路设计手册·路基》及有关设 计规范规定选取。 2.2 挡土墙的选型
(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 m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。
目前挡土墙的设计一直沿用有关土压力的理论和公式计 算作用于墙背的土压力,并拟定挡土墙的断面尺寸,进而用此 土压力验算挡土墙的抗滑、抗倾覆稳定性,同时验算墙身截面 强度,基底应力及合力偏心矩等是否满足要求。对于挡土墙工 程,设计人员通常根据《公路路基设计规范(JTG_D30- 2004)》 (以下简称《规范》)、《公路设计手册:路基》(以下简称《手册》)[1] 进行设计。设计时不仅要考虑墙后主动土压力的影响,还要考 虑陡坡路堤滑坡推力的影响。路堤出现下滑的原因,除地面横 坡较陡和基底状况不佳外,还与地面水和地下水的不利影响密 切相关,所以计算滑坡推力时应充分考虑这些不利条件,并采 取适当的措施尽可能地减轻这些因素的不利影响。
技术研发
TECHNOLOGY AND MARKET Vol.17,No.10,2010
山区陡坡路堤挡土墙设计探讨
蒙春宇
(广西城乡规划设计院,广西 南宁 530022)
摘 要:陡坡路堤挡土墙设计是山区道路设计中的重点和难点。 本文主要探讨了设计中根据现行规范的公式,对挡土墙 进行稳定验算和强度验算,并结合施工过程,对挡土墙所采取的措施进行介绍,希望能对相关设计人员有所帮助。 关键词:山区陡坡路; 挡土墙;设计 doi:10.3969/j.issn.1006- 8554.2010.10.021
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
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技术与市场 第17卷第10期2010年
技术研发
比较有利。 2.3 荷载
(1) 笔者多采用《规范》中以极限状态设计的分项系数法 为主的设计方法。
③车辆荷载与地震力不同时考虑;
(4)作 用 在 墙 背 上 的 主 动 土 压 力 , 可 按 库 仑 理 论 计
算。应进行墙后填料的土质试验,确定填料的物理力学
指标。
(5)车辆荷载作用在挡土墙墙背填土上所引起的附加土体
侧压力可按下式计算:
h0=
q γ
,其中h0为换算土层厚度(m),q为车辆荷载附加荷载
陡坡路堤的破坏模式主要包括:1)路基随同山坡面覆盖层 沿倾斜基岩面滑动;2)路基连同其下的岩层沿某一弱岩层面滑 动;3)基底为岩层或稳定山坡,因山坡坡度大,路堤整体沿与山 坡接触的坡面产生滑动;4)路基连同下卧软弱土层沿某一圆弧 滑动面滑动。 2 挡土墙的设计方法 2.1 挡土墙设计参数的选取
(1)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。
出一台阶,以拓宽基底。墙趾台阶的宽不小于20 cm,台阶高宽
比可采用3∶2或2∶1。
(2)地基为软弱土层时,可用砂砾、碎石、矿渣或灰土等质
量较好的材料换填,以扩散基底压应力,满足设计要求。
3.2 路肩墙墙顶与路面的衔接
当墙顶宽大于土路肩宽度时,挡土墙侵入硬路肩部分,应
预留出路面结构的空间以铺筑路面。
将罐内的水彻底放干净,避免影响混凝土的水灰比,运输时罐 体应该保持低速转动,以保证混凝土的和易性。混凝土运输车 在冬季施工时应该采取保暖措施,当夏季施工时,也应该有隔 热降温措施。 2.7 交货检验
混凝土出厂前应该每一车都必须进行检验,确定其各项技 术指标都符合设计及规范要求后方能出厂。出车时应开发货 单,将收货单位名称、地址、砼强度等级、工程项目名称、结构部 位、发车时间等信息都在发货单上明确登记。在施工现场应该 安排专人配合收货单位进行现场验收检验。当混凝土到达交 货地点以后,检验其和易性、塌落度等是否与合同规定的相 符。商品混凝土的塌落度允许误差为正负3公分,如果现场检 验,混凝土塌落度大于设计值3公分以上时,必须拉回处理; 若塌落度小于设计值3公分时,可以在技术负责人的指挥下, 往混凝土罐车内加入适量的减水剂,加速运转罐车2~3分钟 即可。严禁现场随意往混凝土罐车或者混凝土输送泵车内加 水。按照规范要求现场制作标养及同条件养护试块,以便今 后对混凝土强度进行检查。另外,必须加强现场与厂内的沟 通联系,及时将运输至现场的混凝土的情况及时的反馈到厂 内,以便及时进行调整。 3 结束语
混凝土搅拌时间不得过短也不宜太长,一般搅拌时间为90 秒,当掺入外加剂时可以延长至180秒。若搅拌时间过长,不但 要消耗大量的电量,造成经济上的浪费,而且将会使不太坚硬 的粗骨料脱角、破碎,从而影响混凝土的强度;若搅拌时间太 短,则外加剂还未来得及反应,达不到效果。 2.6 混凝土运输
应该根据现场的实际条件以及交通情况,配备适当的运输 车辆,控制发车间距,在保证满足现场施工需要的同时,也要做 到不压车,确保混凝土的施工质量。混凝土罐车在装料前必须
挡土墙作为保护公路、稳固堤坝、砌筑台阶建房的附属设 施,在山区和丘陵地区的工程建设中,使用相当广泛。在路基 工程中,挡土墙广泛用于支撑路堤和路堑边坡,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。几年来,笔者参与了一些山区道路的设计,主要 负责道路工程,特别是挡土墙的设计,对山区陡坡公路挡土墙 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。 1 挡土墙设计原则
基底合力的偏心距e0,对于土质地基不应大于 B/6;对于岩
石地基不应大于 B/4。基底压应力不应大于基底的容许承载力 [σ0];基底容许承载力值可按现行《公路桥涵地基与基础设计 规范》(JTJ 024)的规定采用,当为作用(或荷载)组合Ⅲ及施工 荷载时,且[σ0]>150kPa 时,可提高 25%。
表1 填料内摩擦角或综合内摩擦角(°)
填料种类
综合内摩擦 角φ0
内摩擦角φ
重度 kN/m2
墙高H≤6m 35~40

粘性土
17~18
墙高H>6m 30~35

碎石、不易风化的块石

大卵石、碎石类土、不易 风化的岩石碎块

45~50 40~45
18~19 18~19
小卵石、砾石、粗砂、石屑 —
35~40
时,可采用几何参数标准值。
表2 结构重要性系数γ0
墙高
公路等级 高速公路、一级公路 二级及以下公路
≤5.0m
1.0
0.95
>5.0m
1.05
1.0
(3)荷载效应组合 作用在一般地区挡土墙上的力,可只计算永久作用(或荷 载)和基本可变作用(或荷载),浸水地区、地震动峰值加速度值 为 0.2g及以上的地区、产生冻胀力的地区,尚应计算其它可 变作用(或荷载)和偶然作用(或荷载),作用(或荷载)组合可按表 3进行。
强度(按《规范》规定取值),γ为墙背填土的重度(Kn/m3)。
(6)常用作用(或荷载)分项系数按《规范》规定采用。
2.4 基础设计与稳定性计算
(1)基底合力的偏心距e0可按下式计算:e0=
Md Nd
式中:Nd—作用于基底上的垂直力组合设计值(kN/m);Md—作
用于基底形心的弯矩组合设计值(MPa)。
塌落度不但对混凝土强度有所影响,关键是严重影响施 工效率。塌落度过大,将会造成水泥的浪费,混凝土泌水严 或者离析,从而严重影响其可泵性;但是塌落度过小,则会 导致泵送困难甚至堵管。泵送混凝土入泵时的塌落度一般为 14 ~18cm, 现 场 施 工 , 应 该 根 据 泵 送 的 水 平 距 离 、 垂 直 高 度、浇筑部位来选用恰当的塌落度。因此,在拌制混凝土时, 应该根据天气、运距、交通等情况适当地增大混凝土拌制的 塌落度。 2.5 搅拌时间
3.3 车辆安全行驶保障措施
对于路肩墙,自顶面以下50 cm采用C20混凝土浇筑,并预
埋钢筋,以方便在其上设置防撞栏或防撞墙。
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差范围内。计量的准确性控制,除采用先进精良的设备、定 期进行检查外,操作人员以及质检人员应该加强监视,分析 打印报表,发现误差过大或者连续偏差时,应该查明原因及 时处理。 2.2 水胶比控制
(2) 挡土墙构件承载能力极限状态设计采用的一般表达 式:
γ0ห้องสมุดไป่ตู้≤R(·)
R(·)=R(
Rk γf
,ad)
式中,γ0—结构重要性系数,按表2的规定选用;S—作用
(或荷载) 效应的组合设计值;R (·)—挡土墙结构抗力函数;
Rk—抗力材料的强度标准值;γf—结构材料、岩土性能的分项
系数;ad—结构或结构构件几何参数的设计值,当无可靠数据
荷载情况
验算项目
稳定系数
抗滑动
Kc
1.3
荷 载 组 合 I、II
抗倾覆
K0
1.5
抗滑动
Kc
1.3
荷 载 组 合 III
抗倾覆
K0
1.3
抗滑动
Kc
1.2
施工阶段验算
抗倾覆
K0
1.2
2.5 墙身截面强度验算
通常选取一、两个截面进行验算。验算截面可选在基础底
面、1/2墙高或上下墙交界等处。墙身截面强度验算包括法向
应力和剪应力的验算。剪应力包括水平剪应力和斜截面剪应力
两种,重力式挡土墙只验算水平剪应力,而衡重式挡土墙还需
进行斜截面剪应力的验算。
3 针对挡土墙所采取的措施
完成了挡土墙截面设计及稳定、强度验算之后,必须采取
必要的措施,以保证挡土墙的安全性。
3.1 基础加固措施
(1)为减少基底压应力,增加抗倾覆的稳定性在墙趾处伸
泵送混凝土的水胶比应该不大于0.6。水胶比对混凝土强 度的影响非常大,在水泥强度一定时,砼的强度随水胶比增大 而降低。因此,在混凝土拌制时,必须严格按照实验室出具的砼 配合比设计单进行配料,不得随意变化水胶比。 2.3 施工配合比的换算
混凝土生产时应该注意观察砂石材料的情况,随时检测其 含水量,并根据现场检测的结果将理论配合比换算成施工配合 比,调整砂、石、水的用量。在进行调整时必须保证水胶比不得 改变。 2.4 坍落度控制
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