擋墻工程在某山區(qū)高速公路中的應(yīng)用

任亞鵬

（北京國(guó)道通公路設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，北京 100073）

0 引言

擋土墻是支撐路基填土或山坡土體、防止填土或土體變形失穩(wěn)，承受土體側(cè)壓力的墻式構(gòu)造物。擋墻工程常應(yīng)用于山區(qū)高速之中，可有效節(jié)約用地，減少拆遷，避免大量填、挖土方，對(duì)沿河位置可保護(hù)路基防沖刷，對(duì)于填方陡坡、挖方滑塌地段，可有效提高邊坡穩(wěn)定性。本文以北京某高速公路為例，深入剖析了擋墻工程在該工程中的應(yīng)用。

1 工程概況

1.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及工程規(guī)模

某新線高速公路（西六環(huán)路—市界段）工程設(shè)計(jì)起點(diǎn)為西六環(huán)路軍莊立交，向西經(jīng)軍莊鎮(zhèn)、龍泉鎮(zhèn)、妙峰山鎮(zhèn)、王平鎮(zhèn)、雁翅鎮(zhèn)、齋堂鎮(zhèn)、清水鎮(zhèn)，終點(diǎn)至市界與河北張涿高速公路相接，全長(zhǎng)約65km。道路等級(jí)為高速公路，設(shè)計(jì)速度為80km/h，雙向6/4車道，路基寬度為33/28.5m。全線設(shè)置5座互通式立交，橋梁34座、合計(jì)23km，隧道15處、合計(jì)34km，涵洞48座，橋隧比高達(dá)90%。

1.2 沿線地質(zhì)條件

門頭溝區(qū)地處蒙古高原向華北平原過(guò)渡地帶，境內(nèi)98.5%為山地，平原面積僅占1.5%，海拔1 500m左右的山峰160余座。線路穿越區(qū)域的整體地貌類型屬山地地貌，沿線地形地貌復(fù)雜，水系發(fā)育（清水河、齋堂水庫(kù)）。根據(jù)絕對(duì)高度和相對(duì)高度可進(jìn)一步劃分為中山區(qū)、低山-丘陵區(qū)及山間溝谷流水侵蝕堆積地貌，在山間河谷兩岸一般都有發(fā)育數(shù)級(jí)階地。

填方擋墻地基主要為河灘地、林地、農(nóng)田、山體坡腳等位置，局部地基承載力較低。沿線的特殊性巖土主要包括人工填土、濕陷性土、風(fēng)化巖、殘坡積土及永定河河道形成的卵漂石地層等。

挖方路塹墻地基主要為山體開(kāi)挖坡腳土基。整體淺表層巖體受風(fēng)化作用及地質(zhì)構(gòu)造影響節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎。

2 不同結(jié)構(gòu)形式擋墻對(duì)比

2.1 擋墻考慮因素

案例高速公路路基段多在山谷半坡位置布線，路基斷面一側(cè)為開(kāi)挖邊坡，另一側(cè)靠近清水河河道。擋墻主要考慮如下幾方面因素：①擋墻結(jié)構(gòu)可靠性、使用耐久性；②擋墻透水性、抗沖刷特性；③擋墻外觀、生態(tài)綠化需求；④擋墻工程投資。

2.2 擋墻自身特點(diǎn)對(duì)比

2.2.1 結(jié)構(gòu)可靠性、使用耐久性

（1）片石混凝土擋墻：利用擋墻自重平衡土壓力；自身為圬工結(jié)構(gòu)，使用年限長(zhǎng)，工程應(yīng)用多，技術(shù)成熟。

（2）加筋格賓擋墻：主要依靠格賓網(wǎng)內(nèi)片塊石重力及加筋土摩擦力保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；格賓網(wǎng)采用鍍鋅覆高耐磨有機(jī)涂層防腐；網(wǎng)箱內(nèi)填充石料，面墻后鋪設(shè)聚酯長(zhǎng)纖無(wú)紡布。

（3）坦薩加筋擋墻：主要依靠土體和格柵之間的摩擦力和咬合作用。

2.2.2 透水性、抗沖刷特性

（1）片石混凝土擋墻：圬工結(jié)構(gòu)較厚，有效減少填料和水流接觸；可加大基礎(chǔ)埋深，并設(shè)置防沖刷護(hù)坦；墻后采用透水性材料，并加密泄水孔。

（2）加筋格賓擋墻：頂部硬化包封截水；背部設(shè)置三維聚丙烯排水墊，結(jié)合碎石排水層并將其排出至墻體外；面板格賓石籠本身具備透水、防沖刷特性。

（3）坦薩加筋擋墻：主要依靠面板防沖刷，依靠面板縫隙排水。

2.2.3 擋墻外觀效果、生態(tài)綠化需求

（1）片石混凝土擋墻：圬工結(jié)構(gòu)，綠化景觀性差。

（2）加筋格賓擋墻：格賓石籠景觀效果較差；石籠橫向臺(tái)階處可進(jìn)行綠化種植。

（3）坦薩加筋擋墻：擋墻外觀效果好，可選擇多種裝飾面板營(yíng)造不同效果。

2.2.4 工程投資對(duì)比

（1）片石混凝土擋墻：按均高9m考慮，造價(jià)較高，每延米1.8萬(wàn)。

（2）加筋格賓擋墻：按均高9m考慮，造價(jià)較低，每延米約1.0萬(wàn)。

（3）坦薩加筋擋墻：按均高9m考慮，造價(jià)較低，每延米約0.8萬(wàn)。

2.3 擋墻優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析

（1）片石混凝土擋墻

優(yōu)點(diǎn)：工程應(yīng)用較多，技術(shù)成熟；穩(wěn)定性及抗沖刷能力較好。

缺點(diǎn)：基底承載力要求較高；造價(jià)較高，每延米1.8萬(wàn)，每立方847元。

（2）加筋格賓擋墻：

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)透水性及防沖刷能力較強(qiáng)；對(duì)基底承載力要求較低；造價(jià)較低，每延米約1.0萬(wàn)。

缺點(diǎn)：石籠外漏，景觀效果較差。

（3）坦薩加筋擋墻

優(yōu)點(diǎn)：景觀效果好，裝飾面板造型多；對(duì)基底承載力要求較低；造價(jià)較低，每延米約1.0萬(wàn)。

缺點(diǎn)：防沖刷能力較差。

2.4 擋墻形式選擇

考慮到案例高速公路位于門頭溝山區(qū)，地質(zhì)條件較差，路側(cè)沿清水河，考慮到高速作為永久工程，結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定、抗沖刷是其首要考慮因素。片石混凝土結(jié)構(gòu)擋墻，在這幾方面優(yōu)勢(shì)較大；加筋格賓擋墻石籠片石外露，景觀效果較差，石籠之間結(jié)構(gòu)連接穩(wěn)定性較差；坦薩加筋擋墻，主要依靠填土與筋條之間摩阻力保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而山區(qū)地質(zhì)條件較差，加筋擋墻后期易變形失穩(wěn)。綜上，案例高速公路擋墻形式采用片石混凝土擋墻。

3 擋墻設(shè)計(jì)過(guò)程中的重難點(diǎn)

3.1 地基承載力不足

本項(xiàng)目局部擋墻地基位于農(nóng)田、果園、河灘地等地基承載較低的位置。地表土以粉土素填土為主（局部雜填土），土質(zhì)松軟，工程性質(zhì)較差。

其中一處擋墻工點(diǎn)，填方邊坡高12m，受外側(cè)占地限制，需設(shè)置擋墻收坡。邊坡形式為放坡3m后設(shè)置路堤墻，地面以上墻高9m，擋墻全高11m，采用片石混凝土擋墻，地基承載力要求350kPa。

該位置地質(zhì)條件：第一層：粉土素填土①-3層，黃褐色，稍密，稍濕，以粉土為主，含少量碎石和植物根系，厚度1.4~2.7m，地基承載力90kPa。第二層：粉土②-2層：黃褐色，稍密~中密，稍濕，土質(zhì)較均勻，厚度1.2~10m，地基承載力120kPa。第三層：角礫③-6層：雜色，中密~密實(shí)，飽和，呈棱角狀，一般粒徑1~2cm，最大粒徑不小于10cm，母巖以砂巖和安山巖為主，角礫含量不小于55%，充填中砂、粗砂和黏性土，厚度5.2~7m，地基承載力200kPa。

因?yàn)楝F(xiàn)狀地基土層地質(zhì)條件較差，地基承載力在100kPa左右，而高擋墻要求承載力需達(dá)到350kPa，常規(guī)換填級(jí)配碎石方案換填深度超過(guò)3m，地基開(kāi)挖面較大，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性較差，換填方案已不能滿足設(shè)計(jì)要求，故提出兩種設(shè)計(jì)方案，以針對(duì)地基承載力較低位置擋墻及邊坡處治措施。

方案一：擴(kuò)展基礎(chǔ)片石混凝土擋墻。通過(guò)加寬擋墻基礎(chǔ)，設(shè)置仰斜墻背等方式，提供較大面積的基底承載面，以減少地基承載力要求值，同時(shí)為防止墻趾斷裂，墻趾需進(jìn)行配筋加固。通過(guò)上述措施，最終11m高擴(kuò)展基礎(chǔ)擋墻地基承載力要求值降低為180kPa。

方案二：加筋土邊坡。因?yàn)閾鯄こ虒?duì)地基承載力要求較高，而邊坡工程在做好地基壓實(shí)后對(duì)地基承載力要求相對(duì)較低，另外，常規(guī)1∶1.5邊坡會(huì)影響占地外構(gòu)筑物，因此采用1∶0.75坡率的加筋土邊坡方案。實(shí)施過(guò)程中，首先清除表層素填土，回填碎石土并壓實(shí)，坡腳位置設(shè)置毛石混凝土基礎(chǔ)護(hù)腳，路堤底部全寬范圍做50cm級(jí)配碎石排水層。

3.2 沿河擋墻設(shè)計(jì)

案例高速公路局部位置道路一側(cè)臨清水河，在雨季河道匯水較大時(shí)，部分路段河道匯水會(huì)對(duì)路基造成沖刷。因此，在擋墻設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮沿河擋墻設(shè)計(jì)因素。

沿河路基采用片石混凝土擋墻形式，減小河道沖刷對(duì)路基影響，增強(qiáng)災(zāi)害防御能力，具體措施如下：①加大基礎(chǔ)埋深；②墻腳設(shè)置混凝土護(hù)坦及鋼筋石籠防沖刷；③墻背填筑透水性填料；④加密擋墻泄水孔。同時(shí)在擋墻施工過(guò)程中，為防止基坑開(kāi)挖后表面水或地下水溢入，可設(shè)置鋼板樁圍堰。

3.3 路塹墻設(shè)計(jì)

挖方路塹墻主要應(yīng)用在隧道洞口及高邊坡第一級(jí)邊坡位置，從功能上分為重力式挖方路塹墻及護(hù)面墻。重力式路塹墻主要起到收坡、保證邊坡穩(wěn)定等作用；護(hù)面墻主要應(yīng)用在坡面破碎，但整體穩(wěn)定的中風(fēng)化、弱風(fēng)化的巖質(zhì)邊坡，起到護(hù)面、防止坡面巖土碎落的作用。

重力式路塹墻設(shè)計(jì)過(guò)程中，不可僅僅單獨(dú)計(jì)算擋墻，尤其在高路塹墻、高挖方邊坡同時(shí)存在時(shí)，應(yīng)整體考慮邊坡穩(wěn)定性。

護(hù)面墻在設(shè)計(jì)過(guò)程中，僅提供護(hù)面作用，不宜作為重力式擋墻考慮，在進(jìn)行高邊坡穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，第一級(jí)邊坡應(yīng)按自然邊坡考慮。

工點(diǎn)一：該邊坡覆蓋層較厚，以粉土、碎石土層為主，下部基巖以強(qiáng)風(fēng)化砂巖為主。邊坡若采用完全放坡，按1∶1~1∶1.5坡率分級(jí)開(kāi)挖，分級(jí)高度為10m，會(huì)產(chǎn)生四級(jí)邊坡，邊坡開(kāi)挖面過(guò)大，因此，邊坡第一級(jí)需設(shè)置重力式路塹擋墻，面坡坡率為1∶0.25，擋墻上共2級(jí)邊坡。

工點(diǎn)二：該邊坡以強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖為主，黏聚力c=35kPa，摩擦角φ=30°，坡面局部破損，但整體具備自穩(wěn)能力，可采用護(hù)面墻方案。

3.4 涵洞橫穿路堤擋墻設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目局部填方路堤擋墻設(shè)置在沖溝下游位置，該位置往往設(shè)置涵洞或通道進(jìn)行過(guò)水或行人。涵洞與擋墻存在交叉工程，涵洞需橫穿擋墻。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，涵洞頂部需預(yù)留連接鋼筋，保證涵洞頂部擋墻與涵洞存在整體性，鋼筋形式包括豎向鋼筋和橫向箍筋，縱橫間距不小于30cm，配筋與原涵洞配筋位置存在沖突時(shí)，連接鋼筋需進(jìn)行位置調(diào)整。在施工過(guò)程中，涵洞與擋墻在現(xiàn)澆時(shí)，宜同時(shí)施工，涵洞兩側(cè)及頂部混凝土需與擋墻同步施工，涵洞兩側(cè)擋墻位置不宜設(shè)置伸縮縫，保證兩者的整體性。

3.5 橋區(qū)邊坡路塹墻設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目部分橋梁外側(cè)緊鄰?fù)诜竭吰?，挖方高度較大，需設(shè)置擋墻進(jìn)行收坡。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，擋墻基礎(chǔ)埋深需從橋梁蓋梁底部算起，不可從橋面頂處地面高程算起，擋墻基礎(chǔ)需埋設(shè)在蓋梁底部1.5m以下，施工時(shí)蓋梁底部至橋面位置的三角空間范圍內(nèi)需回填級(jí)配碎石，同時(shí)需考慮排水條件。

3.6 理正軟件在擋墻設(shè)計(jì)中的計(jì)算要點(diǎn)

（1）擋墻及邊坡線需保證和實(shí)際一致，尤其墻底傾斜坡率、墻趾墻踵尺寸、自然地面橫坡角度等參數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大。

（2）物理參數(shù)應(yīng)取值合理。如填料內(nèi)摩擦角應(yīng)結(jié)合填料性質(zhì)取值，如果不是級(jí)配碎石、天然砂礫材料，內(nèi)摩擦角取值不宜大于35°?；啄Σ料禂?shù)，對(duì)于自然土基，取值宜在0.4以下，對(duì)于巖質(zhì)地基或換填級(jí)配碎石后，取值可為0.5。

（3）地基承載力要選用修整后的地基承載力特征值，同時(shí)要保證自然地基或換填后的地基承載力能達(dá)到設(shè)計(jì)要求值。

（4）坡面及地面荷載按實(shí)際考慮，并換算為土柱高度。

（5）沿河或浸水擋墻，參數(shù)取值應(yīng)考慮水影響，如填土浮重度，水位升降產(chǎn)生的作用力對(duì)擋墻的影響。

4 結(jié)論

（1）案例高速公路位于山嶺重丘區(qū)，沿線地形地貌復(fù)雜，地質(zhì)條件較差，同時(shí)路側(cè)臨清水河，對(duì)地基承載力、路基抗沖刷能力有較高要求。

（2）通過(guò)對(duì)不同圬工材料擋墻、不同結(jié)構(gòu)形式擋墻的適用性及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，再結(jié)合本案例高速公路自身特點(diǎn)確定最終采用片石混凝土擋墻，該擋墻工程應(yīng)用較多，技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、抗沖刷能力較好。

（3）在山區(qū)高速設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇到地基承載力低的情況時(shí)，可采用常規(guī)換填級(jí)配碎石、擴(kuò)展基礎(chǔ)擋墻、加筋土邊坡等方案。

（4）在沿河擋墻設(shè)計(jì)過(guò)程中，可采用加大基礎(chǔ)埋深、墻腳設(shè)置混凝土護(hù)坦及鋼筋石籠防沖刷、墻背填筑透水性填料、加密擋墻泄水孔等措施。

（5）在地質(zhì)條件較差的高邊坡防護(hù)中，第一級(jí)可采用重力式路塹墻進(jìn)行收坡固腳；對(duì)破碎中風(fēng)化巖層邊坡可采用護(hù)面墻，防止坡面巖土碎落。

（6）在涵洞橫穿擋墻時(shí)，需設(shè)置縱橫向連接鋼筋，施工時(shí)需同步施工，保證兩者結(jié)構(gòu)整體性。

（7）在挖方橋梁外側(cè)設(shè)置擋墻時(shí)，擋墻埋深應(yīng)從梁體結(jié)構(gòu)底部算起。