重力式路肩擋土墻設計及基礎處理
關鍵詞：重力式擋土墻，土壓力，CFG樁，地基處理，復合地基承載力
實踐證明，擋土墻的破壞，大多是由于基礎處理不當而引起的。因此，設計時應對基底條件作充分的調查（包括鉆孔、挖探），再確定基礎類型和埋置深度。
1工程場地概況
本段道路為一條互通式立交匝道，路基寬度為8.5m。該路基左側邊坡緊鄰一條現狀排水河道，路肩至河道底面高差約5.8m。為避免路基邊坡侵入河道，壓縮河床斷面，設計考慮在該側設置路肩擋土墻。該墻同時作河道護岸之用。
根據鉆探揭露地層，該擋墻基礎將置于素填土、淤泥質土等地層中，而素填土及淤泥質土具有天然含水量高、孔隙比大、壓縮性高、透水性差、力學性質差等特征，不可直接作為基礎持力層，應進行軟弱下臥層驗算后進行有針對性的地基處理。
2擋土墻結構設計
2.1擋土墻類型
墻身的斷面形式應根據墻的用途，墻高和墻趾處地形、地質、水文等條件，在滿足穩(wěn)定性和強度要求的前提下，按結構合理、斷面經濟和施工便利的原則比較確定。
根據場地現狀，路肩墻埋置深度按不小于1m考慮，總墻高約7m。根據工程經驗，可采用重力式擋土墻，設計采用漿砌片石作為本擋墻的砌體材料。
2.2擋土墻設計
�。�1）墻身尺寸方案
根據沿線地形，設計選取最大墻高處斷面進行驗算，該處墻頂至墻趾高為7m。設計初擬了仰斜、垂直和俯斜三種斷面形式進行驗算。墻身尺寸如下：
a)仰斜式b)垂直c)俯斜式
�。�2）土壓力計算
計算物理參數取值如下:圬工砌體容重:23.0kN/m3，圬工之間摩擦系數:0.4，地基土摩擦系數:0.5，砂漿標號:M7.5，石料強度:30MPa，墻后填土內摩擦角:35o，墻后填土粘聚力:不計，墻后填土容重:19.0kN/m3，墻背與墻后填土摩擦角:17.5o，地基土容重:18.0kN/m3，修正后地基土容許承載力:[б]=150kPa，地基土容許承載力提高系數:墻趾值提高系數:1.2，墻踵值提高系數:1.3，平均值提高系數:1.0，墻底摩擦系數:0.5(墻底換填碎石)，地基土內摩擦角:30.0o，土壓力計算方法:庫侖，擋墻節(jié)段長度:10m。
計算活載按2004路基規(guī)范擋土墻車輛荷載，在車行道7m寬范圍內滿布考慮。結構重要性系數1.1，對擋土墻結構重力、墻頂上的有效永久荷載、墻頂與第二破裂面間有效荷載、填土側壓力、車輛荷載引起的土側壓力等進行荷載組合。
經計算等代均布土層厚度為0.724m。因基礎埋置較淺，不計墻前被動土壓力。庫侖主動土壓力計算結果如下表：
由上述計算結果可知，俯斜式擋墻墻背主動土壓力、墻身重量均為三種墻型中最大者，仰斜式最小，垂直墻介于二者之間。
�。�3）滑動穩(wěn)定性驗算
重力式擋土墻沿基底的滑動穩(wěn)定系數Kc，按式（1）求算：
Kc=（W+Ey）f/Ex（1）
式中：W為擋土墻重力，Ex、Ey為主動土壓力的水平和垂直分力，f為基底摩擦系數。計算結果見下表：
由上述計算結果可知，三種墻型均滿足滑動穩(wěn)定性要求，其中俯斜式擋墻滑動穩(wěn)定性最好，最安全，仰斜式次之，垂直墻滑動穩(wěn)定性系數最小。
（4）傾覆穩(wěn)定性驗算
擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定系數K。，按式（2）求算：
K。=（WZw+EyZy）/ExZx（2）
式中：Zx為Ex對墻趾點的力臂；Zy為Ey對墻趾點的力臂；Zw為W對墻趾點的力臂。計算結果見下表：
由上述計算結果可知，三種墻型均滿足傾覆穩(wěn)定性要求，其中俯斜式擋墻滑動穩(wěn)定性最好，最安全，垂直墻次之，仰斜式傾覆穩(wěn)定性系數最小。
�。�5）基底應力及偏心驗算
作用于基底的合力偏心距e為：
e=B/2-Zn=B/2-（WZw+EyZy-ExZx）/（W+Ey）（3）
當e≤B/6時，墻趾或墻踵處的壓應力按式（4）計算：
б1,2=(W+Ey)(1±6e/B)/B≤[б]（4）
當e＞B/6時，基底出現拉應力，一般均不考慮地基能承受此拉力，則基底應力重分布，此時按式（5）確定最大壓應力。
б1=2(W+Ey)/3Zn≤[б]（5）
基底合力偏心距e及基底應力計算結果見下表：
由上述計算結果可知，三種墻型中垂直墻基底平均壓應力最小，俯斜式次之，仰斜式最大。
2.3墻型選擇
上述計算與比較表明，俯斜式擋墻抗滑穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性均最優(yōu)，但其斷面尺寸過大，勢必造成工程造價偏高；仰斜式擋墻具有圬工體積小的優(yōu)點，但其傾覆穩(wěn)定性相對較差，且基底平均壓應力較大，對地基承載力要求稍高；相對前兩種墻型，垂直墻工程量介于二者之間，穩(wěn)定性安全系數也較為適宜，且基底平均應力最小，對地基處理有利。通過對垂直墻墻底及臺頂截面強度的驗算，均滿足要求。
因此，設計選擇安全穩(wěn)定性較好，且工程量適中的垂直墻背的擋墻作為實施墻型。
3擋墻底地基處理
3.1擋土墻的基礎類型
擋土墻的基礎類型主要有明挖基礎和樁基礎兩類：明挖基礎宜設置在地質情況較好的地基上，當地基為松軟土層時，可采用換填、砂樁、攪拌樁等方法處理。
由于本工程場區(qū)表層素填土及淤泥質土承載力較低，且分布厚度較大，根據當地施工經驗及場地施工條件，設計選擇CFG樁（水泥粉煤灰碎石樁）長螺旋成孔法施工對擋墻底地基進行加固處理。
路基處理措施具體如下：CFG樁按正方形布置，樁間距1.5m，樁徑50cm，樁長考慮打穿軟弱層，進入粉細砂層至少50cm，取4.0m；樁頂鋪筑30cm厚碎石墊層。
3.2地基處理計算
經計算，CFG樁單樁承載力[Ra]=196.3kPa。
根據本段擋土墻的結構計算結果，擋墻底最大壓應力為179.028kPa，最小壓應力為64.693kPa，平均壓應力為121.861kPa。修正后復合地基容許承載力[б]應不低于150kPa。
計算總沉降量：s=0.4x220.25=88.10(mm)
3.3地基處理結論
根據上述計算成果，設計采用的CFG樁進行地基加固處理的措施是合理的。同時設計要求CFG樁施工前應進行配合比試驗，保證成樁后樁身強度等級達到C15混凝土的強度。CFG樁單樁承載力特征值不小于200KN，加固后的復合地基承載力不小于150kPa。
4結語
重力式擋土墻在公路工程建設中應用普遍，對加強邊坡穩(wěn)定和減少占地都具有重要意義。而搞好擋土墻，尤其是高擋墻的設計是保證路基穩(wěn)定和道路安全的首要環(huán)節(jié)。擋土墻設計的核心內容則是做好擋土墻結構安全性驗算以及根據場地條件選擇適宜的地基加固處理方案。
參考文獻
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