某道路路肩擋土墻變形原因分析及處治設(shè)計

袁 偉

（山西省交通運輸安全應(yīng)急保障技術(shù)中心（有限公司），山西太原 030006）

1 工程概況

某城市道路雙向六車道，設(shè)計速度60 km∕h，路基寬度55 m，中央分隔帶寬度7 m，行車道寬度11 m，路側(cè)綠化帶寬3.5 m，非機(jī)動車道寬6 m，人行道寬3.5 m。路線K12+200—K12+380 段為橋梁；K12+380—K12+460 段為填方路基，其中K12+380—K12+400 段路基右側(cè)臨近居民房屋設(shè)置衡重式路肩擋土墻，墻高8～10.5 m（含基礎(chǔ)），K12+400—K12+460 段為填方自然放坡；K12+460—K12+690 段為挖方路基，挖方邊坡高度約8～10 m，坡率1∶1.0，未防護(hù)，坡頂未設(shè)置截水溝，挖方坡腳處未設(shè)置邊溝，地層巖性上部為粉土、粉質(zhì)黏土，下部為強(qiáng)風(fēng)化片巖、頁巖。路線K12+200—K12+690 段為上坡，縱坡約2%。2019年5月，路面均已鋪筑完畢，未通車。2019年7—8月，項目區(qū)連續(xù)降雨，K12+460—K12+690 段降水（包括邊坡坡面水、坡頂上游匯水、路面水）順路線下坡全部匯集K12+380 橋頭路基處形成聚積，橋頭路基產(chǎn)生沉降，沉降深度1.0～1.5 m，橋頭搭板斷裂，路面開裂，中央分隔帶處形成排水洞，K12+380—K12+400 段路基右側(cè)衡重式路肩擋土墻在離基底以上約2.5 m 處出現(xiàn)水平裂縫，裂縫長度約10 m，局部出現(xiàn)鼓脹變形。考慮路面的嚴(yán)重沉降和擋土墻的水平裂縫及鼓脹變形，為保證道路運行及鄰近居民出行安全，需對該處路面沉降和擋土墻變形進(jìn)行處治設(shè)計。

2 路肩擋土墻變形原因及現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析

2.1 路肩擋土墻變形原因

K12+460—K12+690 段挖方邊坡坡頂未設(shè)置截水溝及坡腳未設(shè)置邊溝，造成坡面以外匯水及坡面水全部匯集于道路路面然后沿路線縱坡流向橋頭路基處形成積水，同時經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，該段路線地下排水管廊等設(shè)施未完善，排水設(shè)施不起作用，橋頭路基處的積水無法排出而沿中央分隔帶下滲至路基，積水的不斷下滲形成靜水壓力，增加了擋土墻的荷載，造成擋土墻產(chǎn)生水平裂縫，局部產(chǎn)生鼓脹，同時下滲水沿?fù)跬翂α芽p及泄水孔不斷排出并帶走路基填料的細(xì)顆粒造成路基空洞，長期在水的侵蝕作用下，路基坍塌沉降，造成路面的下沉破壞，橋頭搭板斷裂。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，擋土墻墻背填料和橋頭路基填料為強(qiáng)風(fēng)化片巖、頁巖，路基長期在水中浸泡強(qiáng)風(fēng)化片巖、頁巖發(fā)生軟化，填料抗剪強(qiáng)度等指標(biāo)降低，擋土墻墻背主動土壓力增大，在墻背主動土壓力增大作用下?lián)跬翂Πl(fā)生變形。

同時，經(jīng)現(xiàn)場勘察，K12+380—K12+400 段衡重式路肩擋土墻右側(cè)為新建的進(jìn)村道路，道路的修建挖除該段擋土墻墻趾處的土體，造成擋土墻基礎(chǔ)外露，擋土墻墻趾處被動土壓力為零，減小了擋土墻抗滑移安全系數(shù)甚至抗滑移不滿足設(shè)計要求，加速了擋土墻的變形。

2.2 擋土墻現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析

依據(jù)橋頭路基產(chǎn)生沉降、中央分隔帶處形成的排水洞和衡重式路肩擋土墻在離基底以上約2.5 m 處出現(xiàn)的水平裂縫勾勒出橋頭路基失穩(wěn)變形產(chǎn)生的滑動面，考慮橋頭路基邊坡滑動穩(wěn)定系數(shù)取為0.98，經(jīng)過計算綜合考慮暴雨工況下滑動面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C=10 kPa，φ=10°?？紤]橋頭路基邊坡滑動面為非圓弧滑動面，采用傳遞系數(shù)法[1]對其剩余下滑力進(jìn)行計算，核查現(xiàn)擋土墻是否滿足工程要求及規(guī)范要求，公式如式（1）、式（2），計算結(jié)果如表1。

表1 剩余下滑力計算表

式中：Fn、Fn-1為第n、n-1 塊滑塊的剩余下滑力，kN；ψ為傳遞系數(shù)；γt為要求安全系數(shù)；Gnt、Gnn為第n塊滑塊自重沿滑動面、垂直滑動面的分力，kN；φn為第n塊滑塊沿滑動面土體的內(nèi)摩擦角，（。）；Cn為第n塊滑塊沿滑動面土體的黏聚力，kPa；ln第n塊滑塊沿滑動面的長度，m；βn、βn-1第n、n-1 塊滑塊與水平線的夾角。

同時對擋土墻在土壓力作用下進(jìn)行核算，擋土墻抗滑移不滿足規(guī)范要求。綜上所述，現(xiàn)狀擋土墻已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，不滿足工程要求及規(guī)范要求，需對其進(jìn)行處治設(shè)計。

3 路肩擋土墻變形處治設(shè)計

針對擋土墻變形一般可進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索、抗滑樁、仰斜排水管、微型樁等加固方案進(jìn)行綜合處治。根據(jù)路肩擋土墻變形和路基沉降變形特征及原因，結(jié)合該項目工程實際特點，擬采用3 個方案進(jìn)行比選設(shè)計。

3.1 方案一 鋼花管方案

在非機(jī)動車道外側(cè)處（樁號范圍K12+380—K12+400）設(shè)置4 排φ89 鋼花管，每根鋼花管抗力100 kN，鋼花管長20 m，排距0.75 m，縱向間距1.0 m；在擋土墻墻趾處設(shè)置1 排φ89 鋼花管，鋼花管長10 m，縱向間距1.0 m，鋼花管頂超出擋土墻水平裂縫高度不小于100 cm，鋼花管頂部設(shè)置350 cm 高，寬80 cm C30 現(xiàn)澆混凝土冠梁，經(jīng)計算鋼花管提供的錨固力滿足規(guī)范要求。鋼花管施工完畢后對沉降后的路面進(jìn)行開挖，并挖除原有片巖、頁巖填料，然后填筑礫類土并壓實，壓實度不小于96%，最后鋪筑路面結(jié)構(gòu)層。同時，在K12+460—K12+690 段坡頂設(shè)置截水溝及連接排水溝急流槽，坡腳設(shè)置邊溝及連接邊溝急流槽，把匯集到道路的降水提前排除。

3.2 方案二 擋土墻拆除重建方案

拆除原有擋土墻重新修筑。首先對沉降的路基進(jìn)行挖除，開挖完畢后按原擋土墻尺寸進(jìn)行砌筑，材料采用C20 片石混凝土，片石含量小于等于20%，擋土墻施工完畢后強(qiáng)度達(dá)到75%以上時臺背采用礫類土回填壓實，壓實度不小于96%，最后鋪筑路面結(jié)構(gòu)層。同時，在K12+460—K12+690 段坡頂設(shè)置截水溝及連接排水溝急流槽，坡腳設(shè)置邊溝及連接邊溝急流槽，把匯集到道路的降水提前排除。

3.3 方案三 抗滑樁方案

在非機(jī)動車道外側(cè)處布置C30 抗滑樁，樁徑1.8 m，樁長19 m，樁間距4.5 m；在擋土墻墻趾處設(shè)置1 排φ89鋼花管，鋼花管長10 m，縱向間距1.0 m，鋼花管頂超出擋土墻水平裂縫高度不小于100 cm，鋼花管頂部設(shè)置350 cm 高，寬80 cm C30 現(xiàn)澆混凝土冠梁，經(jīng)計算抗滑樁的樁頂位移小于100 mm，錨固段頂端位移小于10 mm，滿足規(guī)范要求[2]?？够瑯逗弯摶ü苁┕ね戤吅髮Τ两岛蟮穆访孢M(jìn)行開挖，并挖除原有片巖、頁巖填料，然后填筑礫類土并壓實，壓實度不小于96%，最后鋪筑路面結(jié)構(gòu)層。同時，在K12+460—K12+690 段坡頂設(shè)置截水溝及連接排水溝急流槽，坡腳設(shè)置邊溝及連接邊溝急流槽，把匯集到道路的降水提前排除。

方案一工程建安費約65 萬元，方案二工程建安費約55 萬元，方案三工程建安費約70 萬元，3 個方案建安費均不包括路面開挖重新鋪裝及新增挖方邊坡排水設(shè)施費用。3 個方案從技術(shù)上和處治效果上來說均滿足要求，但考慮方案二的拆除重新修筑工程造價較低，同時該道路還未通車存在施工條件，綜合考慮采用方案二。

4 結(jié)語

a）對具有公路特性的城市道路在挖方邊坡處應(yīng)增設(shè)截水溝、邊溝等其他排水設(shè)施，防止坡面內(nèi)外的水流向路基，減小城市道路地下排水設(shè)施壓力。道路的排水設(shè)施應(yīng)及時完善，保證排水的通暢。

b）對橋涵、擋土墻等構(gòu)造物臺背后的填料應(yīng)嚴(yán)格控制，禁止采用遇水易軟化的泥巖、頁巖等軟質(zhì)巖填筑。

c）道路外的三改設(shè)施設(shè)計時應(yīng)考慮道路路基或構(gòu)造物的穩(wěn)定與安全。