市政道路高邊坡擋土墻設計分析

藍重桔

（廣西建工集團第五建筑工程有限公司，廣西 柳州 545006）

0 引言

市政公用設施中城市道路高填方邊坡的擋土墻設計對其整體設計有至關重要的影響，也是其施工的主要內容之一，同時與城市道路施工方法的采用和提高施工質量等關系密切，應結合市政道路施工實際，對高填方邊坡擋土墻的設計進行全面了解，并制定有針對性的解決措施，保證市政道路中高填方邊坡擋土墻的設計能滿足項目實際需求，提高高填方邊坡擋土墻設計質量，為高填方邊坡擋土墻的設計提供有力支持，解決高填方邊坡擋土墻設計中存在的不足和施工技術不達標等問題。

1 城市道路高路堤邊坡類型

在高路堤邊坡擋土墻設計中，高路堤邊坡形式和坡率對擋土墻的設計有非常重要的影響。路堤邊坡的類型分為直線形、折線形、階梯形及分級式等，如圖1所示，具體設計應當結合路基回填土層的地質情況和邊坡實際穩定情況進行選擇，應當根據道路具體占地情況、邊坡高度、工程地質條件、填料的物理特性和道路所處的地理位置進行選擇，在邊坡形式選擇設計中，應根據邊坡實際穩定情況和邊坡土質特點進行選擇，因此，合理選擇邊坡形式是滿足市政道路基礎使用要求的重要因素。

圖1 路堤回填土方邊坡形式

在高填方邊坡設計中，除要合理選擇邊坡形式外，還要對邊坡的坡度進行合理設計。邊坡坡度需根據現場基本情況、地質情況、邊坡高度和道路所在地區的地理位置、氣候條件等進行設計。

1）若道路地質情況良好且道路的路堤邊坡高度≤20m時，路堤邊坡坡率設計應按JTG D30—2015《公路路基設計規范》中表3.3.5的規定值進行設計，其規定值如表1所示。

表1 路堤邊坡坡率

2）當路堤邊坡坡高＞20m時，邊坡宜采用階梯形，邊坡坡率應按照規范《公路路基設計規范》第3.6節的有關規定，由穩定性分析計算確定，并進行工點設計。

3）當城市道路的路堤是浸水路堤時，路堤的邊坡在設計水位線以下的坡率不宜大于1∶1.75。

2 市政道路擋土墻設計

在高填方邊坡支擋加固構筑物中，擋土墻是經濟性較好的支擋結構。擋土墻是為防止路基填土、山坡土體變形失穩等情況而修筑的支擋結構物，其主要承受側向土壓力，即主動土壓力。在擋土墻設計和建設中，需根據實際情況選用合適的擋土墻類型，同時要保證擋土墻類型和擋土墻材質能滿足實際需求。在進行擋土墻設計時，選擇合適的擋土墻類型是關鍵。擋土墻類型應當根據以下7個方面進行選擇：①路基填土、山坡土體等的穩定情況、平衡條件；②作用荷載大小及方向；③所處位置的地形、地質狀況；④水流沖刷深度和擋土墻基礎埋置深度；⑤基底地基承載力特征值和不均勻沉降；⑥與其他構筑物銜接是否得當；⑦擋土墻施工難易程度、造價高低及與環境是否協調等。擋土墻的類型在綜合比較確定后，根據其構造要求擬定基本尺寸，然后進行設計驗算。

2.1 擋土墻類型與特點

城市道路在設計過程中，或多或少會因用地、拆遷、文物保護等因素限制而使高填方邊坡需收縮坡腳，若道路地質條件及路堤邊坡回填土土質良好，可采用將邊坡坡率放得較陡的方式收縮坡腳；但若是為加強路基邊坡穩定性，且需采取措施增加路基邊坡抗滑力時，就應當設置邊坡支擋結構物——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、預應力錨索、短卸荷板式、土釘墻、排樁式、地下連續墻、水泥土墻等類型。

常用擋土墻類型特點如下：①重力式及重力式衍生擋土墻的受力特點為通過自身重力與地基土體形成體系抵抗墻后土體產生的主動土壓力，其結構形式簡單，且易取材，便于施工等特點，使其在地質條件良好區域應用廣泛（見表2）；②在石料缺乏且地基承載力較低地區，通常采用懸臂式、扶壁式擋土墻；③當路堤擋土高度≤5m時，一般考慮懸臂式擋土墻；④當路堤擋土高度＞5m且≤15m時，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在巖質土層邊坡加固工程中，一般采用錨桿式和預應力錨索等支擋結構；⑦在需要抵抗滑坡等特殊路基支擋工程中，應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 高填方邊坡擋土墻設計要點

當市政道路高填方邊坡因用地、拆遷、文物保護等因素限制而使高填方邊坡需收縮坡腳，或為確保路基邊坡穩定性滿足使用要求等均需修建擋土墻做支擋加固。對于高填方路堤而言，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定，又能適應低地基承載力基礎。因高填方路堤土體產生的側向壓力大，且影響邊坡不穩定因素多，故其擋土墻設計過程中應考慮全面，注意處理好與之銜接的結構物的過渡段，同時要考慮對其美化。

3 案例分析

3.1 項目概況

三江縣某小學項目道路工程共包含4條道路，分別英文字母代替道路名稱，從A到D順序排列。本項目路網道路總長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橫斷面為單車道設計，5m和7m橫斷面為雙向單車道設計。道路總面積7 797.3m2。本項目設置重力式擋土墻和扶壁式擋土墻，擋墻總長度為641.4m。現以C道路樁號CK0+145.000—CK0+212.162段擋土墻設計為例，該段擋土墻位于運動場與籃球場之間的C道路左側，運動場場地標高為205.000m，籃球場場地標高為214.700m，兩場地高差為9.7m。此段道路路面標高為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道路靠近運動場一側的路肩處設計擋土墻。

3.2 設計難點

本項目道路填挖方段均涉及高大擋土墻設計，高大擋土墻危險系數高，施工技術要求、地基承載力及對墻后土體排水要求高，設計時需針對上述要求做好優化設計，確保擋土墻安全可靠。

3.3 設計要點

此段道路樁號CK0+145.000—CK0+168.000段為挖方段，擋土高度為7.0～8.5m；樁號CK0+168—CK0+212.162段為填方段，擋土高度為8.5～9.3m。擋土墻位置處地質為粉質黏土②（Q3el），為褐黃色，可～硬塑狀，黏性較好，干強度、韌性中等，土質不均勻，含少量砂礫，干強度中等，韌性中等，切面粗糙，地基承載力特征值為200kPa，基底摩擦系數滋=0.4，地基土摩擦系數f=0.5。根據GB 18306—2015《中國地震動參數區劃圖》，本項目所在區域地震動峰值加速度為0.05g，地震動反應譜特征周期均為0.35s，地震基本烈度為6度。本工程計算不考慮地震作用，只采取抗震構造措施。墻后填土擬定采用砂性土，內摩擦角漬=35°，容重為18kN/m3。因此，初擬定樁號CK0+145.000—CK0+168.000段擬建為仰斜式擋土墻，樁號CK0+168.000—CK0+212.162段采用扶壁式擋土墻。現以扶壁式擋土墻設計為例，初擬定基礎埋深為1.8m，故擋土墻墻高為10.3～11.1m。根據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，預計算出其主動土壓力為590kN。根據扶壁式擋土墻墻身尺寸構造要求，擬定其尺寸為：墻頂寬為0.6m，墻趾懸挑長2.5m，墻踵懸挑長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度為1.025m。根據初擬定的擋土墻尺寸、墻后回填材料等，采用理正巖土計算6.5版軟件進行驗算。

在設計驗算過程中可能會出現以下情況：①出現抗滑動穩定性不滿足要求時，可通過設計防滑凸榫增加抗滑力，防滑凸榫應滿足構造要求，且應根據凸榫材料性能的數據進行修改后驗算；②前趾板、后踵板基礎底面壓應力不滿足要求時，可根據情況對前趾板或后踵板的懸挑長度進行加長設計，若出現后踵板懸挑長度加長后，墻后主動土壓力增加比底面壓應力減小快的情況，可采取只加長前趾板的懸挑長度設計，但也可能出現前趾板加長設計后基礎底面壓應力嚴重不滿足要求，此時應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若出現前趾板、后踵板、墻面板、肋板的裂縫寬度計算不滿足要求的情況時，應采用增加鋼筋根數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，直至滿足設計要求；④當整體穩定驗算出現永遠不滿足要求時，應先進行路基穩定性分析計算，然后對路基進行處理，滿足使用要求后，再進行擋土墻設計。這些均根據設計過程中遇到的問題及項目特點等實際情況解決。在設計過程中遇到的問題因工程項目實際情況而異，但均可采取措施、技術等解決。

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，則會出現因接縫處土體外露不安全，同時也不美觀。故需在扶壁式與仰斜式擋土墻的銜接處通過設計一段面坡由0過渡到與仰斜式擋土墻面坡一致的重力式擋土墻進行銜接，其銜接長度應通過計算確定。

圖2 扶壁式擋土墻

圖3 仰斜式擋土墻

通過本項目對擋土墻設計進行歸納終結，即：①擋土墻受力特點與其結構形式有關，與墻身材料無關；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量特性查得，也可通過計算求得；③墻后回填材料性質、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主動土壓力影響較大，在設計過程中，同種環境情況下可通過改變某些因素（如擋土墻形式）減小主動土壓力，墻趾高寬比應滿足剛性角要求，以最大程度上節省材料，進而優化擋土墻設計。

4 結語

在市政道路工程中，擋土墻要根據路基邊坡、擋土墻位置處地基地質、水文及環境條件等進行設計，既要根據道路的施工特點進行合理選擇，又要根據道路的需求予以優化，使擋土墻的設計既能滿足施工便利要求，又能滿足實際使用要求，保證擋土墻在設計中能滿足科學性和功能性要求，提高擋土墻設計質量。因此，在市政道路工程設計中，應當對擋土墻的設計引起足夠重視，根據擋土墻特點和道路支護及邊坡要求做好擋土墻設計。