市政道路高邊坡?lián)跬翂υO(shè)計(jì)分析

藍(lán)重桔

（廣西建工集團(tuán)第五建筑工程有限公司，廣西 柳州 545006）

0 引言

市政公用設(shè)施中城市道路高填方邊坡的擋土墻設(shè)計(jì)對(duì)其整體設(shè)計(jì)有至關(guān)重要的影響，也是其施工的主要內(nèi)容之一，同時(shí)與城市道路施工方法的采用和提高施工質(zhì)量等關(guān)系密切，應(yīng)結(jié)合市政道路施工實(shí)際，對(duì)高填方邊坡?lián)跬翂Φ脑O(shè)計(jì)進(jìn)行全面了解，并制定有針對(duì)性的解決措施，保證市政道路中高填方邊坡?lián)跬翂Φ脑O(shè)計(jì)能滿足項(xiàng)目實(shí)際需求，提高高填方邊坡?lián)跬翂υO(shè)計(jì)質(zhì)量，為高填方邊坡?lián)跬翂Φ脑O(shè)計(jì)提供有力支持，解決高填方邊坡?lián)跬翂υO(shè)計(jì)中存在的不足和施工技術(shù)不達(dá)標(biāo)等問題。

1 城市道路高路堤邊坡類型

在高路堤邊坡?lián)跬翂υO(shè)計(jì)中，高路堤邊坡形式和坡率對(duì)擋土墻的設(shè)計(jì)有非常重要的影響。路堤邊坡的類型分為直線形、折線形、階梯形及分級(jí)式等，如圖1所示，具體設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)結(jié)合路基回填土層的地質(zhì)情況和邊坡實(shí)際穩(wěn)定情況進(jìn)行選擇，應(yīng)當(dāng)根據(jù)道路具體占地情況、邊坡高度、工程地質(zhì)條件、填料的物理特性和道路所處的地理位置進(jìn)行選擇，在邊坡形式選擇設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)邊坡實(shí)際穩(wěn)定情況和邊坡土質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行選擇，因此，合理選擇邊坡形式是滿足市政道路基礎(chǔ)使用要求的重要因素。

圖1 路堤回填土方邊坡形式

在高填方邊坡設(shè)計(jì)中，除要合理選擇邊坡形式外，還要對(duì)邊坡的坡度進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。邊坡坡度需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)基本情況、地質(zhì)情況、邊坡高度和道路所在地區(qū)的地理位置、氣候條件等進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1）若道路地質(zhì)情況良好且道路的路堤邊坡高度≤20m時(shí)，路堤邊坡坡率設(shè)計(jì)應(yīng)按JTG D30—2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》中表3.3.5的規(guī)定值進(jìn)行設(shè)計(jì)，其規(guī)定值如表1所示。

表1 路堤邊坡坡率

2）當(dāng)路堤邊坡坡高＞20m時(shí)，邊坡宜采用階梯形，邊坡坡率應(yīng)按照規(guī)范《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.6節(jié)的有關(guān)規(guī)定，由穩(wěn)定性分析計(jì)算確定，并進(jìn)行工點(diǎn)設(shè)計(jì)。

3）當(dāng)城市道路的路堤是浸水路堤時(shí)，路堤的邊坡在設(shè)計(jì)水位線以下的坡率不宜大于1∶1.75。

2 市政道路擋土墻設(shè)計(jì)

在高填方邊坡支擋加固構(gòu)筑物中，擋土墻是經(jīng)濟(jì)性較好的支擋結(jié)構(gòu)。擋土墻是為防止路基填土、山坡土體變形失穩(wěn)等情況而修筑的支擋結(jié)構(gòu)物，其主要承受側(cè)向土壓力，即主動(dòng)土壓力。在擋土墻設(shè)計(jì)和建設(shè)中，需根據(jù)實(shí)際情況選用合適的擋土墻類型，同時(shí)要保證擋土墻類型和擋土墻材質(zhì)能滿足實(shí)際需求。在進(jìn)行擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合適的擋土墻類型是關(guān)鍵。擋土墻類型應(yīng)當(dāng)根據(jù)以下7個(gè)方面進(jìn)行選擇：①路基填土、山坡土體等的穩(wěn)定情況、平衡條件；②作用荷載大小及方向；③所處位置的地形、地質(zhì)狀況；④水流沖刷深度和擋土墻基礎(chǔ)埋置深度；⑤基底地基承載力特征值和不均勻沉降；⑥與其他構(gòu)筑物銜接是否得當(dāng)；⑦擋土墻施工難易程度、造價(jià)高低及與環(huán)境是否協(xié)調(diào)等。擋土墻的類型在綜合比較確定后，根據(jù)其構(gòu)造要求擬定基本尺寸，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算。

2.1 擋土墻類型與特點(diǎn)

城市道路在設(shè)計(jì)過程中，或多或少會(huì)因用地、拆遷、文物保護(hù)等因素限制而使高填方邊坡需收縮坡腳，若道路地質(zhì)條件及路堤邊坡回填土土質(zhì)良好，可采用將邊坡坡率放得較陡的方式收縮坡腳；但若是為加強(qiáng)路基邊坡穩(wěn)定性，且需采取措施增加路基邊坡抗滑力時(shí)，就應(yīng)當(dāng)設(shè)置邊坡支擋結(jié)構(gòu)物——擋土墻。擋土墻有重力式、半重力式、衡重式、懸臂式、扶壁式、樁板式、錨桿式、錨定板式、加筋土、抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索、短卸荷板式、土釘墻、排樁式、地下連續(xù)墻、水泥土墻等類型。

常用擋土墻類型特點(diǎn)如下：①重力式及重力式衍生擋土墻的受力特點(diǎn)為通過自身重力與地基土體形成體系抵抗墻后土體產(chǎn)生的主動(dòng)土壓力，其結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，且易取材，便于施工等特點(diǎn)，使其在地質(zhì)條件良好區(qū)域應(yīng)用廣泛（見表2）；②在石料缺乏且地基承載力較低地區(qū)，通常采用懸臂式、扶壁式擋土墻；③當(dāng)路堤擋土高度≤5m時(shí)，一般考慮懸臂式擋土墻；④當(dāng)路堤擋土高度＞5m且≤15m時(shí)，一般考慮扶壁式擋土墻；⑤在大型填土工程中，一般采用加筋土式和錨定板式擋土墻；⑥在巖質(zhì)土層邊坡加固工程中，一般采用錨桿式和預(yù)應(yīng)力錨索等支擋結(jié)構(gòu)；⑦在需要抵抗滑坡等特殊路基支擋工程中，應(yīng)采用抗滑樁和樁板式擋土墻。

表2 重力式、半重力式擋土墻適用范圍

2.2 高填方邊坡?lián)跬翂υO(shè)計(jì)要點(diǎn)

當(dāng)市政道路高填方邊坡因用地、拆遷、文物保護(hù)等因素限制而使高填方邊坡需收縮坡腳，或?yàn)榇_保路基邊坡穩(wěn)定性滿足使用要求等均需修建擋土墻做支擋加固。對(duì)于高填方路堤而言，宜采用扶壁式、加筋土式和錨定板式擋土墻，既能保證路基邊坡穩(wěn)定，又能適應(yīng)低地基承載力基礎(chǔ)。因高填方路堤土體產(chǎn)生的側(cè)向壓力大，且影響邊坡不穩(wěn)定因素多，故其擋土墻設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮全面，注意處理好與之銜接的結(jié)構(gòu)物的過渡段，同時(shí)要考慮對(duì)其美化。

3 案例分析

3.1 項(xiàng)目概況

三江縣某小學(xué)項(xiàng)目道路工程共包含4條道路，分別英文字母代替道路名稱，從A到D順序排列。本項(xiàng)目路網(wǎng)道路總長(zhǎng)1 319.9m，道路紅線寬度分別為4，5，7m。橫斷面為單塊板形式，4m橫斷面為單車道設(shè)計(jì)，5m和7m橫斷面為雙向單車道設(shè)計(jì)。道路總面積7 797.3m2。本項(xiàng)目設(shè)置重力式擋土墻和扶壁式擋土墻，擋墻總長(zhǎng)度為641.4m?，F(xiàn)以C道路樁號(hào)CK0+145.000—CK0+212.162段擋土墻設(shè)計(jì)為例，該段擋土墻位于運(yùn)動(dòng)場(chǎng)與籃球場(chǎng)之間的C道路左側(cè)，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)場(chǎng)地標(biāo)高為205.000m，籃球場(chǎng)場(chǎng)地標(biāo)高為214.700m，兩場(chǎng)地高差為9.7m。此段道路路面標(biāo)高為212.000～214.300m，道路寬度為7m，受用地紅線限制，此段道路不具備放坡條件，需收縮坡腳，因此需在C道路靠近運(yùn)動(dòng)場(chǎng)一側(cè)的路肩處設(shè)計(jì)擋土墻。

3.2 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

本項(xiàng)目道路填挖方段均涉及高大擋土墻設(shè)計(jì)，高大擋土墻危險(xiǎn)系數(shù)高，施工技術(shù)要求、地基承載力及對(duì)墻后土體排水要求高，設(shè)計(jì)時(shí)需針對(duì)上述要求做好優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保擋土墻安全可靠。

3.3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

此段道路樁號(hào)CK0+145.000—CK0+168.000段為挖方段，擋土高度為7.0～8.5m；樁號(hào)CK0+168—CK0+212.162段為填方段，擋土高度為8.5～9.3m。擋土墻位置處地質(zhì)為粉質(zhì)黏土②（Q3el），為褐黃色，可～硬塑狀，黏性較好，干強(qiáng)度、韌性中等，土質(zhì)不均勻，含少量砂礫，干強(qiáng)度中等，韌性中等，切面粗糙，地基承載力特征值為200kPa，基底摩擦系數(shù)滋=0.4，地基土摩擦系數(shù)f=0.5。根據(jù)GB 18306—2015《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》，本項(xiàng)目所在區(qū)域地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期均為0.35s，地震基本烈度為6度。本工程計(jì)算不考慮地震作用，只采取抗震構(gòu)造措施。墻后填土擬定采用砂性土，內(nèi)摩擦角漬=35°，容重為18kN/m3。因此，初擬定樁號(hào)CK0+145.000—CK0+168.000段擬建為仰斜式擋土墻，樁號(hào)CK0+168.000—CK0+212.162段采用扶壁式擋土墻?，F(xiàn)以扶壁式擋土墻設(shè)計(jì)為例，初擬定基礎(chǔ)埋深為1.8m，故擋土墻墻高為10.3～11.1m。根據(jù)此擋墻為路肩墻的特性，且扶壁式擋土墻墻背坡率為0，以及墻后填土的特性，預(yù)計(jì)算出其主動(dòng)土壓力為590kN。根據(jù)扶壁式擋土墻墻身尺寸構(gòu)造要求，擬定其尺寸為：墻頂寬為0.6m，墻趾懸挑長(zhǎng)2.5m，墻踵懸挑長(zhǎng)4.5m，底板高1.3m，墻趾端部高1.0m，扶肋間距為3.0m，扶肋板厚為0.5m，扶壁兩端墻面板懸挑長(zhǎng)度為1.025m。根據(jù)初擬定的擋土墻尺寸、墻后回填材料等，采用理正巖土計(jì)算6.5版軟件進(jìn)行驗(yàn)算。

在設(shè)計(jì)驗(yàn)算過程中可能會(huì)出現(xiàn)以下情況：①出現(xiàn)抗滑動(dòng)穩(wěn)定性不滿足要求時(shí)，可通過設(shè)計(jì)防滑凸榫增加抗滑力，防滑凸榫應(yīng)滿足構(gòu)造要求，且應(yīng)根據(jù)凸榫材料性能的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改后驗(yàn)算；②前趾板、后踵板基礎(chǔ)底面壓應(yīng)力不滿足要求時(shí)，可根據(jù)情況對(duì)前趾板或后踵板的懸挑長(zhǎng)度進(jìn)行加長(zhǎng)設(shè)計(jì)，若出現(xiàn)后踵板懸挑長(zhǎng)度加長(zhǎng)后，墻后主動(dòng)土壓力增加比底面壓應(yīng)力減小快的情況，可采取只加長(zhǎng)前趾板的懸挑長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，但也可能出現(xiàn)前趾板加長(zhǎng)設(shè)計(jì)后基礎(chǔ)底面壓應(yīng)力嚴(yán)重不滿足要求，此時(shí)應(yīng)考慮更換墻后回填材料，采用比擬定材料更好的回填材料；③若出現(xiàn)前趾板、后踵板、墻面板、肋板的裂縫寬度計(jì)算不滿足要求的情況時(shí)，應(yīng)采用增加鋼筋根數(shù)或更換更大直徑鋼筋的措施增加受拉鋼筋的有效配筋率，減小裂縫寬度，直至滿足設(shè)計(jì)要求；④當(dāng)整體穩(wěn)定驗(yàn)算出現(xiàn)永遠(yuǎn)不滿足要求時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行路基穩(wěn)定性分析計(jì)算，然后對(duì)路基進(jìn)行處理，滿足使用要求后，再進(jìn)行擋土墻設(shè)計(jì)。這些均根據(jù)設(shè)計(jì)過程中遇到的問題及項(xiàng)目特點(diǎn)等實(shí)際情況解決。在設(shè)計(jì)過程中遇到的問題因工程項(xiàng)目實(shí)際情況而異，但均可采取措施、技術(shù)等解決。

如圖2，3所示，扶壁式擋土墻與仰斜式擋土墻銜接處若處理不當(dāng)，則會(huì)出現(xiàn)因接縫處土體外露不安全，同時(shí)也不美觀。故需在扶壁式與仰斜式擋土墻的銜接處通過設(shè)計(jì)一段面坡由0過渡到與仰斜式擋土墻面坡一致的重力式擋土墻進(jìn)行銜接，其銜接長(zhǎng)度應(yīng)通過計(jì)算確定。

圖2 扶壁式擋土墻

圖3 仰斜式擋土墻

通過本項(xiàng)目對(duì)擋土墻設(shè)計(jì)進(jìn)行歸納終結(jié)，即：①擋土墻受力特點(diǎn)與其結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，與墻身材料無關(guān)；②墻身重力因材料不同而不同，同材料重心位置可通過查詢面域或質(zhì)量特性查得，也可通過計(jì)算求得；③墻后回填材料性質(zhì)、墻背粗糙程度、排水條件、墻背與豎直面的夾角、填土表面與水平面的夾角以及墻后破壞棱體上的作用附加荷載等因素對(duì)主動(dòng)土壓力影響較大，在設(shè)計(jì)過程中，同種環(huán)境情況下可通過改變某些因素（如擋土墻形式）減小主動(dòng)土壓力，墻趾高寬比應(yīng)滿足剛性角要求，以最大程度上節(jié)省材料，進(jìn)而優(yōu)化擋土墻設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語

在市政道路工程中，擋土墻要根據(jù)路基邊坡、擋土墻位置處地基地質(zhì)、水文及環(huán)境條件等進(jìn)行設(shè)計(jì)，既要根據(jù)道路的施工特點(diǎn)進(jìn)行合理選擇，又要根據(jù)道路的需求予以優(yōu)化，使擋土墻的設(shè)計(jì)既能滿足施工便利要求，又能滿足實(shí)際使用要求，保證擋土墻在設(shè)計(jì)中能滿足科學(xué)性和功能性要求，提高擋土墻設(shè)計(jì)質(zhì)量。因此，在市政道路工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)對(duì)擋土墻的設(shè)計(jì)引起足夠重視，根據(jù)擋土墻特點(diǎn)和道路支護(hù)及邊坡要求做好擋土墻設(shè)計(jì)。