[12-11 17:01:08] 来源：http://www.tmgc8.com 工程设计 阅读：3956次
摘要：挡土墙是指支承路基填土或山坡土体、防止填土或土体变形失稳的构造物。根据挡土墙稳定的机理不同，挡土墙又有很多形式，主要有重力式挡土墙、衡重式挡土墙、薄壁式挡土墙、锚碇板式挡土墙、加筋土挡土墙等。针对挡土墙病害和破坏形式主要有:滑移、倾覆、墙身开裂等,并且主要考虑一级或单级挡墙的破坏。公路衡重式挡土墙开始出现。那么在公路衡重式挡土墙的设计过程中，要怎样对它进行优化呢。本文进行了分点论述。
关键词： 衡重式 挡土墙 优化设计
在基础土方的施工过程中，由于土本身自重和土的特性以及土壤的类别等会导致出现各种情况，比如土方坍塌或者流沙、淤泥等情况出现。为了保证施工过程的安全性和连续性，保证施工质量。在施工中防止意外塌方等情况的出现，在施工过程中如果超过了某一个挖掘深度，或者出现了某些特定的情况，比如紧邻原有建筑物基础新建楼房等，或者施工过程中出现了淤泥流沙等不利于施工的环境，都需要针对性的使用放坡、砌筑挡土墙、锚拉、挡土板支护等各种方式进行加固施工，目的就是为了保证施工安全和施工质量。
在现代公路的修建过程中，针对公路衡重式挡土墙常规设计存在的诸种不合理现象,并结合已有挡土墙优化设计方法的缺陷,为了使得工程应用得到更好的效果，应当要对挡土墙的设计进行优化。
在公路建设过程中,为尽量少占耕地或保证公路两侧边坡的稳定安全,往往采用各种形式的挡土结构,如:路肩墙、路堤墙、路堑墙等。其中,衡重式挡土墙因其衡重台可使墙身重心后移、墙底应力趋于平衡,从而可提高挡土高度、增强墙体稳定性;且仰斜式下墙不仅受力合理、还可减少开挖与回填量,故其在公路工程中得到广泛应用。
一、 目前挡土墙优化设计概述
随着目前我国公路特别是山区公路建设的迅速发展,衡重式挡土墙的应用数量、占用投资比例也日益增大,使得其优化设计具有重要的工程实际意义及潜在的巨大经济效益,若每延米挡土墙建设能节约投资上百元,则总的经济效益就可能达成千上万。然而,衡重式挡土墙的计算即使按设计手册计算也非常复杂,而常规的设计是通过套用设计图集并加以修改后实现,但工程实际中地质情况等千变万化,套用图集显然难与实际吻合,于是多采用折衷的方法对断面尺寸予以调整;对于软土地基,往往还受地基承载力的约束,不仅计算复杂,且难以保证准确度,有时甚至无法实现而只有加大工程投资进行处理,使工程投资极具人为性。更重要的是,衡重式挡土墙设计计算的复杂性也导致了其优化设计的难度。通常,衡重式挡土墙的优化设计属于复杂的约束非线性问题,相关研究目前仍处于探索阶段,无论是理论分析还是工程实际应用均鲜有成果报道。已有的一些优化辅助设计程序多局限于土压力及重力式挡土墙的计算,其采用的优化方法,如:复合形法、共轭梯度法、迭代法、罚函数法等,大多只是半优化方法,且容易陷入局部最优解;而由美国M ichigan大学的JohnHo lland教授提出的遗传算法是一种全局优化算法,其通过采用群体搜索技术、借鉴生物界自然选择和进化机制规律,逐步“进化”到所求问题全局最优解。
二、 进行加筋工程
在工程实践中，为了要使得衡重式的挡土墙更加利于工程进行，我们可以用松散的砂土堆成具有天然休止角的砂堆，粘性土体可开挖出一定高度的垂直坡面。如果在砂土中分层埋设水平向的加筋材料，则这种由砂土和加筋材料形成的筋土复合体就可保持一定的高度和直立状态而不塌成斜坡，它与粘性土体相类似。这表明砂土加筋后所形成的复合体的力学性能和稳定性比未加筋前有所改善和提高。
加筋了以后，墙体由于受土体的推力产生破坏时，依据朗金理论，沿主动破裂面BC将墙体分为主动区和稳定区。下滑土棱体自重产生的水平推力对每一层拉筋形成拉力，欲将拉筋从土中拔出，而稳定区土体与筋带的摩擦阻力阻止拉筋被拔出。如果每一层拉筋与土体的摩擦阻力均能抵抗相应的土推力，财整个墙体就不会出现滑动面，加筋土体的内部稳定，就有保证。
三、利用土木格栅进行优化
土工格栅是用聚丙烯、聚氯乙烯等高分子聚合物经热塑或模压而成的二维网格状或具有一定高度的三维立体网格屏栅,当作为土木工程使用时,称为土工格栅。www.tmgc8.com
土工格栅是一种主要的土工合成材料，与其他土工合成材料相比，它具有独特的性能与功效。土工格栅常用作加筋土结构的筋材或复合材料的筋材等。土工格栅分为塑料土工格栅、钢塑土工格栅、玻璃纤维土工格栅和玻纤聚酯土工格栅四大类。它能够对挡土墙有一个加固的作用。
土木格栅有单向和双向之分。双向土工格栅是用高分子聚合物通过挤压、成板、冲孔过程后再纵向、横向拉伸而成。该材料在纵向和横向上都具有很大的拉伸强度，这种结构在土壤中同样也能提供一个更为有效的力的承担和扩散的理想的连锁系统。单向土工格栅是由高分子聚合物经挤出压成薄板再冲规则孔网,然后纵向拉伸而成.这种过程中使高分子成定向线性状态并形成分布均匀、节点强度高的长椭圆形网状整体性结构。适应各种土壤, 是目前广为采用的加筋加固材料。
四、建立优化模型
因衡重式挡土墙的优化设计不仅需满足墙身强度、稳定性、地基强度与稳定性等诸多约束条件,且相应的约束函数其待求的目标函数中多为非线性函数,故其优化设计为典型的约束非线性优化问题,其一般形式可描述为:通过对挡土墙失稳过程的观察,认为挡土墙相位移变化主要为以下几种现象:
(1)墙顶位移较大,约20cm,墙脚几乎为零;
(2)墙后填土挖去4m左右时挡土墙相对位移由10cm减小到1cm;
(3)施加锚索后,在天然条件下,第一级挡土墙达到基本稳定状态。
综合分析以上情况,可以看出:
(1)挡土墙的失稳破坏属于主动土压力(包括水压)导致的倾覆破坏;
(2)未发生整体滑动破坏或墙体水平滑移破坏,墙体地基承载力基本没问题,并未明显发现墙体、墙趾及墙踵的结构性断裂破坏;
(3)在无雨水的天然状态下,挡土墙是基本稳定的,其失稳是在雨水(尤其是大雨、暴雨)作用下才发生的;
(4)在两级挡土墙之间隙排水未经人工加工呈畅通之前,第二级挡土墙对第一级挡土墙的稳定性并无正面作用,还有一定负面影响,使挡土墙的排水性更差;使得侧压力更加集中在距离墙脚5m处,使作用点提高了,即加大了倾覆力矩。但是,当两级挡土墙之间隙排水经人工加工畅通之后,将大大减小暴雨形成墙后地下水对墙背产生的静水压力。
结论：
随着经济的发展，公路的修建工程越来越频繁。在现代公路的修建过程中，挡土墙病害和破坏形式主要有:滑移、倾覆、墙身开裂等,并且主要考虑一级或单级挡墙的破坏。公路衡重式挡土墙开始出现。针对公路衡重式挡土墙常规设计存在的诸种不合理现象,并结合已有挡土墙优化设计方法的缺陷,为了使得工程应用得到更好的效果，也为了能够使得公路工程得到更大的经济效益。应当要对挡土墙的设计进行优化。
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