山区公路重力式挡墙浅层地基处理技术

倪洪亮，焉 娜

（1.云南省交通规划设计研究院，云南昆明 650011；2.中铁上海工程局六公司，云南昆明 650217）

山区公路重力式挡墙浅层地基处理技术

倪洪亮1，焉 娜2

（1.云南省交通规划设计研究院，云南昆明 650011；2.中铁上海工程局六公司，云南昆明 650217）

针对山区公路建设中最常用的重力式挡土墙这一结构形式，从几何尺寸及力学计算的角度分析其产生的结构应力，在此基础上结合山区公路建设中就地取材的原则，分析换填垫层这一地基处理方法中不同换填厚度所产生的影响，并定性的分析了片石垫层在地基处理中的增强效果。

山区公路；重力式挡土墙；地基处理；换填垫层

山区公路建设过程中，地面线变化剧烈，工程中的支挡形式丰富多样，但对于边坡支挡高度小于8 m的时，多采用重力式挡土墙。而山区公路施工时，常会遇到软土、膨胀土等不良地基，这类地基的地基承载力必然较低，大多不能满足重力式挡土墙所能要求的地基承载力。本文根据挡土墙的尺寸，从力学计算的角度分析其自身的结构应力，通过定量计算与定性分析相结合的方法对挡土墙浅层地基处理技术进行详细介绍。

1　挡土墙受力分析

1.1挡土墙土压力计算理论

根据库仑土压力理论及几何关系，可知挡土墙所受主动土压力为

令

则公式（1）可以简写为

式中：γ为挡土墙墙背土重度；H为挡土墙墙身高度；Ka为库仑主动土压力系数。

1.2挡土墙基底压力计算理论

轴心荷载作用时

偏心荷载作用时

式中：pk、pkmax、pkmin为挡土墙基底平均压力、最大压力、最小压力；Fk+Gk为上部结构荷载、基础自重与基础上土重之和；Mk挡土墙基础底面的力矩值；Wk为基础底面的抵抗矩。

2　重力式挡土墙受力计算

2.1基本参数选择

根据云南山区公路常用重力式挡土墙形式，选择下表1中的几何尺寸及车辆荷载等参数进行受力计算。

表1　岩土计算参数选择

2.2挡墙尺寸选择

本文从分析挡墙稳定性的影响因素角度出发，选择施工中常用的挡墙高度和填土高度进行验算。

表2　挡墙尺寸选择

2.3受力计算成果

根据上述土力学理论及挡墙基底压力计算公式，可计算不同墙顶填土高度下，各挡墙高度时的基底最大、最小压力值，如表3。

表3　挡土墙受力计算结果

3　重力式挡墙基础处理

3.1计算模型

换填垫层地基处理时，基础底面的附加应力将通过垫层进行应力扩散，传至垫层底面时已经成为扩散后的附加应力值，其扩散情况可通过下式进行计算：

式中：pc为垫层底面附加应力值；pk-pc为基础底面附加应力值；b为基底宽度；z为垫层厚度；θ为垫层压力扩散角。

将换填垫层计算公式进行一定的转化，令，则可视为因换填垫层产生的应力扩散影响因子。值越大，扩散影响越大，扩散作用越显著，反之则越小。

根据以上分析，对挡土墙墙身高度变化的情况下，对不同垫层厚度计算分别计算各类情况下的扩散影响因子。

换填垫层厚度在1 m时，对附加压力的扩散作用影响相对较小；在1～2 m厚度范围内，影响作用变化率最高，换填垫垫层产生的效果也有显著提高；而在2～3 m的厚度范围内，影响作用变化率次之，但所起到的扩散作用最大。

因此，在实际施工过程中，施工人员就可以根据挡墙所产生的基底应力及地基本身所能提供的承载力结合上图进行换填垫层厚度的选择。

3.2片石对地基承载力的增强作用

换填垫层施工后，地基受到垫层的预压本身的抗剪强度会有一定的提高，其提高程度可通过下式计算：

式中：τft-τf0为地基土抗剪强度增加值；Δσz为预压荷载引起的地基土附加应力值；Ut为地基土的固结度；φcu为土的内摩擦角。

由上式可知，地基土受到垫层的重力产生的预压效应对其抗剪强度会有一定的提高，其提高的程度除与土自身的土力学性质有关外，外在因素主要与垫层本身的重量密切相关。即换填垫层重量越大，抗剪强度的提高愈大，而土的抗剪强度的提高与地基承载力的增强有直接关系。因此，在换填垫层材料选择时，同样厚度的垫层，选择重度较大的材料会有更好的力学效果，可以带来更大的地基承载力的增强效应。

4　总 结

（1）换填垫层法相比于其他深层处治，在山区高速公路的地形条件不理想、工期要求紧等的不利情况下，有其特有的优势，适合优先选择。

（2）使用扩大基础这种基础形式可以降低挡墙基底应力，有效的减少挡墙地基处理的承载力负荷。

（3）在片石材料充足的条件下，优先选用片石作为换填材料，其上再用碎石或砂砾找平，可以使地基承载力得到更大程度的增强。

［1］ 工程地质手册编写委员会.工程地质手册（第四版）［M］.中国建筑工业出版社，2007：832-835.

［2］ 中华人民共和国建设部.建筑地基基础设计规范［S］.中国建筑工业出版社，2007：35.

［3］ 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基处理技术规范［S］.中国建筑工业出版社，2012：8.

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