挡图墙在公路的作用刍议

本文作者：郭丽李忠工作单位：长江大学

挡土墙常见类型

1.常见的传统挡土墙类型。（1）重力式挡土墙主要依靠墙身自重来保证墙的稳定性。主要有重力式、衡重重力式、装配重力式等类型。（2）衡重式挡土墙主要利用下墙衡重平台迫使墙身整体重心后移，使基底应力趋于平衡来提高挡土的高度。（3）半重力式挡土墙通过将重力式挡土墙的截面减小、底部脚放大来减小地基应力，以此适应软弱地基。（4）悬臂式与扶壁式挡土墙是钢筋混凝土挡土墙的主要形式，是一种轻型的挡土结构物。（5）锚杆式挡土墙是由钢筋混凝土面板及其锚杆组成的支挡结构物。（6)锚定板式挡土墙是由基础、立柱、墙面板、拉杆、锚定板及填料等组成的轻型、拼装式挡土结构。（7）加筋土挡土墙是依靠填料与拉筋之间的摩擦力来平衡墙面板所承受的水平土压力，并以拉筋、填料的复合结构来抵抗拉筋尾部填料所产生的土压力，从而保证挡土墙的稳定。（8）板桩式挡土墙由板桩、锚栓及墙面板组成，常见的有悬臂式板桩挡土墙、锚定板式板桩挡土墙和内撑式板桩挡土墙等类型。（9）预制块件现场拼装式挡土墙目前常见的有墙、格栅拼装式挡土墙、预制单元、平面或阶梯拼装式挡土墙、预制带流水槽单元拼装式挡土墙、人字形预制拼装式挡土墙等类型。（10）土钉墙适用于非软土场地，基坑深度不宜大于12m。（11）地下连续墙适用于各种场地，可以作为永久性的承重结构使用。2.新型挡土墙类型。近年来，随着钢材、塑料等土建材料的普及，土工织物、泡沫聚苯乙烯（EPS）等轻质材料也开始与传统形式挡土墙相结合，开发出了许多新型的支挡结构物。（1）U形型挡土墙设计时需考虑水压力的影响，同时需进行上浮稳定性分析。（2）倒Y形挡土墙抗倾覆、抗滑动性能较强、排水性较好，且能够防止地下水侵蚀。（3）箱式挡土墙的结构形式简单、受力条件好、稳定性能好、抗冻性能好。（4）楔石挡土墙由单个构件组装而成，有较高的强度、较好的结构稳定性和耐久性。（5）加筋环挡土墙充分利用了钢筋受拉强度高的特性，使环内填料产生的侧向压力转成由加筋环来承担。（6）新型填料的挡土墙有轻质和超轻质填料挡土墙，还可以利用稳定剂来改善填土的性质。

挡土墙在实际工程中的应用分析

1.加筋土挡土墙是在20世纪60年明的一种新型支挡结构。挡土墙是由填料、拉筋和面板组成的一种复合体，其土体中的加筋由钢筋组成。在挡土墙内部。荷载及填料在自重作用下所产生的墙面侧土压力由与面板连接的拉筋来承担，通过拉筋与填料之间的摩擦作用，既改变了填料的力学性能，又平衡了由面板传递的侧土压力，从而保证了结构内部的稳定性，是一种柔性结构。目前，在法国、美国、日本等一些发达国家应用非常普遍。但在国内，直到20世纪70年代中期才开始应用此项技术，且直到最近几年，绝大部分地区仍然只采用单面加筋土挡土墙或宽矮（高度≤3m）的路堤式双面拉筋土挡土墙。窦斌等为解决湖北省远当国防公路鸣凤至花林诗段道路的改扩建工程的关键技术问题，采用了双面直立互锚式的薄壁挡土墙高路堤结构，采用数字模型（Digital）、模型试验（Model）和实际路堤监测（Real）等方法进行对比分析，得出了互锚式薄壁挡土墙的土压力分布规律及其填料性质对挡土墙土压力分布影响的相关理论成果。双面直立互锚式薄壁挡土墙高路堤结构是现代加筋土挡土墙的一种新型结构，这一结构对环境破坏程度较小，占地面积小，社会经济效益较高，施工简单，填方量也相对较小。通过模型试验发现：挡土墙面板后的土压力并不是呈线性分布的，而是在从挡土墙顶部向下h/3（h为挡土墙高度）以上阶段，挡土墙面板后的土压力完全呈线性分布，基本与郎肯主动土压力理论相似，但是在距离挡土墙顶部h/3到墙底部，挡土墙面板后的土压力却是基本保持不变的。通过理论分析得出，改变挡土墙结构形式面板后的土压力分布规律可近似用一指数函数进行模拟。从造价的角度进行比较，互锚式挡土墙与加筋土挡土墙相比可以节约15%的成本，与浆砌片石护坡相比，可以节约20%，与用重力式挡土墙相比可以节约40%，所以此种挡土墙结构具有非常明显的经济效益和社会效益。2.随着土工织物技术的发展，土工袋在工程中的应用也越来越广泛，但目前国内外将土工袋作为修建高填方多级挡土墙的砌筑材料，对袋装碎石多级挡土墙的研究却非常少。采用袋装碎石修建的重力式挡土墙，是将一定量的碎石装入土工袋中，封口后就成为标准的袋装碎石块，是采用干砌的方式堆砌而成的。为了计算简便，设计时需要采用以下5点假设。（1）各级的挡土墙压力按普通挡土墙来计算，并且忽略各级挡土墙之间土压力的相互影响。（2）袋装碎石砌块之间需相互紧密搭接，协调工作。（3）与墙后填土相比，墙体刚度较大，可视之为刚体。（4）需满足库伦土压力理论假定的要求。（5）上级挡土墙及其填土自重按不全面分布的超载来考虑，并作用于下级挡土墙的顶面。孙见松等为解决某山区的铁矿产地，因发展需要，需扩大材料的堆场面积，但由于现场场地高差较大，采用普通重力式挡土墙无法满足要求，综合考虑工程造价和碎石利用等因素，决定采用袋装碎石多级挡土墙。并且通过计算和工程实践观测发现，这种方法施工简单，经济效益较好，为碎石地区修建高填方挡土墙提供了一个很好的范例。某工程土工袋铺砌现场如图1所示，其挡土墙截面如图2所示。3.聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）使用寿命长，性能稳定，经济效益显著，广泛适用于道路、桥梁、涵洞等土木工程建设中，它的优点主要体现在4个方面：一是作为地基填筑材料，可以有效减小填筑荷载对地基的影响；二是改变了传统的地基处理及加固观念；三是无噪音，无振动，加工方便，无需重型机械设备，只需人工搬运即可，并能快速施工；四是EPS材料具有自承性和自硬性，用于挡土结构中，可以减轻对墙面的水平压力。EPS在岩土工程中的应用是也从20世纪60年代开始，当时使用约15cm厚的聚苯乙烯泡沫塑料板作为隔热材料来解决道路的冻害问题并获得成功。1972年挪威道路研究所第一次将1m厚的普通填料层换成聚苯乙烯板，成功地遏止了路堤与桥台连接之间的过渡沉陷。用于挡土结构的EPS，压缩性高，由于相对静止的挡土结构和填土之间产生位移，填土剪切强度得以充分发挥，尤其在加筋土挡土墙中，对于驱动筋材拉伸强度作用非常有效。刘经法以台湾“9.21”地震破坏的公路路堑挡土墙为工程实例进行了数值模拟，把EPS装置在刚性挡土墙与填土之间，由于EPS土工泡沫板的可压缩性很强，可以极大地减少对挡墙结构的横向作用力，所以将EPS土工泡沫缓冲层铺设在挡土墙墙背可以起到明显的减震效果。刘经法采用显式有限元分析方法建立了数值分析模型，对不同密度和弹性模量的EPS土工泡沫的数值分析表明：挡土墙墙背水平总压力和EPS土工泡沫材料压缩量都随着加速度的增加而逐渐增大，与加速度具有很好的相关性；墙背的水平总压力随着EPS土工泡沫材料的弹性模量和密度的减小而减少，而EPS土工泡沫材料压缩量却随着EPS土工泡沫材料弹性模型和密度的减小而增大，因此EPS土工泡沫对挡土墙的动力减震具有明显的效果。自从我国开始实施西部大开发战略以来，西部地区的交通工程投资也逐年提高，公路工程中挡土墙的建设进入了一个高速发展的阶段。加拿大、美国、日本等国家对挡土墙的研究处于世界领先水平，但在国内各新型种挡土墙的研究和利用都非常少。挡土墙的研究为道路工程设计、施工、养护水平和管理科学化程度的提高打下了基础，在资金有限的情况下，为建造高质量、高等级的路面提供了切实的理论依据。特别是汶川地震以来，更需加大公路挡土墙的抗震性能，所以研究施工简单、节省经济、技术先进的挡土墙结构具有非常广阔的前景。随着我国公路挡土墙事业的大力发展，公路挡土墙势必将会为我国的经济建设作出更大的贡献。