对山区公路挡土墙设计的探讨

摘要：公路挡土墙具有防止土坡坍塌，承受侧向压力的功能。是土木工程中解决地形变化、地平高差的重要手段。在山区公路中，由于地形条件更为复杂，地势更为陡峭，因此，挡土墙的应用更为广泛。本文从对公路挡土墙的设计原则分析入手，具体论述和讨论了山区公路挡土墙的设计要点。

关键词：山区公路、挡土墙、设计

中图分类号：X734文献标识码：A 文章编号：

1、概述

为防止路基填土或山坡土体坍塌而修筑的承受土体侧压力的墙式构造物，称为挡土墙。在公路工程中，它广泛地用于支撑路堤填土或路堑边坡，以及桥台、隧道洞口和河流堤岸等处。在山区公路中，挡土墙的应用更为广泛。挡土墙的建筑费用较高，故路基设计时，应与其他可能的工程方案进行技术、经济比较，择优选定。在本文中，笔者主要针对山区石料丰富的特点，以在山区公路挡土墙设计中常用的重力式挡土墙为例，在此提出一些自己所积累的挡土墙设计的经验和体会，希望对内业同行及同类工程设计有所裨益。

2、挡土墙的设计原则

1）挡土墙设计有“容许应力法”和“分项安全系数极限状态法”两种方法。过去设计采用“容许应力法”计算挡土墙，而目前交通部颁发的《公路挡土墙设计与施工技术规范》则明确挡土墙采用分项系数的极限状态法进行设计。本章将遵循(墙规》设计原则进行叙述。

2）挡土墙分承载能力极限状态和正常使用极限状态

a、承载能力极限状态。当挡土墙出现以下任何一种状态，即认为超过了承载能力极限状态：①整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体体失去平衡。②挡土墙构件或联结部件因材料强度被超过而破坏，或因过度塑性变形而不适于继续承载。③挡土墙结构变为机动体系或局部丧失稳定。

b、正常使用极限状态，当挡土墙出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：①影响正常使用或外观变形。②影响正常使用或耐久性的局部破坏(包括裂缝)。③影响正常使用的其它特定状态。

3、山区公路重力式挡土墙的设计要点分析

3.1、重力式挡土墙的构造设计

常用的重力式挡土墙，一般由墙身、基础、排水构造物和沉降缝与伸缩缝等几部分组成。下面将逐条分析各部分的设计要领.

3.1.1、墙身设计

3.1.1.1、墙背

根据墙背倾斜方向的不同，墙身断面形式可分为仰斜式、垂直式、俯斜式、凸形折线式和衡重式等几种，对仰斜式、垂直式和俯斜式三种不同的墙背所受的土压力进行分析得知，在墙高和墙后填料等条件相同时，仰斜式墙背所受的土压力为最小，垂直式墙背次之，俯斜式墙背较大，因此，仰斜式的墙身断面较经济。

3.1.1.2、墙面

墙面一般为平面，墙面坡度除应与墙背的坡度相协调外，还应考虑到墙趾处地面的横坡度(如地面横坡度较陡、墙面坡度较缓时，则挡土墙的高度增大)。当地面横坡度较陡时，墙面可直立或外斜1:0．05～1:0.20，以减少墙高；当地面横坡平缓时，一般采用1:0.20～l:0.35较为经济。

3.1.1.3、墙顶

重力式挡土墙可采用浆砌或干砌圬工。墙顶最小宽度为：当墙身为浆砌时，不应小于50cm；当墙身为干砌时，不应小于60cm；当墙身为混凝土浇筑时，不应小于40cm。墙顶宽度与墙高和侧向土压力有关。《公路路基设计规范》中规定，浆砌挡土墙的高度不宜大于12m；干砌挡土墙的高度不宜大于6m。浆砌挡土墙墙顶应用砂浆抹平，或用较大石块砌筑，并勾缝。浆砌路肩墙墙顶宜采用粗料石或混凝土做成顶帽，厚度取40cm。干砌挡土墙顶部50cm厚度内，宜用砂浆砌筑，以求稳定。

3.1.1.4、护栏

为增加车辆驾驶员心理上的安全感，保证行车安全，在地形险峻地段的路肩墙，或墙顶高出地面6m以上且连续长度大于20m的路肩墙，或弯道处的路肩墙，墙顶应设置护栏等防护设施。护栏分墙式和柱式两种，所采用的材料、护栏高度和宽度，根据实际需要和有关规定选用。护栏内侧边缘距路面边缘的距离，应满足山区公路横向最小宽度的要求。

3.1.2、基础

地基不良和基础处理不当，往往引起挡土墙的破坏，因此，应重视挡土墙的基础设计。基础设计的程序是：首先应对挡土墙位置的地质条件做详细调查，必要时须进行挖探或钻探，然后再来确定基础类型与埋置深度。度挡土墙基础的埋置深度，应视地形、地质条件埋置而定，以保证挡土墙的稳定性。基础位于横向斜坡地面上时，前墙趾埋入地面的深度和距地表的水平距离(安全襟边宽度)应满足相关标准的要求，以防止地基剪切破坏。基础底面的埋置深度一般取决于地基承载力。

3.1.3、排水构造物

挡土墙的排水处理是否得当，直接影响到挡土墙的安全及使用效果。因此，重力式等整体式挡土墙，应根据墙背渗水量合理设嚣排水构造物。挡土墙的排水设施通常由地面排水和墙身排水两部分组成。地面排水可设置地面排水沟，引排地面水；夯实回填土顶面和地面松土，防止雨水和地面水下渗，必要时可加设铺砌；对路堑挡土墙墙趾前的边沟应予以铺砌加固，以防止边沟水渗入基础。墙身排水构造物主要是为了迅速排除墙后积水。可沿墙高和墙长墙布置泄水孔。

3.1.4、沉降缝与伸缩缝

为了防止挡土墙因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，应根据地基的地质条件及墙高、墙身断面的变化情况设置沉降缝；为了防止挡土墙圬工砌体因砂浆硬化收缩和温度变化而产生裂缝，须设置伸缩缝。通常把沉降缝与伸缩缝合并在一起，统称为沉降伸缩缝或变形缝。沉降伸缩缝的问距按实际情况而定，对于非岩石地基，宜每隔10～15m设置一道沉降伸缩缝；对于岩石地基，其沉降伸缩缝问距可适当增大。沉降伸缩缝的缝宽一般为2～3cm，缝内沿墙内、外、顶三边填塞沥青麻筋或沥青木板等材料，填塞深度不小于15cm；当墙背为填石且冻害不严重时，可仅留空缝，不嵌填料。对于干砌挡土墙，沉降伸缩缝两侧应选平整石料砌筑，使其形成垂直通缝。

3.2、挡土墙的布置设计

挡土墙的布置是挡土墙设计的一个重要内容，通常是在路基横断面图和墙趾纵断面图上进行，个别复杂的挡土墙尚应作平面布置。

3.2.1、横向布置

横向布置主要是在路基横断面图上进行，其内容有：选择挡土墙的位置、确定断面形式、绘制挡土墙横断面图等。

3.2.1.1、挡土墙的位置选择

路堑挡土墙，大多设置在边沟的外侧。路肩挡土墙应保证路基宽度布设。路堤挡土墙应与路肩挡土墙进行技术经济比较，以确定挡土墙的合理位置。山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处，墙的高度应保证墙后墙顶以上边坡的稳定性。

3.2.1.2、确定墙身断面形式，绘制挡土墙横断面图

山区挡土墙设计中，当墙趾处地形陡峻时，可采用俯斜式或衡重式断面；当墙趾处地形平坦时，则可采用仰斜式断面。挡土墙横断面图的绘制，选择在起讫点、墙高最大处、墙身断面或基础形式变异处，以及其他必须桩号处的横断面图上进行。根据墙身断面形式、墙高和地基与填料的物理力学指标等设计资料，进行设计或套用标准图，确定墙身断面尺寸、基础形式和埋置深度，布置排水设施，指定墙背填料的类型等。

3.2.2、纵向布置

挡土墙纵向布置主要在墙趾纵断面图上进行，布置后绘制挡土墙正面图。

3.2.3、平面布置

对于个别复杂的挡土墙，如山区曲线路段的挡土墙，除了横、纵向布置外，还应作平面布置，并绘制平面布置图。在平面图上，应标示挡土墙与路线平面位置的关系，与挡土墙有关的地物、地貌等情况，以及其他防护、加固工程等。在挡土墙设计图纸上，应附有简要说明，说明选用挡土墙设计依据的参数，主要工程数量，对材料和施工的要求及注意事项等，以利指导施工。

4、结语

总之，在进行山区公路挡土墙设计时，应该根据山区特有的地形、地质等资料综合考虑结构类型、材料情况与施工条件等因素，确保挡土墙的使用功能和稳定性。

参考文献：

[1]窦斌，DMR互锚式薄壁挡土墙高路堤结构模型试验研究及应用，中国地质大学出版社,2007.05.

[2]金仲秋，夏连学主编，公路设计技术，人民交通出版社,2007.9.

[3]刘慧主编，公路建设管理与技术，长春出版社,2009.10.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。