中交一航局第四工程有限公司天津300456
摘要：在四川省巴中市省道409线巴中至坦溪（巴州界）公路升级改造工程设计中，为了防止路基边坡滑动，确保路基稳定，同时缩小填方坡度，减少填土数量，以减少房屋拆迁和线外占地面积，保护临近线路的既有建筑物，采用了大量的衡重式挡土墙。本文通过总结衡重式挡土墙的施工工艺以及质量控制注意事项，希望能给现场衡重式挡墙施工带来一定的借鉴。
关键词：衡重式挡土墙；施工工艺；主要措施；质量控制
1.基本概念
图1衡重式挡墙示意图
挡土墙的主要起到防止土体发生滑坡的作用。上墙与下墙之间为衡重台，墙体通过其自身重力和衡重台上的填料压力来抵消路基一侧填料的侧压力，以保证路基的稳定，衡重式挡土墙的主要结构形式如图1。
由于其复杂的截面尺寸和较高的整体性强度要求，使得其施工工艺难度也比其它挡墙要大很多。因此，它对施工质量要求也就更高，如果施工期间质量控制不足，很容易发生墙体变形、开裂、甚至倒塌等事故。
2.施工工艺
2.1基础开挖
（1）基础由机械与人工配合开挖：当挖至距设计底标高30cm时采用人工开挖，开挖时要严格控制基槽的平面点位、纵向尺寸和底标高，严禁破坏基底。
（2）开挖过程中注意排水通畅，避免积水损害基坑原始强度。
（3）为了增强挡墙稳定性，提高墙体的抗滑能力，基底横断面方向要整平成1：N4的逆坡，并充分压实。
2.2承载力检测
挡墙地基承载力主要根据重型动力触探锤击数N63.5要求检测，具体标准如表1。
表1碎石土的密实度
2.3模板安装
模板工程主要采用竹胶板+木方次楞+钢管背楞的加固方法。其中次楞间距20cm，主楞间距60cm，φ14的对拉螺栓以水平+斜拉的方式，每排水平间距45cm，竖向距离50cm，以确保模板的整体性及稳定性并防止混凝土浇筑过程中模板上浮。模板安装要保证对拉螺栓旋紧，尺寸准确，拼缝间使用海绵条密封以防跑浆，具体如下图：
图2模板安装内侧
图3模板安装外侧
其中关于模板承载力验算如下：
（1）基本参数
次楞间距（mm）：200；穿墙螺栓水平间距（mm）：600；
主楞间距（mm）：600；穿墙螺栓竖向间距（mm）：600；
对拉螺栓直径（mm）：M14；
（2）主楞信息
主楞材料：圆钢管；主楞合并根数：2；
直径（mm）：48.00；壁厚（mm）：3.00；
（3）次楞信息
次楞材料：木方；次楞合并根数：2；
宽度（mm）：60.00；高度（mm）：80.00；
（4）面板参数
面板类型：胶合面板；面板厚度（mm）：18.00；
面板弹性模量（N/mm2）：6000.00；面板抗弯强度设计值fc（N/mm2）：13.00；
面板抗剪强度设计值（N/mm2）：1.50；
（5）木方和钢楞
方木抗弯强度设计值fc（N/mm2）：13.00；方木弹性模量E（N/mm2）：9000.00；
方木抗剪强度设计值ft（N/mm2）：1.50；
钢楞弹性模量E（N/mm2）：206000.00；钢楞抗弯强度设计值fc（N/mm2）：205.00；
2.3.1墙模板荷载标准值计算
根据《施工手册》规定，浇筑混凝土时产生的最大侧压力，按公式①计算，并选用其中的最小值：
F=0.22γtβ1β2V1/2公式①
F=γH
其中γ--混凝土的重力密度，取24.000kN/m3；
t--新浇混凝土的初凝时间，取2.000h；
T--混凝土的入模温度，取20.0℃；
V--混凝土的浇筑速度，取2.500m/h；
H--模板计算高度，取3.000m；
β1--外加剂影响修正系数，取1.200；
β2--混凝土坍落度影响修正系数，取0.850。
分别计算得17.031kN/m2、72.000kN/m2，取较小值17.031kN/m2作为本工程计算荷载。
公式①中浇筑砼产生的侧压力标准值F1=17.031kN/m2；
浇筑混凝土时的标准荷载值F2=3kN/m2。
2.3.2墙模板面板的计算
模板为弯曲结构，需要验算模板的整体抗弯强度和刚度。根据《施工手册》规定，验算强度时需将浇筑砼产生的侧压力和倾倒砼时的荷载考虑进去；验算挠度只要将浇筑砼产生的侧压力考虑进去即可。计算支撑在次楞上的三跨连续梁如下。
（1）抗弯强度验算
弯矩计算公式②如下：
M=0.1q1l2+0.117q2l2公式②
其中，M--面板计算最大弯矩（N•mm）；
l--计算跨度（次楞间距）：l=200.0mm；
浇筑砼产生的侧压力设计值q1：1.2×17.031×0.600×0.9=11.036kN/m；
倾倒砼侧压力设计值q2：1.4×3.00×0.60×0.9=2.268kN/m；
其中按《施工手册》取“临时结构折减系数”为0.9。
面板的最大弯矩：M=0.1×11.036×200.02+0.117×2.268×200.02=5.48×104N•mm；
按公式③验算面板抗弯强度：
σ=M/W<f公式③
其中，σ--面板承受的应力（N/mm2）；
M--面板计算最大弯矩（N•mm）；
W--面板的截面抵抗矩：
W=bh2/6=600×18.0×18.0/6=3.24×104mm3；
f--面板截面的抗弯强度设计值（N/mm2）；f=13.000N/mm2；
则面板截面的最大应力值σ=M/W=5.48×104/3.24×104=1.7N/mm2＜[f]=13N/mm2，满足要求！
（2）抗剪强度验算
计算公式④如下：
V=0.6q1l+0.617q2l公式④
其中，V--面板计算最大剪力（N）；
l--计算跨度（次楞间距）：l=200.0mm；
浇筑砼产生的侧压力设计值q1：1.2×17.031×0.600×0.900=11.036kN/m；
倾倒混凝土侧压力设计值q2：1.4×3.00×0.60×0.90=2.268kN/m；
面板的最大剪力：V=0.6×11.036×200.0+0.617×2.268×200.0=1604.2N；
截面抗剪强度必须满足：
τ=3V/（2bhn）≤fv
其中，τ--面板截面的最大受剪应力（N/mm2）；
V--面板计算最大剪力（N）：V=1604.2N；
b--构件的截面宽度（mm）：b=600mm：
hn--面板厚度（mm）：hn=18.0mm：
fv--面板抗剪强度设计值（N/mm2）：fv=1.500N/mm2；
则面板截面的最大值：τ=3×1604.2/（2×600×18.0）=0.223N/mm2＜[fv]=1.500N/mm2，满足要求。
（3）挠度验算
验算刚度时按照标准荷载计算，且不考虑振动荷载。则挠度计算公式⑤如下：
ν=0.677ql4/（100EI）≤[ν]=l/250公式⑤
其中，q--作用在模板上的侧压力线荷载：q=17.03×0.6=10.219N/mm；
l--计算跨度（次楞间距）：l=200mm；
E--面板的弹性模量：E=6000N/mm2；
I--面板的截面惯性矩：I=60×1.8×1.8×1.8/12=29.16cm4；
面板的最大允许挠度值：[ν]=0.8mm；
面板的最大挠度计算值：ν=0.677×10.22×2004/（100×6000×2.92×105）=0.063mm；
面板的最大挠度计算值：ν=0.063mm≤[ν]=0.8mm，满足要求。
2.3.3穿墙螺栓的计算
计算公式⑤如下：
N<[N]=f×A公式⑤
其中N--穿墙螺栓所受的拉力；
A--穿墙螺栓有效面积（mm2）；
f--穿墙螺栓的抗拉强度设计值，取170N/mm2；
查表得：
穿墙螺栓的型号：M14：
穿墙螺栓有效直径：11.55mm；
穿墙螺栓有效面积：A=105mm2；
穿墙螺栓最大容许拉力值：[N]=1.70×105×1.05×10-4=17.85kN；
穿墙螺栓的拉力与计算出的主楞的支座反力相等，则穿墙螺栓的最大拉力：N=9.8kN。＜[N]=17.85kN，满足要求。
表2模板安装误差表
2.3混凝土工程
墙身与基础的连接面按施工缝进行凿毛处理，即：将松散的浮浆和混凝土剔除，并冲洗干净。
墙体结构浇筑后，需对砼洒水养护，时间不得少于7d。侧模可在常温下24h后拆除，拆除过程中要做好墙体结构的保护措施。
2.4模板的拆除
拆模时要按照“先松螺栓杆，后去下水平和竖直方向背楞，最后拆下模板”的顺序施工。不能硬撬模板接缝处，以防模板损坏。将拆下的模板、方木、脚手管等设施料码放在制定位置并摆放整齐。
2.5墙背回填
（1）在回填范围内腐殖土及树根等垃圾完全清理后方能回填墙背。
（2）通过试验确定回填土的性质、回填厚度以及夯实设备的类型和碾压遍数。压实度复核图纸要求后，再进行后续填料回填。
（3）完成墙背回填后，通过拉线来找平顶面：对于超过设计标高的部位，依线挖除；对于低于设计标高的部位，补土后夯实。整平完成后对回填标高、平整度及压实度做好隐蔽验收。
2.6沉降缝及泄水孔
沉降缝宽度设置为2cm（施工过程中，在每层墙体的沉降缝上安装2cm厚的浸制沥青木板），沿着墙的内侧、外侧和顶部三个方向将深15cm的沥青麻筋从墙顶填塞到基底。
泄水孔通过预埋ф10cm的PVC管来设置。施工前，设计好每段墙体的排水管排列，以保证墙体外侧的统一、美观。而在墙背回填时，既要保证泄水管孔口的通水性，又要保证其固土性。即：既要顺利排除水害，又要稳固填料，以防止渗水带走路基内的回填料，从而导致路基塌陷。由此，主要措施为：在孔口位置回填碎砾石，碎砾石外侧布设渗水土工布以防砾石间隙被细小泥土堵塞，同时，在最底层排水管孔口底部铺一层30cm厚的粘土并夯实，起到隔断反滤层顶部与下部的透水。
图4墙背回填示意图
3.质量控制措施
3.1基底质量控制
当挡土墙基底的荷载超过其承载力时，基底下沉，抗滑力减小，同时产生拉应力。沿着墙体向挡墙上部传递，导致其变形甚至开裂。当基础抗滑力小于滑动力时，墙体将随着一起基础向外滑动，导致墙体失稳甚至坍塌。
所以，要认真进行挡墙的基础处理。如开挖至设计标高后，地基承载力不符合要求，需换填砂砾垫层进行处理，以达到设计要求。换填示意图如下：
图5基底换填示意图
表3换填基础处理尺寸表
3.2模板质量控制
3.2.1斜率控制
高大衡重式挡土墙截面在不同点都有一个对应的特定尺寸，这就给施工控制造成了较大困难。加固模板时采用同一纵截面均整体量测斜率的方法控制，即：在已完成的垫层上标记下部模板点位，使用吊锤吊点来确定每层模板上部点位，以此来保证整段当时施工完成后的统一性。
3.2.2拼缝控制
通过在模板拼缝处粘贴双面密封条的方法防止跑浆。上层模板支设采取：分层施工，即：下层浇筑砼后，在初凝前预埋长度＞30cm的螺栓，在施工上层模板时，用下层预埋的上部螺栓穿入上层模板底部，以固定模板，依次向上加高。
图6预埋件示意图
3.3墙背回填控制
（1）回填碾压
墙背回填禁止使用水夯或一次性抛填到位，这种施工方式不仅无法满足压实要求，而且容易造成路基沉降。同时，由于土体抛填过程中产生的土压力远远大于压实后土体产生的土压力，可能出路基下沉、墙顶路面开裂甚至墙体垮塌的风险。
（2）回填料选择
要重点控制回填料的选择。如回填料为粘性土质，不仅压实度无法达到要求，而且积水浸泡后产生的膨胀力，会使挡墙应力集中或者薄弱位置出现裂缝甚至倒塌；如回填料为渗水土，只要封水层及隔水层没有达到预想功能要求，就不能及时有效的排出下渗水，水下渗入基础后，会使基础承载力降低，随即出现的基础下沉、滑移将引起墙体失稳。
由此，应尽量使用粗粒料回填墙背，避免回填料内出现粉土或软塑粘土等。同时，清除回填料内的树根及杂草，控制其含水量≤10%。
3.4排水设施控制
确保挡墙排水设施完善，顺畅的排水设施，能及时有效的减少积水给墙体带来的危害。所以，既要保证通畅、足量、有序排列的排水管设置，又要做好墙背的反滤层及最下方排水孔的隔水层，以防积水下渗危害基础。
3.4意见建议
为了对墙体的薄弱部位进行加固，可以将上墙与衡重台相交部分的折角浇筑成圆弧形，以防止应力过于集中，分散回填土的侧压力。具体如下图：
图7原挡墙示意图图8调整后挡墙示意图
4、结束语
由于在公路防护工程中已广泛使用衡重式挡墙结构，其质量问题更是公路建设中不可忽视的重要问题。所以，需要施工作业人员认真总结施工中的经验技术，消除施工过程中可能出现的隐患，保证路基稳定以及公路的畅通无阻。
参考文献：
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[3]陈仲颐+周景星+王洪瑾着.《土力学》：1994
[4]余昊泽.衡重式挡墙的应用和创新探索[J].科技创新与应用，2016（02）