山区超高重力式挡土墙设计与施工探讨

山区超高重力式挡土墙设计与施工探讨

邹,洋1，邓洁纯1，孙,艳2

1.贵州中建建筑科研设计院有限公司，贵州 贵阳 550009 ；2.中建四局贵州投资建设有限公司，贵州 贵阳 550009

【摘要】重力式挡土墙在山区建设中使用较多，但在超高设计中应用较少，本文根据国家相应设计规范的要求，结合地方施工经验，对山区超高重力式挡土墙的设计与施工进行总结，从参数选取、计算过程、断面尺寸及施工构造措施等，提出一些设计与施工的关键点建议，综合考虑工程造价、安全储备和施工便捷等因素，取得了较好的社会效果。

【关键词】挡土墙；超高；主动土压力；增大系数

Discussion on Design and Construction of Ultra-high Gravity Retaining Walls in Mountainous Areas

ZOU Yang 1, DENG Jiechun 1, SUN Yan 2

(1.Guizhou Construction Science Research and Design Institute Limited Company of CSCEC, Guiyang, Guizhou 550009;2.China Construction Fourth pision Guizhou Investment and Construction Co., Ltd., Guiyang, Guizhou 550009)

Abstract:Gravity retaining wall is widely used in mountain construction, but it is less used in Superelevation Design.This paper summarized the design and construction of ultra-high gravity retaining walls in mountainous areas according to relevant national design codes and local construction experience,and provides suggestions on some key points in design and construction from the aspects of parameter selection,calculation process,section size and construction structural measures, Considering the factors such as project cost, safety reserve and convenient construction, a good social effect has been achieved.

Key words: Retaining wall; Ultra-high; Active earth pressure; Amplification coefficient

0引言

近年来，随着国民经济持续高速发展，西部大开发建设不断深入，山区的大型工业与民用建设项目日益增多，山区用地场平过程中普遍存在“开山填谷”的现象，对边坡支护方式的选择成为项目建设的重要考虑因素。在项目整体场平设计中考虑到土地的利用率，填方边坡的设计多选用挡土墙进行支挡，其中重力式挡土墙具有施工便捷、施工速度快、造价低（可就地取材）等优点，在设计中使用频繁。根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）第11.1.2条“当采用重力式挡土墙时，土质边坡高度不宜大于10m，岩质边坡高度不宜大于12m”[2]。在实际的山区挡土墙设计中边坡高度往往超过规范规定的相应高度要求，如何依据规范进行支护设计是主要难题，本文就贵州某一超高重力式挡土墙设计项目为范例进行论述。

1概况

1.1工程概况

贵州某园区建设项目，拟建场地位于山顶上，原为空地及废弃多年厂房，石林、石笋、石芽较发育，地势南高北低，地形坡度22°～30°，原始地形相对高差约39m，按场平设计要求平场后，建设场地较平坦，相对高差约为38.6m。根据总平面图规划，利用园区道路及消防道路设施消化场地高差，场地边坡需进行支护，支护总长度约437m，高15.0-20.0m。

1.2地质环境条件

1.2.1地形地貌及持力层

根据勘察资料显示：项目场地位于云贵高原梯级斜坡地带，地貌成因主要为溶蚀-侵蚀地貌。场地上覆土层依次为表层耕土（Q4pd）、素填土（Q4ml），覆土层厚度在0.00～7.00m，平均厚度3.31m；下伏基岩为寒武系系中上统娄山关群 (∈2-3ls)中厚层状白云岩。场地平场后基岩埋藏较浅，挡墙地基主要选用中风化白云岩作为持力层。

1.2.2地质环境条件

根据贵州区域地质图、构造体系图及勘察报告揭露，在大地构造上属扬子准地台黔北台隆遵义拱断贵阳复杂构造变形区，为毕节NNE向构造和息烽至都拉营复式向斜中的一部分。

据场地出露的基岩测得，场区白云岩产状为倾向81°，倾角32°，由于受地质构造应力等因素的影响，岩石节理裂隙较发育，场区未发现区域性断裂构造。主要节理产状及其基本特征为① 230°∠66°，延伸长度1.0～6.5m，张开0.1～1.0mm，铁质浸染，线密度1～3条/m；② 304°∠70°，延伸长度0.2～5.0m，张开0.4～0.9mm，局部存在方解石充填，线密度1～4条/m。每立方米岩体中的节理数为3～7条。节理裂隙面一般为钙质胶结充填，节理裂隙面的结合程度一般。场地及附近无断层通过。

1.2.3水文地质条件

项目场地内及其周边未见有水源出露。场地地下水主要为基岩裂隙水，地下水埋藏较深，地下水径流方向为由南向北。项目钻孔范围内均未见地下水，故地下水埋藏较深，对本工程影响较小。

1.2.4边坡特征

边坡总长度约437m，高15.0-20.0m，边坡安全等级一级，永久性边坡，墙顶为进场道路，道路荷载按均布荷载30kPa考虑。

2 边坡支护设计探讨

根据现场存在的实际情况，由于建筑红线和地形的限制，利用园区道路及消防道路设施消化场地高差，因此可选的支护形式有重力式挡土墙和抗滑桩。对这两种方案进行对比分析：①抗滑桩具有造价高、施工难度大、施工工期长的特点；②挡土墙具有造价低（场平开挖后有大量的石材）、施工难度低、施工便捷的特点。综上对比分析可知场地采用重力式挡墙方案较为适宜，但根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）第11.1.2条要求：重力式挡墙高度不宜大于12m，而场地支护段高度为15-20m已远超规范的相关规定要求，因此如何进行挡墙设计既能经济合理不浪费又能保证安全，值得进一步探讨。

重力式挡墙支护形式多采用衡重式挡墙支护。根据勘察报告，地基持力层为中风化白云岩，地基承载力和抗滑移稳定都容易满足。但由于挡墙高度已超过规范规定的高度要求，设计最大的难题：①墙后填土力学参数选取；②主动土压力增大系数取值；③断面尺寸的选型。

2.1主动土压力计算

挡土墙墙背主动土压力的计算存在两个问题：①墙后回填土的物理力学参数指标的选取：场地现场基岩埋藏较浅，场地平场石材较多，因此墙后填土可以建议采用碎石回填，分层压实，碎石粒径不应大于200mm，极配良好，填料硬骨料占比90％以上，压实系数大于0.95，干密度不小于20kN/m³，综合内摩擦角不小于30°，计算时综合内摩擦角建议按30°进行计算。为何不取35°或更高的值？根据施工经验，随着挡墙高度的增加，墙后填土的分层碾压在施工过程中不宜操作，设计如果取值过高，实际可能存在计算的土压力远小于现场实际土压力，设计断面将偏于不安全；②主动土压力增大系数的取值：根据《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2013）11.2.1条：挡墙高度5～8m时增大系数宜取1.1，挡墙高度大于8m时增大系数宜取1.2。因此当挡墙高度20m比规范高度增加2.5倍时，增大系数仍然取1.2将存在较大的安全隐患。以20m高度进行计算（见表1），增大系数取值的不同，主动土压力计算值也存在较大的差异。

根据贵州地方经验，专家建议先按照工程类比法的原理，增大系数按照挡墙高度进行类比，按照动态设计法的原则进行设计，后实际施工时按信息化施工原则结合变形观测验证设计可行性。即高度8-11m增大系数取为1.2，高度11-14m取为1.3，高度14-17m取为1.4，高度17-20m取为1.5。 主动土压力对比分析计算结果见表2 。

表2 主动土压力对比分析计算

根据表2的主动土压力进行抗倾覆对比计算结果见表3。

表3 不同高度、增大系数下抗倾覆计算对比

综上，根据工程类比法选取的增大系数，在满足抗倾覆安全系数1.6的基础上，对比增大系数1.2时同一型号挡土墙的抗倾覆安全系数差额比率约10％～20％，高度也高安全储备也越高。

2.2 断面尺寸的选择

衡重式挡墙断面尺寸选取主要考虑2个因素：①挡墙的抗倾覆验算；②挡墙的抗滑移验算。为减小挡墙的断面尺寸、降低挡墙的重心，建议上墙与下墙的高度比率为4：6或4.5：5.5。挡墙的断面尺寸参数可以参照国家标准挡土墙图集17J008[5]中衡重式挡墙的相关参数进行类比选择，然后通过挡墙抗倾覆、抗滑移的验算进行复核是否能满足规范要求。

3 挡墙施工相关注意事项

1)为加强挡墙的整体刚度，建议挡土墙整体采用毛石混凝土进行浇筑，混凝土强度等级C20以上，毛石的掺入量建议不大于总体积的30%，毛石强度等级建议不低于MU30。

2)为保证墙后回填土填料回填施工影响挡墙的施工质量，填料须进行分层夯实，夯实须在砌体或毛石混凝土强度达到设计强度的75％以上后进行。

3)其他注意事项参照国家标准挡土墙图集17J008[5]。

4 结束语

1)山区超高重力式挡土墙设计关键要点为：①墙厚填土指标的选取；②主动土压力增大系数的选取；③断面尺寸参数的优化；④挡墙施工措施的注意事项。

2)主动土压力增大系数可按工程类比法按不同高度进行取值，按照动态设计法的原则进行设计，后实际施工时按信息化施工原则结合变形观测验证设计可行性。

3)以上设计关键点主要根据贵州山区边坡设计施工地方经验结合规范进行的总结。

4)通过以上设计关键要点设计的施工图图纸均通过超过规范的专门论证及施工图审图机构审查，目前结合变形观测数据，该项目挡墙已施工完成，支护稳定，效果显著，即加快了施工的进度，节约了支护的工程造价，又有可靠的安全储备。

参考文献：

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.岩土工程勘察规范：GB50021-2001[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑边坡工程技术规范：GB50330-2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[3] 贵州省住房和城乡建设厅.贵州省建筑岩土工程技术规范：DBJ52/T046-2018[S].贵州：中国建筑工业出版社，2018.

[4] 贵州省住房和城乡建设厅.贵州省建筑地基基础设计规范：DBJ52/T045-2018[S].贵州：中国建筑工业出版社，2018.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部.国家建筑标准设计图集挡土墙：17J008[S].北京：中国计划出版社，2018.