方延强，蒋志军，周昌全，明海波，郑 琼

(四川渝建研建设工程质量检测有限责任公司，四川成都 610041)

1 引言

重力式挡土墙因其就地取材，造价低廉，施工方便等特点，目前是挡土结构中应用时间最长且最广泛的结构型式。由于重力式挡土墙靠自重维持平衡稳定，因此体积、质量均较大，在软弱地基上修建往往受到承载力的限制。如果墙太高，则耗费材料过多，也不经济。在《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2011)［1］中规定:“重力式挡土墙仅适用于H≤8m的情况”。但在施工工程中，由于其可就地取材、价格低廉等特点，在某些地基条件较好的高边坡工程中也采用衡重式挡墙。

吴海根［2］通过对带卸荷板的扶壁式挡土墙进行了分析，并通过实例验证，设置卸荷板可以增大挡土墙抗滑稳定系数的安全储备，从而使墙的断面尺寸具有进一步优化的余地;并从安全性和经济性角度考虑，得到了适合的卸荷板尺寸及位置优化方案;胡云龙，刘国楠，赵有明［3］推导了衡重式桩板挡墙结构内力及变形计算公式，并采用有限元法对比验证了理论计算公式;刘永春，王石磊［4］通过设计实例，研究了衡重式桩板挡墙的受力特征，并对影响因素进行了分析;路林海，刘正银，张明晶等［5］对某衡重式挡墙典型病害情况进行了分析和讨论，找出了病害产生的原因，通过数值模拟计算分析了此类挡墙的变形及受力特征，并在深入分析和计算的基础上，制定了有针对性的加固处置方案。

在前人研究的基础上，通过理论分析与数值分析相结合的方法对受地下管线限制条件下衡重式挡土墙进行优化设计，通过在墙顶处增加钢筋混凝土卸荷板，降低了墙身土压力，进而减小了墙身的尺寸，避免了现场管线的迁改，而且压缩了施工工期，取得了良好的工程效益。

2 工程概况

某市山区道路在拓宽改建过程中，道路两侧形成高陡坡路基，该段道路上覆层为砂质粘土，下伏基岩为强风化泥岩夹砂岩，基岩风化情况严重。由于现状地面横坡较陡，为确保道路路基的稳定性，在道路右侧路肩处考虑设置支挡结构。根据工程实际情况，业主及设计、地勘等各方经过讨论，初步拟定采用衡重式挡土墙作为推荐方案。

在现场勘查过程中发现，路基底部存在大型通信光缆，根据计算，无论是采取衡重式挡墙还是扶壁式挡墙，其基础墙趾处均与现有通信光缆冲突，冲突区段长达50m左右。

考虑到如果迁改通信光缆，一方面工程造价将大大增加，另一方面，也将严重影响到施工的进度。因此，必须在现有方案的基础上对挡土墙进行优化设计，减小挡墙墙趾处的宽度，以便在不改迁光缆的基础上进行施工。

现场实际情况如下图所示:

图1 优化前后衡重式路肩挡土墙比较图

3 优化设计计算

优化后的衡重式挡墙，在原卸荷台处增加了一个L型悬臂板，整个悬臂板采用钢筋混凝土材料浇筑，通过该钢筋混凝土卸荷板，大大减小了作用在挡土墙上的土压力，故挡土墙的断面面积得以减小，同时整个挡墙的高度可降低2m左右，节省了大量圬工材料。

针对优化后的挡墙设计方案，对整个高边坡进行稳定分析，确保边坡在施工与运营期整体稳定性满足要求。

(1)计算参数

根据现场资料，挡土墙墙背填料为砂石土及强风化泥岩夹砂石，设计参数分别为:φ=32°，γ=19KN/m2，基底摩擦系数f=0.42。挡土墙上墙高4.0m，下墙高7.5m。承台台身采用C25片石混凝土，上部托盘采用C30钢筋混凝土结构。

结构计算断面如图2所示:

图2 优化后衡重式挡墙计算截面

(2)计算方法

优化后方案台后土压力的计算采用折线形墙背土压力的计算方法，分为上墙和下墙两部分来分别计算［4-7］。

①作用在墙背上的主动土压力按库伦理论进行计算，其中上墙按第二破裂面法计算，两破裂面交点在卸荷板悬臂端;下墙按力多边形法进行计算，土压力强度按矩形分布，作用点为下墙墙高1/2处;

②计算作用于卸荷板上的竖向压力时，可先计算第二破裂面上的竖向分力，卸荷板承受其长度相应部分投影的应力，再计算第三破裂面及以上土体的自重，两者叠加即为卸荷板的竖向压力，在板上均匀分布。

(3)挡墙计算结果

实际计算结果如下:

①挡墙基最大压应力σ=496.3kPa:

②基底抗滑稳定系数:K滑=1.65＞1.3;

③抗倾覆稳定系数:K滑=1.95＞1.6。

计算结果满足要求。

(4)边坡整体稳定性

采用极限平衡法对边坡的整体稳定性进行分析。根据数值分析结果可知，边坡滑动最小安全系数为1.499。

图3 安全系数最小时对应的滑动面

边坡最不利滑动面上的有效正应力和有效剪应力如图4、图5所示。

图4 最不利滑面有效正应力图

图5 最不利滑面有效剪应力图

该边坡为一级边坡，边坡稳定安全系数限值为1.30［8］，数值分析计算结果，最小安全系数 K=1.499＞1.30，满足要求。

(5)边坡潜在滑动面预测

采用有限元方法计算得到该边坡滑动安全系数K＜1.6的潜在滑动面如图6所示:

图6 潜在滑动面分布图(K＜1.6)

通过对边坡潜在滑动面的分布进行分析，对现场施工监控与后期运营期高边坡的安全监测提供理论依据。

(6)工程措施

①挡土墙沿道路前进方向每隔10m设置一道伸缩缝;墙背后设置泄水孔，墙背泄水孔处设置0.5m后碎石反滤层，以减少降水对挡墙稳定性的影响。

②施工过程中，先对墙身片石混凝土进行连续浇筑，待其强度达到设计强度90%后，进行悬臂下墙后土体的回填;回填完毕后进行上部悬臂板施工，新增加L型悬臂板与墙身间设置分布钢筋进行连接，整个挡墙修筑完毕后，进行悬臂板上填土的分层填筑。

③根据边坡潜在滑动面分布图，在安全系数K＜1.6的滑动区内，埋设监测设备，以便对边坡运营期稳定性状况进行监测。

4 经济效益

(1)采用原设计方案，需片石混凝土约3050m2，优化后片石混凝土工程量为1950m2，相比原方案节省36%材料;优化后新增钢筋混凝土430m2;方案优化后避免拆除已有光缆，节省光缆改迁费总计约200万;综合对比，优化后方案总计节省约20%工程费用。

(2)此外，优化后方案还进一步缩减了施工工期，具有显著经济效益;

(3)项目自施工完成投入使用至今，使用情况良好。

5 结论

(1)通过对原有衡重式挡墙后增设L型悬臂板，对原有挡墙进行优化，设置悬臂板后，大大减小了作用在挡墙后的土压力，使挡墙自身尺寸减小，继而减小挡墙墙趾处的宽度，以便避让开墙趾处已有光缆设备。

(2)经综合计算，优化后方案总计节省约20%工程费用，且进一步缩减了整个项目的施工工期，经济效益明显。

(3)通过对整个边坡滑动稳定性进行分析，绘制潜在滑动面分布图，为后期对易 滑动区域进行安全监测提供依据。

［1］建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)［S］.北京:中国建筑工业出版社，2012:48-49.

［2］吴海根.扶壁式挡土墙卸荷板设计研究［J］.现代交通技术，2014，(2):76-79.

［3］胡云龙，刘国楠，赵有明.衡重式桩板挡墙内力及变形计算方法［J］.路基工程，2013(4):70-74.

［4］刘永春，王石磊.衡重式桩板挡墙的应用与研究［J］.铁道建筑，2010(10):73-75.

［5］路林海，刘正银，张明晶，等.某公路衡重式高挡墙病害分析与处置［J］.工程勘察，2012(12):22-26.

［6］王力威.库伦主动土压力作用点高度确定方法的改进［J］.力学与实践，2013(6):55-58.

［7］宋修广，吴建清，张宏博，等.压力分散型挡土墙土压力分布规律分析［J］.科学技术与工程，2014(20):106-110.

［8］建筑边坡工程技术规范(GB50330-2013).北京:中国建筑工业出版社，2014:60-61.