扶壁式擋土墻在公路工程設計中的運用

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摘要：闡述了扶壁式擋土墻的主要特點和設計計算內容，包括結構設計及內力計算、穩定性驗算、配筋設計計算，并通過工程實例介紹了扶壁式擋土墻的設計要點及過程，包括擋土墻結構尺寸及相關參數擬定、擋土墻設計計算、排水設施設計、沉降縫設置。扶壁式擋土墻具有節約占地、施工工藝簡單、工期較短等優點，設計時，合理的結構尺寸和構造配筋尤為重要。

關鍵詞：扶壁式擋土墻；結構設計；內力計算；排水設施

擋土墻是支撐路基填土或山坡土體、防止填土或土體變形失穩、以承受側向土壓力為主要受力方式的墻式構筑物，在公路工程中應用較為廣泛，主要用于支撐填方路基或路塹邊坡，以及橋臺、沿河路堤、隧道出入口等，按擋土墻結構形式不同，主要有重力式、衡重式、錨桿式、懸臂式、扶壁式、加筋式等幾種。本文主要闡述扶壁式擋土墻在公路設計中的應用。扶壁式擋土墻是一種鋼筋混凝土薄壁式擋土墻，其結構形式主要是沿懸臂式擋土墻的縱向墻長方向，間隔一定長度設置一道扶壁，提高墻面板（立壁）與墻底板的連接強度，以承受較大的彎矩作用，改善墻面板與墻底板的受力條件，提高結構的剛度性能和整體穩定性，從而減小墻面板的變形，在需要設置較高擋土墻

1扶壁式擋土墻的主要特點

扶壁式擋土墻由墻面板、墻趾板、墻踵板及扶壁組成，結構形式如圖1所示。其墻身斷面尺寸比較小，結構形式與施工工藝比較簡單，墻身自重比較輕，能夠使材料發揮自身的強度性能，通常用于地基承載力較低的路段，也用于石材比較匱乏和對抗震要求比較高的地區。在填土高度較高的填方路段，為了減少占地面積和節約土石方工程數量，一般采用扶壁式擋土墻來穩定路堤。扶壁式擋土墻斷面尺寸較小，墻踵板上的土體重力可有效抵抗傾覆和滑移，墻面板和扶壁共同承受土壓力產生的彎矩和剪力，相對于懸臂式擋土墻受力較好。

2扶壁式擋土墻的設計計算

扶壁式擋土墻的結構穩定性是依靠墻身自重和墻踵板上方填土的重力來實現的，并且通過設置墻趾板達到增大擋土墻自身抗傾覆穩定性的目的，從而使擋土墻基底所承受的應力大大減小。設計計算內容主要涵蓋擋土墻結構設計、墻身截面尺寸的擬定、墻身穩定性和基底應力及合力偏心距驗算、墻身配筋設計和裂縫寬度驗算等。扶壁式擋土墻的結構設計采用極限狀態分項系數法，極限狀態分為正常使用極限狀態和承載力極限狀態。正常使用極限狀態指的是擋土墻出現下列狀態之一時，即認定超過了正常使用的極限狀態[1]：影響正常使用或外觀變形；影響正常使用或耐久性的局部破壞；影響正常使用的其他特定狀態。承載力極限狀態指的是當擋土墻出現以下任何一種狀態，即認定超過了承載力極限狀態[1]：擋土墻整體或一部分擋土墻作為剛性結構失去平衡；擋土墻構件或連接部件因材料承受的強度超過極限而破壞，或因過量塑性變形而不適合繼續承載；擋土墻結構變為機動體系或局部失去平衡。

2.1擋土墻結構設計及內力計算

扶壁式擋土墻的墻高一般不超過15m，分段長度一般為10m，扶壁間距一般取1/4～1/2的墻高，扶壁厚度依據扶壁背面的配筋要求，一般取扶壁凈距的1/8～1/6，且≮0.3m。墻身截面可以采用隨墻高向下增厚的變截面，也可采用等厚截面，墻面板寬度一般≮0.2m。墻底板由墻踵板和墻趾板兩部分組成，墻踵板寬度由全墻抗滑穩定驗算確定，并具有一定的剛度，一般取墻高的1/4～1/2，且≥0.5m。墻趾板寬度應依據擋土墻的抗傾覆穩定性、基底承載力（即地基應力）和偏心距等因素綜合確定，一般取墻高的1/20～1/5，墻底板厚度一般≮0.3m。為增強扶壁式擋土墻的穩定性及抗滑移能力，墻底板下部常設置防滑凸榫，為了使防滑凸榫的土體產生最大的被動土壓力，墻后的主動土壓力不因設置防滑凸榫而增大，一般應特別注意防滑凸榫的設置位置。防滑凸榫高度應根據其前方土體的被動土壓力能夠滿足抗滑穩定性的要求而確定。扶壁式擋土墻的設計計算一般應先假定各構件尺寸，然后通過驗算、修改來完成，也可以采用結構優化的設計方法直接計算。墻身構造的內力計算一般包括墻面板的設計計算、墻踵板的設計計算、扶壁的設計計算。

2.2扶壁式擋土墻的穩定性驗算

扶壁式擋土墻作為一種支擋結構物，設計時應考慮以下幾種基本要求[2]：擋土墻不能滑移、不能傾覆；墻身要有足夠的強度；基礎能夠滿足承載力的要求。因此，扶壁式擋土墻的穩定性驗算應包括抗滑穩定性、抗傾覆穩定性、基底應力及合力偏心距等方面的計算。抗滑穩定性指的是在外部荷載和墻后填土壓力的作用下，擋土墻基礎底部摩阻力抵抗墻體滑移的能力，一般用抗滑穩定性系數表示，即作用于擋土墻的抗滑力與實際下滑力的比值。抗傾覆穩定性指的是擋土墻抵抗墻身繞墻趾向外轉動傾覆的能力，一般用抗傾覆穩定系數表示，即對墻趾的穩定力矩和與傾覆力矩和的比值。為了滿足擋土墻的基底容許承載力不小于基底應力，設計時必須對基底應力進行驗算，為了保證擋土墻結構尺寸的合理性，并且能夠避免發生較大的不均勻沉陷，還必須驗算擋土墻基底的合力偏心距，并使其控制在合理范圍之內。

2.3扶壁式擋土墻的配筋設計計算

扶壁式擋土墻是一種鋼筋混凝土結構，在通過墻身構造設計及內力計算、穩定性驗算，并最終確定截面尺寸后，應進行墻體的配筋設計計算，計算通過后，應畫出每個截面的鋼筋構造圖，并給出詳細的工程量。其墻面板、墻踵板、墻趾板均應按照矩形截面受彎構件配筋，扶壁按變截面T型結構配筋，配筋構造如圖2所示。

3應用實例

河北省張家口市清水河濱河東、西路與南環線原為平面交叉，南環線大型貨車較多，嚴重影響了通行車輛的行車安全，在對該平面交叉改造成立體交叉時，兩條濱河路需分別設置跨線橋上跨南環線，為了節約占地，并考慮設置輔道的要求，跨線橋兩端分別設置了長約300m的懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻，其中扶壁式擋土墻墻高為6.5～9m。在施工圖設計前，先對建設場地進行了地質勘察，并出具了地質勘察詳細報告，明確了建設場地的水文地質情況，然后采用如下步驟進行設計。

3.1擋土墻結構尺寸及相關參數擬定

結合擬建場地的凍土深度（該建設場地最大凍土深度為2.2m），擋土墻基礎埋深擬定2.5m，墻身、墻趾板和墻踵板厚度依據墻高并經計算修改確定，擬定扶壁厚0.4m，扶壁兩端墻面板懸挑長度為0.41倍扶壁凈距。擋土墻車輛荷載按滿布考慮，折算成土柱進行計算。墻后填土內摩擦角35°，墻后填土容重18kN/m3，抗滑動穩定系數Kc=1.3，抗傾覆穩定系數K0＝1.6。墻身混凝土強度等級采用C30，現場澆注。主筋和分布筋采用HRB400，箍筋采用HPB300。

3.2擋土墻設計計算

采用以上參數并結合擬定的具體尺寸和土體力學參數，分別進行了極限狀態下擋土墻的內力計算、抗滑穩定性驗算、抗傾覆穩定性驗算，通過反復試算修改，計算出了相應高度對應的擋土墻的詳細尺寸，在滿足各種荷載組合的要求后，進行了結構配筋設計，并畫出了配筋構造設計圖。由于作用在扶壁上的力主要是受拉荷載，在設計扶壁時，結合土壓力分布特點，分段布置立壁，并設置足夠多的受拉鋼筋。

3.3排水設施設計

擋土墻設計應設置完善的排水設施，其主要作用是：①疏干墻后填料中的水分，防止路面積水滲入路基從而引起墻后填土積水，使墻身承受額外的靜水壓力；②避免因含水量增加使黏性土填料產生膨脹壓力；③減小季節性冰凍地區填料的凍脹壓力。本工程所在地區主要受季節性凍脹壓力的影響，排水設計沿墻高和墻長方向設置直徑為5cm的圓形泄水孔，泄水孔向墻外傾斜坡度為3%，間距2m，最下一排泄水孔底部高出外側輔道0.3m，泄水孔的進水口一側設置反濾層，厚度為0.3m，在最下一排泄水孔的底部設置隔水層。

3.4沉降縫的設置

為防止墻身因基底不均勻沉降而產生裂縫，本工程設置了沿墻長方向10m一道的沉降縫，沉降縫與施工縫重合，縫寬為0.02m，并采用瀝青木板沿墻內、外、頂三邊填塞沉降縫，填塞深度為0.15m。

4結語

近年來，隨著公路工程基礎設施建設速度的加快，特別是低等級公路不斷升級改造，扶壁式擋土墻在實際應用中越來越廣泛。在擋土墻的幾種常見形式中，扶壁式擋土墻具有節約占地、施工工藝簡單、工期較短等優點，地基承載力較低時采用扶壁式擋土墻較好。但是其主要材料混凝土和鋼筋的用量較大，鋼材用量隨著墻高的增加而增加，墻高時其經濟性能較差。因此，在擋土墻設計時，合理的結構尺寸與構造配筋尤為重要。

參考文獻：

[1]鄧學鈞.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]焦峰.扶壁式擋土墻結構的最優設計[D].蘭州：蘭州理工大學，2004.

作者:丁鵬飛 單位:張家口翰得交通公路勘察設計有限責任公司