某道路路肩擋土墻變形原因分析及處治設計

袁 偉

（山西省交通運輸安全應急保障技術中心（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，路側綠化帶寬3.5 m，非機動車道寬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 段路基右側臨近居民房屋設置衡重式路肩擋土墻，墻高8～10.5 m（含基礎），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，坡頂未設置截水溝，挖方坡腳處未設置邊溝，地層巖性上部為粉土、粉質黏土，下部為強風化片巖、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，項目區連續降雨，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 段路基右側衡重式路肩擋土墻在離基底以上約2.5 m 處出現水平裂縫，裂縫長度約10 m，局部出現鼓脹變形?？紤]路面的嚴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行處治設計。

2 路肩擋土墻變形原因及現狀穩定性分析

2.1 路肩擋土墻變形原因

K12+460—K12+690 段挖方邊坡坡頂未設置截水溝及坡腳未設置邊溝，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，同時經現場調查，該段路線地下排水管廊等設施未完善，排水設施不起作用，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，造成擋土墻產生水平裂縫，局部產生鼓脹，同時下滲水沿擋土墻裂縫及泄水孔不斷排出并帶走路基填料的細顆粒造成路基空洞，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。

經現場調查，擋土墻墻背填料和橋頭路基填料為強風化片巖、頁巖，路基長期在水中浸泡強風化片巖、頁巖發生軟化，填料抗剪強度等指標降低，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擋土墻發生變形。

同時，經現場勘察，K12+380—K12+400 段衡重式路肩擋土墻右側為新建的進村道路，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甚至抗滑移不滿足設計要求，加速了擋土墻的變形。

2.2 擋土墻現狀穩定性分析

依據橋頭路基產生沉降、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 處出現的水平裂縫勾勒出橋頭路基失穩變形產生的滑動面，考慮橋頭路基邊坡滑動穩定系數取為0.98，經過計算綜合考慮暴雨工況下滑動面抗剪強度指標C=10 kPa，φ=10°?？紤]橋頭路基邊坡滑動面為非圓弧滑動面，采用傳遞系數法[1]對其剩余下滑力進行計算，核查現擋土墻是否滿足工程要求及規范要求，公式如式（1）、式（2），計算結果如表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；γt為要求安全系數；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行核算，擋土墻抗滑移不滿足規范要求。綜上所述，現狀擋土墻已處于不穩定狀態，不滿足工程要求及規范要求，需對其進行處治設計。

3 路肩擋土墻變形處治設計

針對擋土墻變形一般可進行預應力錨索、抗滑樁、仰斜排水管、微型樁等加固方案進行綜合處治。根據路肩擋土墻變形和路基沉降變形特征及原因，結合該項目工程實際特點，擬采用3 個方案進行比選設計。

3.1 方案一 鋼花管方案

在非機動車道外側處（樁號范圍K12+380—K12+400）設置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，鋼花管頂部設置350 cm 高，寬80 cm C30 現澆混凝土冠梁，經計算鋼花管提供的錨固力滿足規范要求。鋼花管施工完畢后對沉降后的路面進行開挖，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%，最后鋪筑路面結構層。同時，在K12+460—K12+690 段坡頂設置截水溝及連接排水溝急流槽，坡腳設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行挖除，開挖完畢后按原擋土墻尺寸進行砌筑，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度達到75%以上時臺背采用礫類土回填壓實，壓實度不小于96%，最后鋪筑路面結構層。同時，在K12+460—K12+690 段坡頂設置截水溝及連接排水溝急流槽，坡腳設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

在非機動車道外側處布置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，鋼花管頂部設置350 cm 高，寬80 cm C30 現澆混凝土冠梁，經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，滿足規范要求[2]?？够瑯逗弯摶ü苁┕ね戤吅髮Τ两岛蟮穆访孢M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%，最后鋪筑路面結構層。同時，在K12+460—K12+690 段坡頂設置截水溝及連接排水溝急流槽，坡腳設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施費用。3 個方案從技術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 結語

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

b）對橋涵、擋土墻等構造物臺背后的填料應嚴格控制，禁止采用遇水易軟化的泥巖、頁巖等軟質巖填筑。

c）道路外的三改設施設計時應考慮道路路基或構造物的穩定與安全。