公路支挡防护优化设计中桩基挡土墙的应用

公路支挡防护优化设计中桩基挡土墙的应用

李松

广州市前方咨询有限公司511400

摘要：桩基挡土墙是一种路基支挡结构，能够承载水平方向上的荷载作用力，通常应用在基础埋置深度不足或者挡土墙基底应力不足时采用。本篇文章以某公路为例，介绍了桩基挡土墙结构的应用，并且证实了该结构具有安全可靠且经济性强的价值，希望能够为其他工程提供参考。

关键词：公路支挡防护；桩基挡土墙；路基

挡土墙主要应用在地形较陡、地基承载力比较低的情况下，用来对路基进行支持或者放置因为山体较陡而致使工程失衡等情况。随着挡土墙应用技术的逐渐提高，挡土墙的形式也逐渐增多，比如重力式挡土墙、衡重式挡土墙、悬臂式挡土墙、桩基挡土墙等。

一.桩基挡土墙介绍

桩基挡土墙是通过托梁将挡土墙和桩进行结合，荷载通过挡土结构物传递给桩，然后由桩负责通过土的阻力及支持力将荷载传递到土层中。桩基挡土墙可以应用在公路的路基主体工程中，其高度不会受到挡土墙高度的限制，而且地基的承载力可以随着桩的埋深长度而进行改变。

（一）.桩基挡土墙的应用条件

桩基挡土墙可以应用在基岩埋置较深、受到河岸冲刷、陡坡地形以及稳定性比较差的路基地段；当然在原有线路的基础上建设新型线路，如果在施工过程中开挖基坑或者挖台阶防护等支护结构不能保证施工的安全这种情况下，也可以使用桩基挡土墙结构；如果到指定边坡等级，而且覆盖的土层结构缺乏足够的稳定性，也可以采用桩基挡土墙来进行支护。

（二）.桩基挡土墙的组成形式

根据工程施工位置，可以将桩基挡土墙分成路堤式桩基挡土墙以及路肩式桩基挡土墙；根据挡土墙的结构形式可以分成单排桩桩基挡土墙和多排桩桩基挡土墙以及锚索桩基挡土墙。不管根据什么形式分类，有各自具有重力式和衡重式桩基挡土墙。

（三）.桩基挡土墙的设计原则

在进行桩基挡土墙施工的时候，挡土墙的高度及截面尺寸设计、桩间距等要符合安全、经济、科学的原则；挡土墙的高度要确保托梁底部不能出现悬空的情况，在挡土墙承载的竖向荷载应该和托梁截面中心线重合；托梁可以采用连续梁或者简支梁，连续梁要设置成等间距，简支梁则通常是采用两端悬出的形式。遵循悬臂桩设计，锚固点要确保襟边宽度不能小于四米，桩间距离最好在五到八米之间。

二.公路工程概况及设计情况分析

（一）基本情况介绍

本篇文章以南方某高速公路某路段为设计对象，该段路基右侧边坡高度是25米，路基中心线右侧设有一建筑物，按照正常刷坡，该建筑物在征地范围内，不过工程建设过程中要尊重当地的建筑和人文，在建设公路的过程中可以采用支挡结构对该建筑物进行避让。施工区域是丘陵地貌，路线沿山脚分布，沿线包括地势较低的山间凹地，也有山脚斜坡路线分布，坡度达到了20°，地表覆盖植被。山坡岩石主要是花岗岩和强风化花岗岩。地层主要包括以下特征，组成之一是填筑土，主要是建筑垃圾且并未压实；还有砂砾，主要是石英和卵石，灰黄色；中砂的组成成分是石英，同样灰黄色，级配较砂砾较差一些；坡积粉质，有灰黄色和褐色，内含少量的碎块石；强风化花岗岩，花岗岩石风化比较严重，有灰黄色何灰褐色，由于被风化严重，内部的成分已经遭到显著破坏，岩体很容易脆裂呈现碎块和半岩半土的状态，用手稍微一用力就可以捏断；最后是中风化花岗岩，呈现灰黄色、灰色和灰白色，主要的矿物成分是石英、云母和长石。

（二）水文地质情况概述

该处地表水经过山凹处的冲沟，一路流淌最后融入小溪，而地下水的来源主要是降水、地表水的渗入等，地下水的径流条件较好，埋深大约在3.7米左右，地下水经过次级冲沟两边的高坡汇集到冲沟，最后排泄到厂区冲沟内。

（三）挡土墙设计介绍

通过对本段路段进行分析，为了避开建筑物，以及尽量的减小挡土墙的高度，保证建筑物不受影响。考虑到本段的地基多是砂砾或者残坡积土，地基没有那么大的承载力，如果采用重力式挡土墙的话，需要使用大面积的界面和深埋的挡土墙，工程量较大且施工难度高，而且挡土墙的高度会超过规定的高度会给工程施工带来一定的风险。

桩基挡土墙的高度不受限制，如果地基承载力达不到要求，便可以通过增加桩基的埋深来提高挡土墙的安全性，非常适合用于陡坡、地基承载力低的情况下使用。因此此路段的支护采用桩基挡土墙。

三、桩基挡土墙的设计概述

（一）桩基挡土墙设计计算

根据承载的极限设计以及荷载效应来进行桩基挡土墙的计算，计算过程中，将桩基挡土墙的结构分成上部挡土墙以及下部埋桩两个部分来计算。

（二）上部挡土墙的设计

上部挡土墙的设计和一般的挡土墙设计相同，首先计算土压力，然后设计挡土墙的强度以及稳定性。

对土压力进行计算的时候，挡土墙上部所承受的压力和承台梁掩埋的位置相关，承台埋入分为完全埋入式和非埋入，而非埋入式的承台土压力比较大。对于挡土墙的强度设计，由于挡土墙的下部设计有承台梁以及桩基，可以保证挡土墙的稳定性，而主要考虑的因素就是要确保挡土墙截面的剪应力、拉应力以及压应力不要超过设计挡土墙的材料所能承载的压力。

（三）下部桩基的设计计算

桩基的受力不用考虑承台底部地基的竖向反力和摩擦作用，根据静力等效的原理对于作用在挡土墙上的竖向力、水平方向的土压力等进行计算。对于刚性桩和弹性桩，国内划分的标准也是不同的，这个需要结合具体的工程标准和工程行业来进行计算。不过需要注意对线弹性地基的反力法，桩在地面的水平位移不能超过十毫米，因为只有保证这样的水平位置，才能够确保桩身上的任意一点的土抗力和桩身侧向位移形成线性关系。

（四）承台梁受力计算

承台梁的受力分成单排桩和多排桩。单排桩的竖直方向上首例计算按照弹性地基的梁理论进行。对于多排桩，受力情况按照相关规定，对承台的正截面抗弯承载力、斜截面的抗剪承载力、冲切承载力进行计算。

（五）桩基挡土墙设计步骤

根据设计过程，对桩基挡土墙的设计进行总结。首先根据工程施工地段地形以及路基的填土来初步计算出挡土墙的高度。然后计算作用在挡土墙上的土压力大小，从而进一步确定挡土墙的设计尺寸以及承台梁的尺寸、桩的截面尺寸及间距等；选择地基系数，确定桩长，计算桩截面最大剪力及最大弯矩，确定基桩在地面的位移，确保其满足要求规定，如果不满足则需要调整桩的尺寸以及间距；对承台梁受力进行计算的时候，要分成单排桩和多排桩，对单排桩而言，要计算跨中以及支点处的弯矩、剪力；而对于多排桩或者双排桩，则需要进行抗弯、抗剪切以及抗冲切的验算。

结语：

采用桩基挡土墙方案，能够很好的节约工程造价，并且能够取得较好的经济效益。通过对工程施工进行优化设计，施工可以顺利完成，构造物施工完毕，而且桩基挡土墙根据工程施工地的情况进行因地制宜，通过实地的勘测以及优化设计，计算最终取得良好的效果。这是理论和实际的完美结合，说明桩基挡土墙能够用于线路的优化改建以及高路堤的加固，具有相当广泛的应用前景。

参考文献：

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[3]李海光，等.新型支挡结构设计与工程实例[M].北京：人民交通出版社，2004

[4]韩理安，等.水平承载桩的计算[M].长沙：中南大学出版社，2004