在贵州山区地区修建超高挡土墙采用空腹衡重式挡墙,不仅能使工程量最小,减小墙后土压力,增加挡墙安全性,同时还能加快施工速度,节约工程投资,较之于其他挡墙方案,具有明显的优越性。
  关键词空腹衡重式挡土墙;土压力;墙后填料参数
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  1 前言
   贵州地区多山地,地貌崎岖不平,随着近些年的改革开放,城市建设速度越来越快,用地亦越来越紧张,许多建设用地不得不选在陡峭的山坡上,平场时用到最多的工程措施为修建挡土墙,且挡墙高度越来越高,而在超高挡墙的应用上空腹衡重式挡土墙在经济、安全角度上较其它类型的挡土墙具有无法比拟的优势。
  2 空腹衡重式挡土墙简介
   当挡土墙墙身较高时,可以采用空腹衡重式挡土墙,衡重式墙背的上下墙间设有衡重台,利用衡重台上填土的重力使全墙重心后移,可以增加墙身的稳定。同时挡墙中间设为空腹形式,腹中可回填各类工程材料,因而该类挡墙在材料的用量上可以大大节省。其示意图如图1所示。
  
  
  3 空腹衡重式挡土墙的设计计算
   空腹衡重式挡土墙的设计计算分为以下四大部分1、主动土压力的计算;2、抗滑移稳定计算;3、抗倾覆稳定性计算;4、地基承载力计算。在设计计算上其最为复杂的部分在于土压力计算方面,主问题是衡重台以下土压力计算以及计算时如何选取墙后填料抗剪强度参数。
  3.1 墙后土压力的计算
   计算上部墙体的土压力时,可以不考虑下部墙体的影响。根据规范推荐,其计算公式如式3-1所示,计算简图如图2所示
  
  
  Eak—主动土压力合力标准值(kN/m);
  Ka—主动土压力系数;
  H—挡土墙高度(m);
  γ—土体重度(kN/m3);
  c—土的粘聚力(kPa);
  φ—土的内摩擦角(°);
  q—地表均布荷载标准值(kN/m2);
  δ—土对挡土墙墙背的摩擦角(°);
  β—填土表面与水平面的夹角(°);
  α—支挡结构墙背与水平面的夹角(°);
  θ—滑裂面与水平面的夹角(°)。
   下部墙体的土压力计算较为复杂,多采用简化的计算方法,这里介绍一种延长墙背法。如图2所示,先将上墙视为独立的墙背,用一般的方法求出主动土压力E1,土压力分布图形为abc所示。计算下墙土压力时,首先延长下墙墙背AB,交填土表面于C点,以AC为假想墙背,用一般库伦土压力理论求算假想墙背的土压力,其土压力分布图形为dgh,截取其中与下墙相应的部分,即efgh,其合力即为下墙主动土压力合力E2。
  
  3.2 墙后填料参数的选择
   目前挡土墙的设计理论较为成熟,而且市场上有很多挡土墙的设计软件,绝大多数的功能都十分强大。这样我们许多设计人员都依赖于设计软件,尽管设计软件不需人工手算,但确需输入大量的参数,同时即使我们不用软件,人工手算时也需大量的参数。因此挡土墙设计成功与否关键在于挡墙计算参数的选择上。在挡土墙设计计算所用的参数上,墙后填料的抗剪强度参数是最重的(主为内摩擦角和粘聚力)。
   一般我们规定对于高度大于5m的挡土墙,需进行墙后填料的土工试验以确定填料的物理力学指标。然而,规范并没明确什么样的工程条件取什么样的试验条件下的强度参数指标。经作者查阅大量资料,挡墙墙后参数的选择一般按如下规定选取若挡墙后为填方,在挡土墙建成初期,回填土尚未完全固结,此时墙后填料宜取直剪快剪指标或三轴不固结不排水指标,在挡墙运营期间,可采用直剪固结快剪指标或三轴固结不排水指标;若挡墙后为挖方,建议采用直剪固结快剪指标或三轴固结不排水指标。
  4 工程实例
  4.1 工程概况
   已建茶店110kV变电站工程位于贵阳市茶店—冒沙井北侧,该场地为自然斜坡,场地内地层由素填土、红粘土及下伏白云岩组成。规划拟建变电楼1栋5层,传达室单层及事故油池消防通道等。由于满足拟建变电楼室外高程的需,拟建场区需高填方,最大高差约19.0m,该填方边坡为岩质逆向自然边坡,按《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)规范规定,该段边坡工程安全等级为一级。
  4.2 设计方案
   该边坡支护工程为永久性支护,边坡重性等级为一级,重性系数为1.1。由于本工程为高填方边坡,通过综合比较,选择空腹衡重式挡墙作为本工程的支挡结构,挡墙采用C20混凝土浇注,腹腔内采用粘土回填,并分层夯实,设计的代表性剖面如图4所示。
  
  
  
  4.2 设计综合效益分析
   该工程建设的挡土墙为超高挡墙,最高21.7m,如采用重力式挡土墙,1m长挡墙需的浆砌片石或毛石量约为253.57m3,如采用空腹衡重式挡墙,1m长挡墙需的C20混凝土约为106.75m3,腔内回填粘土99.4 m3。而粘土现场即可取用,无需外运进来。因此采用空腹衡重式挡墙在材料上得到了很大的节省。同时,由于空腹衡重式挡墙设计有衡重台,因此其比重力式挡墙更安全。
  5 结语
  (1)空腹衡重式挡墙较之于其他类型的挡墙能更大程度的节约工程材料或工程造价。
  (2)空腹衡重式挡墙设有衡重台,较之于其他类型的挡墙具有更大的安全性。
  (3)正确选择墙后土压力计算方法以及墙后填料物理力学参数才能设计出安全、经济的挡墙。
  
  作者简介张俊元(1961.03—),男,贵州贵阳人,工程师,主从事电网土建工程设计。
  参考文献
  [1] GB 50330-2002,建筑边坡工程技术规范[S]. 北京.2002
  [2] 王秀丽,周勇,朱彦鹏. 支挡结构设计计算手册[M].北京中国建筑工业出版社,2008
  [3] 赵明阶,何春光,王多垠. 边坡工程处治技术[M].北京人民交通出版社,2003
  [4] 刘兴远,雷用,康景文. 边坡工程册[M].北京中国建筑工业出版社,2007
  
  注文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

  

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