城市道路擋墻基礎防沉降措施設計

張 昕

（西安市政設計研究院有限公司，陜西 西安 710068）

0 引 言

近年來擋土墻基礎處于軟弱下臥土或者其他不良地質條件時，常規的基礎處理措施有CFG 樁、混凝土攪拌樁或其他類型的加固樁，用以提高基底承載力。而在非軟弱土或常規地質條件下，擋土墻基礎處理方式相對較為單一，基底通常采用灰土處理或水泥土處理等淺層處理的方式。特別是城市道路中與橋梁臺背銜接處的擋土墻，由于橋梁承臺基礎與擋墻基礎間的剛度差異較大，隨著交通量的不斷增長，橋梁臺背與擋墻段的沉降差異問題逐漸顯現，這一問題不容忽視。針對這一問題，本文結合一處工程運用實例，對城市道路擋墻基礎防沉降措施進行探討。

1 工程概況

受現狀高速公路的制約，城市開發、建設用地被分割，高速兩側的居民出行受限，需要進行長距離的繞行。為了便于高速兩側居民出行，促進城市均衡發展，提高土地價值，本次將在規劃紅線范圍建設分離式立交一座，主線跨越高速公路，兩端設置地面輔道與城市道路形成平面丁字交叉，見圖1。

圖1 本工程設計效果圖

本工程主線跨線橋臺背兩端機動車道邊緣外均設置了扶壁式擋土墻與懸臂式擋土墻進行銜接，擋土墻高度約1.5～6 m。

2 工程設計

2.1 基本地質情況

根據地勘報告，擬建項目場地基本地質概況如下：

據勘探揭露，場地地層自上而下依次由第四系全新統人工填土（Q4ml），上更新統風積（Q32eol）黃土、殘積（Q31el）古土壤，中更新統風積（Q2eol）黃土、殘積（Q2el）古土壤等構成。各層土的野外特征分述如下：

①-1層雜填土（Q4ml）：主要由路面、路基、磚塊及混凝土塊組成，含少量黏性土和生活垃圾，成份雜亂，結構松散。主要分布在場地表層，層厚0.80～5.00 m，層底深度0.80～5.00 m，層底高程512.61～520.56 m。

①-2層素填土（Q4ml）：主要由黏性土組成，含植物根、零星磚塊，土質松散不均勻。層厚0.50～2.80 m，層底深度1.40～3.40 m，層底高程511.86～519.76 m。

②層黃土（Q32eol）：褐黃色，大孔結構，可見蟲孔，偶見蝸牛殼，堅硬～可塑，以硬塑狀態為主。層厚3.00～12.90 m，層底深度4.60～15.70 m，層底高程499.31～516.76 m。

③層古土壤（Q31el）：棕紅色，具針狀孔隙，含白色鈣質條紋及結核，底部鈣質結核富集呈層狀，厚度約20 cm，硬塑狀態。層厚3.20～4.80 m，層底深度7.80～18.90 m，層底高程496.11～513.56 m。

④層黃土（Q2eol）：褐黃色，具針狀孔隙，土質均勻，含蝸牛殼、白色鈣質條紋及鈣質結核，硬塑狀態。層厚7.10～10.50 m，層底深度17.20～28.80 m，層底高程486.21～504.16 m。

擬建場地屬自重濕陷性黃土場地，從現地面下1.50 m 起算，地基濕陷等級為Ⅲ級（嚴重）。 ②層黃土地基承載力基本容許值 [fa0] =140 kPa，粘聚力C=30 kPa,內摩擦角φ=22°，重度γ=15.5 kN/m3。

擬建場地無地裂縫通過，除此外，未發現其它不良地質作用，適宜建筑。

2.2 工程總體設計

為解決跨線交通問題，本次設計設置東西向跨越高速公路橋梁一座，主線橋南側設置人行及非機動車天橋，便于行人及非機動車跨越高速公路。主線部分為雙向4 車道，在橋梁兩端地面交叉口段設置輔道，輔道為雙向4 車道。主線部分利用橋下空間設置交叉口渠化段以增加地面交叉口車道數。

橋梁上部結構采用預應力混凝土現澆連續箱梁與變截面鋼箱梁的組合形式，下部結構橋墩采用墩頂外擴雙柱式方案，鋼筋混凝土實心墩。墩柱下設置承臺，承臺下設置鉆孔灌注樁，樁長55～60 m，樁基采用樁端后壓漿技術。

主線橋橋臺采用樁基蓋梁橋臺，橋臺下設置直徑為1 m 的鉆孔灌注樁。主線橋橋臺臺背后填土段兩側設置扶壁式與懸臂式擋土墻，墻高1.5～6 m。

2.3 擋土墻設計

本工程設計擋土墻位于橋梁承臺后，沿主線車行道邊緣連續設置，擋土墻平面設置位置及結構剖面見圖2、圖3。

圖2 擋土墻設置平面圖（單位：m）

本工程擋土墻埋深以不小于70 cm 控制，擋墻基礎底面位于①-2層素填土范圍內。

2.4 差異沉降原因分析

如前文所述，橋梁下部結構設計以及橋臺設計均采用了樁基礎，而且樁基礎深度較大，施工工藝成熟，基礎的可靠性較高，建成后橋臺基礎剛度較大，工后沉降很小。與橋臺基礎設計相比較，常規的擋墻段基礎處理方式則較為簡單，通常采用基礎底部原土翻挖摻灰回填壓實的方式。灰土換填的方式本身為一種常規處理措施，與橋臺基礎處理措施相比，較為薄弱，容易受施工人為因素影響，施工質量把控相比較難，成型后容易產生工后沉降，導致擋墻段與橋臺產生顯著的差異沉降。嚴重時，可導致擋墻段頂部與橋梁段頂部的防撞護欄出現明顯的錯臺或者拉裂，進一步導致防撞護欄頂部的附屬設施如聲屏障等的扭曲、破壞。

2.5 擋墻基礎防沉降措施設計

根據上文可知，本工程所處地域地質狀況為Ⅲ級自重濕陷性黃土場地，濕陷性黃土及填土受水的影響,在上部荷載壓力和自身壓力作用下,土體結構破壞,濕陷性減弱或消失,土的工程力學性質明顯減弱,并產生顯著的附加下沉[1]，對基礎的處理是濕陷性黃土地區修建橋梁的重點和難點[2]。

為加強擋墻段基礎穩定性，避免產生較大的沉降差異，本次設計在擋墻基礎處理中擬采取短樁對基底進行加強。在濕陷性黃土場地選用樁基類型時，應根據工程要求、場地濕陷類型、施工條件和場地周圍環境等因素綜合確定[3]。本工程具體處理方案如下：

擋墻基礎下濕陷性黃土處理：C20 混凝土墊層底面以下40～100 cm 范圍內原土開挖摻石灰（8%，重量比）后分層回填壓實。扶壁式擋土墻灰土基礎下設置灰土擠密樁，樁徑0.5 m，間距1 m，樁長7 m，樁身采用石灰土回填（摻灰15%，重量比），樁孔按等邊三角形布置，灰土樁處理后地基承載力設計要求應不小于180 kPa。與承臺銜接處扶壁式擋墻灰土基礎下設置3 排素混凝土樁，樁徑0.5 m，沿道路前進方向相鄰兩排間距1.5 m，樁長10 m，樁身采用C30 混凝土，采用鉆孔灌注成樁。根據地勘報告，本工程擋土墻底部素混凝土樁以及灰土樁位于②層黃土（Q32eol）范圍，以硬塑狀態為主。

本次設計橋臺臺背擋土墻樁基礎施工現場照片見圖4。

圖4 橋臺臺背擋土墻樁基礎施工現場

2.6 樁端承載力計算及地基承載力檢測

根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG 3363-2019），對支承在土層中的鉆（挖）孔灌注樁，其單樁軸向受壓承載力特征值計算公式如下：

根據《規范》表6.3.3-1 樁側土摩阻力標準值qik取值范圍，本次按照保守考慮，取qik=55 kPa，數值代入計算可知，本工程擋墻基礎底部素混凝土樁單樁軸向受壓承載力約432 kN。本工程設計最高擋墻考慮地震作用下基底最大總豎向力約357 kN/m，因此本工程擋墻基礎下混凝土樁的布設方式，可較大程度的提高基底承載力，達到設計預期。

根據實際現場檢測，灰土樁處理部分擋墻基底復合地基承載力特征值均達到180 kPa 以上，有效提高了地基承載力，滿足設計要求。

3 結 語

通過工程實際應用與建成后一年的觀測，本文形成結論如下：

（1）濕陷性黃土地區，常規的擋墻基礎處理方式，受工期、施工質量控制等因素影響較大，往往容易造成不均勻沉降。

（2）本工程綜合考慮工程效果、施工復雜程度以及工程造價等因素，在橋臺后擋墻段設置素混凝土樁以及灰土樁的組合，是對擋墻段常規基礎處理措施的加強。

（3）本工程采取的措施能夠有效加強擋墻基礎，減小擋墻段與橋臺的沉降差異。經過實際觀測，差異沉降得到有效控制。