張彥偉 宋星光

在市政道路工程中，擋土墻是為了防止固體廢棄物堆積體被沖蝕或易發(fā)生滑塌、崩塌、或穩(wěn)定人工開挖形成高陡邊坡，或避免滑坡體前緣再次滑動(dòng)而修建的擋土工程。按照擋土墻斷面的設(shè)計(jì)幾何形狀及其受力特點(diǎn)，常用的擋土墻形式可分為重力式、半重力式、衡重式、懸臂式、扶壁式等。在路堤邊坡防護(hù)中，重力式擋土墻的應(yīng)用較為廣泛。重力式擋土墻是依靠墻身自重來(lái)維持穩(wěn)定的，根據(jù)擋土墻斷面的設(shè)計(jì)幾何形狀及其受力特點(diǎn)可分為仰斜式、垂直式、俯斜式、凸型折線式、衡重式五類。

1 工程及地質(zhì)概況

貴陽(yáng)市某市政道路工程路堤填方施工里程段總長(zhǎng)255 m，其中填方高度在15 m～20 m之間的總長(zhǎng)為170 m，占設(shè)計(jì)總長(zhǎng)(255 m)的67%;其中填方高度達(dá)到20 m的總長(zhǎng)為105 m，占設(shè)計(jì)總長(zhǎng)(255 m)的41%。現(xiàn)場(chǎng)填方路段周邊居民建筑密集，同時(shí)緊鄰國(guó)家AAAA級(jí)原始自然生態(tài)景區(qū)。

填方路程段位于原始生態(tài)公園山體坡腳，坡度較陡，坡度在1∶1～1∶0.5之間;其地表主要為第四系雜填土、耕植土及殘坡積粘土層，覆蓋層厚約0.5 m～1.0 m;下伏基巖為三疊系安順層(T1a)厚層白云巖，三疊系大冶組(T1d)薄～中厚層石灰?guī)r。根據(jù)調(diào)查，線路通過(guò)地段巖溶較發(fā)育。巖溶形態(tài)以地表淺部的溶溝(槽)、石芽為主，巖體內(nèi)主要為溶孔、垂直溶洞(隙)、懸臂巖體等，溶洞被粘土呈半充填或全充填狀態(tài)。

2 設(shè)計(jì)方案

擋土墻設(shè)計(jì)荷載為城—A級(jí)荷載。擋土墻設(shè)計(jì)采用C25片石混凝土(片石摻量不超出每次澆筑總體積的20%)。上、下層新舊混凝土之間采用接槎石進(jìn)行連接，接槎石布置間距為1.2 m×1.2 m。

2.1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

擋土墻基礎(chǔ)置于基巖上，基巖風(fēng)化程度應(yīng)控制在中～微風(fēng)化;擋土墻前趾嵌入完整基巖內(nèi)的深度不小于150 cm;基底無(wú)巖溶，反之應(yīng)將其內(nèi)填充物清除，并用高標(biāo)號(hào)混凝土進(jìn)行回填處理。

針對(duì)不同擋土墻墻身高度(H)，擋土墻基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)可選擇不同的形式。當(dāng)14 m≤H≤20 m，選用A型基礎(chǔ)。為提高擋土墻與基底圍巖的摩擦力，避免擋土墻在壓力作用下發(fā)生滑移，在原有仰坡(坡率1∶20)的基礎(chǔ)上特對(duì)A型基礎(chǔ)增加榫頭結(jié)構(gòu)，提高基礎(chǔ)與基底圍巖的鍥接能力。當(dāng)10 m＜H＜14 m時(shí)，選用B型基礎(chǔ)。

2.2 墻身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

擋土墻墻身混凝土結(jié)構(gòu)采用分層、分段進(jìn)行模筑，分層高度為2 m、分段長(zhǎng)度為15 m。沿線路走向每隔15 m設(shè)一道沉降縫，縫寬2 cm，用膠泥或泡沫板進(jìn)行填塞;為提高混凝土墻身結(jié)構(gòu)之間的整體性，在擋土墻墻身高度6 m～20 m之間的沉降縫增設(shè)榫頭結(jié)構(gòu)。為將主動(dòng)土壓力進(jìn)行轉(zhuǎn)換、分解，設(shè)計(jì)將擋土墻墻背在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。即在原設(shè)計(jì)擋土墻斜坡墻背(坡率為1∶5)的基礎(chǔ)上每2 m為分層高度，以此為分界并且逐層修筑臺(tái)階，臺(tái)階寬度為75 cm?；炷翂ι砭唧w結(jié)構(gòu)形式見圖1。

3 重力式擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 土壓力的計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地形地貌及相關(guān)要求，C25片石混凝土墻身高H=20 m，墻頂以上無(wú)填石(即填石表面與水平面的夾角β=0°)，擋土墻墻背后填石容重γ=20 kN/m3，內(nèi)摩擦角φ=35°，擋土墻墻背與填石間的摩擦角δ=φ/2，墻背俯斜1∶0.53(擋土墻墻背與豎直面的夾角α=28°)，墻體容重γk=24 kN/m3，擋土墻墻身頂寬0.75 m，其墻身分段長(zhǎng)度B=15 m，設(shè)計(jì)荷載為城—A級(jí)，防撞墻每延米重8.32 kN/m。

根據(jù)JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范規(guī)定，當(dāng)土層特性無(wú)變化但有汽車荷載作用時(shí)，作用在擋土墻后的主動(dòng)土壓力標(biāo)準(zhǔn)值在β=0°時(shí)，可按照庫(kù)侖土壓力進(jìn)行計(jì)算。

上述計(jì)算式中:

此外，上述主動(dòng)土壓力計(jì)算式中h代表汽車荷載的等代均布填層厚度，根據(jù)CJJ 77-98城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定計(jì)算得:城—A級(jí)車輛荷載的等代均布荷載填層厚度h=0.78 m。

綜上所述，作用于C25片石混凝土擋土墻的主動(dòng)土壓力E=33 634 kN，主動(dòng)土壓力的著力點(diǎn)距離計(jì)算填層底面C=6.9 m;主動(dòng)土壓力的水平分力EX=E·cos(δ+α)=23 574 kN、垂直分力EY=E·sin(δ+α)=23 989 kN。

3.2 擋土墻基底應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算

15.0 m長(zhǎng)，20.0 m高的C25片石混凝土擋土墻及其上護(hù)欄自重∑Gw=48 005 kN、主動(dòng)土壓力的垂直分力EY=23 989 kN。C25片石混凝土擋土墻基礎(chǔ)嵌入微分化～中分化白云巖基巖中，其嵌入完整基巖的深度不小于150 cm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)情況和GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，GB 50021-2001巖土工程勘察規(guī)范相對(duì)照判斷，地基圍巖屬于軟質(zhì)巖(較軟巖)、巖體較完整，其巖石地基基本承載力[σ0］=500 kPa～800 kPa。

在運(yùn)營(yíng)期間，作用在基底的豎直方向的壓力N=∑Gw+∑EY=71 994 kN，基底的承受平均應(yīng)力 σ=(∑Gw+∑EY)/A=374 kN/m2＜[σ0］=500 kPa～800 kPa，基礎(chǔ)地基承載力能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

在運(yùn)營(yíng)期間，C25片石混凝土擋土墻墻身的最大剪應(yīng)力τmax=0.77 MPa＜[τ0］=1.0 MPa，擋土墻采用 C25 片石混凝土能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算

擋土墻穩(wěn)定計(jì)算主要包括抗滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)Kc和抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)Ko的計(jì)算。

根據(jù)JTG D30-2004公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范中的要求，Kc=

根據(jù)上述說(shuō)明代入相關(guān)參數(shù)，計(jì)算得 Kc=2.12＞[Kc］=1.3。

Ko，其中計(jì)算式中各參數(shù)具體含義見JTG D30-2004公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范中的說(shuō)明。

根據(jù)擋土墻結(jié)構(gòu)形式及相關(guān)參數(shù)計(jì)算得:KO=3.57＞[KO］=1.5。

綜合上述分析，擋土墻的抗滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)Kc和抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)KO均滿足JTG D30-2004公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范中相關(guān)要求。

4 施工技術(shù)要求

4.1 模板工程

1)模板選擇:擋土墻的墻面?zhèn)炔捎酶?.0 m，長(zhǎng)1.5 m，厚5 mm的組合鋼模板，鋼模板之間通過(guò)M16螺栓進(jìn)行連接。為避免模板接縫之間的漏漿，模板之間設(shè)計(jì)“0.5 mm的公母扣”進(jìn)行過(guò)渡。擋土墻的墻背和兩側(cè)面采用定形的組合鋼模板，定形的組合鋼模板尺寸為高0.5 m，長(zhǎng)1.0 m，厚5 mm，鋼模板之間采用M16螺栓進(jìn)行連接。此外，為避免模板與基面接頭位置存在的縫隙出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)采用M10砂漿進(jìn)行封堵。2)模板加固:擋土墻墻面一側(cè)的模板可通過(guò)增設(shè)水平桿、木支撐進(jìn)行固定、加固，同時(shí)在模板內(nèi)側(cè)架設(shè)斜拉撐、臨時(shí)斜支撐進(jìn)行加固。擋土墻的墻背和兩側(cè)面的組合鋼模板固定、加固同墻面。擋土墻之間的榫頭采用木板進(jìn)行加工，刨光后直接用“U”形卡進(jìn)行固定。

4.2 混凝土工程

1)混凝土灌注。混凝土全部使用商品混凝土，混凝土攪拌運(yùn)輸車進(jìn)行混凝土運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)使用自制滑槽(腳手架支撐、固定和3 mm鋼板加工成型)和汽車輸送泵相互配合進(jìn)行混凝土澆筑施工。HBT系列混凝土輸送泵(俗稱地泵)，其混凝土輸送管道基本為φ150 mm和φ125 mm，混凝土輸送管道需要搭建專門的支架，同時(shí)輸送管道在混凝土澆筑完成后，需要專門拆除后清洗，現(xiàn)場(chǎng)操作繁瑣、困難。與HBT系列混凝土輸送泵相比較，自制滑槽和汽車輸送泵相對(duì)比較簡(jiǎn)單，容易操作。

2)片石回填?，F(xiàn)場(chǎng)施工采用人工拋填、汽車式起重機(jī)配合的方式進(jìn)行。首先在汽車式起重機(jī)吊鉤增加一鋼筋籠，然后將清洗干凈的片石裝入其中，待其起吊至片石填放處時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)由人工進(jìn)行拋填。在混凝土結(jié)構(gòu)模板上方使用竹跳板搭設(shè)人行通道，確保片石拋填均勻，以保證片石混凝土的質(zhì)量。

4.3 排水工程

超高重力式擋土墻施工中，擋土墻自身排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理性及施工質(zhì)量是保證運(yùn)營(yíng)期間擋土墻結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵。

為防止超高重力式擋土墻的墻背后積水，同時(shí)避免因積水對(duì)填層的破壞和所產(chǎn)生水壓力對(duì)擋土墻墻身結(jié)構(gòu)的破壞?，F(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中，在擋土墻墻背分臺(tái)階處設(shè)置外傾坡度為5%、間距4×2 m梅花形布置、直徑為10 cm的泄水孔(進(jìn)水口處的碎石過(guò)濾包采用外包200 g/m2土工布的大粒徑礫石或碎石，過(guò)濾包最小截面尺寸不小于30 cm×30 cm×30 cm)的基礎(chǔ)上，擋土墻墻背后2 m范圍內(nèi)回填級(jí)配碎石，以其墻背臺(tái)階頂面為界設(shè)置厚度不小于20 cm粘土隔水層。

此外，在必要時(shí)可以進(jìn)行“透水試驗(yàn)”來(lái)檢查擋土墻自身排水系統(tǒng)的施工質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

上述超高防護(hù)重力式擋土墻于2009年8月初開始組織施工，2009年10月底完成，工程建設(shè)周期不到2個(gè)月。施工期間對(duì)周邊環(huán)境的影響甚小，同時(shí)比原橋梁設(shè)計(jì)節(jié)約近600萬(wàn)元。在擋土墻墻背進(jìn)行回填過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)擋土墻垂直度、穩(wěn)定性(抗滑動(dòng))均進(jìn)行了監(jiān)控，亦未發(fā)現(xiàn)任何變化，監(jiān)控結(jié)果顯示擋土墻結(jié)構(gòu)性能良好。

與其他工程設(shè)施相比較，擋土墻有著計(jì)算理論簡(jiǎn)單、施工工藝便捷、工程投資節(jié)約、周邊環(huán)境影響小、建設(shè)工期較短的顯著特點(diǎn)。隨著城市道路建設(shè)速度的加快，為了減少對(duì)建設(shè)周邊環(huán)境的影響，尤其是減少臨時(shí)征地和拆遷，高擋土墻的設(shè)計(jì)及施工可作為一個(gè)有效的工程防護(hù)途徑。

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