山區道路重力式擋土墻地基及基礎淺層處理研究

李浩瀚

（同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市200092）

0 引言

山區道路由于地形復雜、地勢起伏較大，為滿足道路線型指標、防止地質災害、減少拆遷占地、減少土石方數量等方面的要求，一般需要較多地設置支擋構造物。重力式擋土墻，包括仰斜式、俯斜式、衡重式等，由于斷面形式簡潔、材料易取、施工簡單、造價較低等原因，在山區道路工程中得到了廣泛使用[1]。由于山區地質條件復雜多變，擋土墻又多沿道路分布，往往會遇到軟弱土等不良地基，此類地基承載力較低，而同時重力式擋土墻墻身截面大，對基礎底的承載力要求一般較高，因此需要采取一定的處理措施以減少擋土墻基底應力，提高地基承載力，使得重力式擋土墻可以穿越不良地質地帶，不因為地基不均勻沉降引起墻體破壞。

1 淺層處理方式

根據地基及基礎處理深度的不同，一般可以將處理方式分為兩類，即淺層和深層處理。一般認為，處理的深度范圍在地面以下5 m之內的稱為淺層處理，包括表土壓實、地基強夯、換填墊層、擴展基礎、短樁加固等。處理深度較大的長樁加固、樁基承臺等方式稱作深層處理。

1.1 表土壓實

對雜填土、粉質土等較為軟弱的表層土可以采用振動壓實法。如采用沖擊式壓路機，處理深度可以提高到約1 m。結合添加水泥、石灰等結合料的處理方法，地基承載力可以有較大的提高，但一般不超過100 kPa。

1.2 地基強夯

地基強夯是在表土壓實的基礎上，進一步提高壓實力，采用重錘自由下落時的沖擊能來夯實地基，處理深度可以達到2 m。強夯法較表土壓實法對承載力的提高更大，一般可以達到120 kPa以上，但是對周邊環境的影響較大，對施工場地的要求較高[2]。

1.3 換填墊層

換填墊層使用的材料可以選擇當地山區分布較廣的材料，如砂礫、碎石、礦渣等[3]。處理方式為挖除部分不滿足要求的土層，換填以較好的材料，加固深度一般不超過2 m，最大不超過3 m。

換填墊層的優點：

（1）提高地基承載力：地基中的剪切破壞由基礎底面開始發生并向縱深發展，采用強度較大的墊層材料代替較軟弱的原狀土，在源頭上降低了地基發生破壞的可能性。

（2）加速軟土排水固結：如采用碎石等透水性材料作為墊層換填，土層中的水可以部分排出，從而加速固結。

（3）減少沉降：擋土墻基礎下淺層部分地基的沉降是總沉降的主要組成部分，約占總沉降的50%。換填墊層后，墊層本身沉降很小，下臥土層的沉降則由于墊層對應力的擴散作用得以減小。

（4）施工簡單，成本較低。換填墊層材料可以因地制宜，施工僅需一般筑路機械。

換填墊層局限在于施工過程中需要開挖較大深度，容易造成對環境的破壞；換填施工需要較大的寬度，適用于較平緩的區域，在過于陡峭的山地上使用有一定的局限性。

1.4 擴展基礎

重力式擋土墻擴展基礎一般是在原擋土墻基礎以下設置鋼筋混凝土底板。原理是通過增大擋土墻基底面積，將荷載向兩側擴散，使作用在基底的壓應力得以降低。

擴展基礎的優點：

（1）混凝土底板的強度高，整體性好，可以在填土、淤泥質土等較為軟弱的地基上使用。

（2）擴展基礎采用鋼筋混凝土，抵抗變形的能力強，可以消除輕微不均勻沉降的影響。

（3）擴展基礎的混凝土底板面積較大，在同樣的摩擦系數條件下，可以提高擋土墻的抗傾覆和抗滑性能，還可以增加設置凸榫、齒坎等構造，進一步提高基礎的抗滑能力。

擴展基礎的不足之處在于施工較為復雜、工期較長且成本較高。

1.5 短樁加固

一般采用5～10 m的鋼筋混凝土預制樁，采用壓入的方式，主要原理是依靠樁的承載力提高地基總體性能，此外部分樁間土在樁基壓入的過程中得到增強，可以作為地基承載力的安全儲備。短樁加固技術實際上已經接近于深層處理，優點是加固質量好、施工周期短、技術可靠，但與其他淺層處理方式相比成本較高。

2 山區道路淺層處理方式選型

設置于山區道路的擋土墻，一般具有以下特點：

（1）山區地形起伏，擋土墻高度一般較高且升降變化較快。

（2）出于利用當地材料，降低造價的原因，山區道路擋土墻較多傾向采用塊石、片石砌筑。

（3）山區擋土墻往往在較短距離內就跨越多個地質帶，擋土墻地基情況變化較大。

（4）山區道路由于地形限制，往往施工場地較為狹小，大型機械難以進出，擋土墻需要綜合考慮費用效益，采用較為合適的形式。

根據山區道路擋土墻的特點，在地基基礎淺層處理的方式中，表土壓實法往往處理后地基承載力仍難以滿足擋土墻承載力要求；地基強夯和短樁處理法由于需要大型機械進出施工場地，難度較大，且前者對地基承載力的提高幅度同樣較小而后者造價較高。因此，較多地使用換填墊層和擴展基礎這兩種淺層處理的方式。

3 工程實例

某工程為某地區山區道路，等級為城市主干路，設置擋土墻長度約1 200 m，采用仰斜式漿砌塊石擋土墻支擋，其中約300 m擋土墻基礎位于粉質粘土層上，承載力不能滿足要求，擬對換填墊層和擴展基礎這兩種處理方式進行比較，采用較為合理的方案，以滿足工期和成本的要求。

3.1 擋土墻結構

根據道路設計及地質勘察相關資料，擋土墻設計高度5～8 m，地層結構自上而下依次為：雜填土、粉質粘土、強風化花崗巖、中風化花崗巖等。擋土墻尺寸及地層參數如圖1所示。

圖1 擋土墻尺寸及地層參數示意圖

3.2 換填墊層

換填墊層的回填材料可采用素土墊層、砂墊層、碎石墊層和混合墊層等，采用各材料墊層的應力分布僅有微小差別。根據該項目所在區域的特點，采用成本較低的碎石作為換填墊層材料。具體方案為挖除一定厚度的粉質粘土，采用質地較為堅硬的碎石（粒徑不大于50 mm）換填并灌砂，分層填筑并壓實，分層厚度不大于30 cm。

換填墊層的厚度和寬度由計算決定，計算采用試算法，代入不同的換填深度直至下臥層滿足承載力要求，計算圖示見圖2。公式為：

式中：Pd為墊層底面附加應力值；Pk為擋土墻基礎底附加應力值；B為擋土墻基礎底寬；B′為換填墊層底寬；h為換填碎石墊層厚度；θ為墊層壓力擴散角，碎石取30°。

圖2 換填墊層計算圖示

計算得到擋土墻高度與所需換填厚度的關系見表1所列。

表1 換填墊層計算結果表

3.3 擴展基礎

擴展基礎根據原擋土墻基礎尺寸，在其下設置厚度40 cm的C30鋼筋混凝土板作為基礎。混凝土板水平布置，混凝土板兩側襟邊寬度根據計算決定，計算采用試算法，代入不同的寬度直至滿足承載力要求，如圖3所示。

圖3 擴展基礎計算圖示

圖3中：B為擋土墻基礎底寬；B′為擴展基礎底寬；b1為擴展基礎墻趾處寬度；b2為擴展基礎墻踵處寬度，取30 cm。

計算得到各高度擋土墻與所需擴展基礎寬度的關系見表2所列。

表2 擴展基礎計算結果表

3.4 技術經濟比較

根據以上計算結果，換填墊層和擴展基礎的處理方式均可以滿足地基承載力的要求，兩種方式的比較見表3所列。

表3 淺層處理方案比較表

分析各個高度的擋土墻的地基基礎處理造價可以發現，隨著擋土墻高度增大，換填墊層的處理費用增大較快，在擋土墻高度不大于7 m的情況下，換填墊層的處理方式費用較為節省；在擋土墻高度大于7 m時，兩者的處理費用已經相當接近。該項工程的擋土墻高度大部分較低，綜合考慮施工工期、施工難易程度和成本，選擇采用換填碎石墊層的處理方案。

4 結語

山區道路擋土墻地基及基礎處理要考慮成本和施工的難易程度，采用淺層處理可以以較低的成本和較短的工期使得重力式擋土墻適應較軟弱的地基，擴展了重力式擋土墻的適用范圍，提高了擋土墻的安全性。在碎石、砂礫等材料充足、擋土墻高度較低的情況下，優先選用換填墊層處置地基；在擋土墻高度較大的情況下，考慮選用擴展基礎的處理方式，可以在滿足承載力要求的同時提高擋土墻的抗滑和抗傾覆性能。

[1]公路擋土墻設計與施工技術細則[M].北京：人民交通出版社，2008.

[2]劉方強，王利明.山區重力式擋土墻地基與基礎處理技術的探討與實踐[J].基建優化.2007，28（6）：151-153.

[3]夏琴.公路擋土墻的選型及基礎處理措施[J].華東公路.2010，（3）：39-41.