坡角对公路坡间挡土墙稳定性影响技术研究

尤杨

公路坡间挡土墙是指半填半挖段的路基挡土墙，一般位于自然边坡的坡面上。这种挡土墙构建难度大、结构复杂，容易发生失稳现象。它主要有两种失稳类型：（1）单纯失稳，是指由于填方质量不好，墙体支挡能力不够，路面荷载过大引起的墙体本身失稳；（2）间接失稳，是指由于坡体滑移导致的墙体基础外移，容易诱发整个墙体倾覆的严重工程事故，这在所有挡土墙事故中最严重，也是本篇论文研究的重点内容。本文以同三线（黑龙江同江—海南岛三亚）栖霞—莱西高速公路1B标段K59+470～K59+630半填半挖段坡间挡土墙建设为工程背景，由于标段K59+480～K59+520范围内挡土墙最高，具有代表性，因此本文将对这部分挡土墙系统的研究坡角对挡土墙稳定性的影响，分析挡土墙的破坏机理，为现场施工提供决策依据。

1.工程背景

本文所研究的坡间挡土墙工程位于同三线（黑龙江同江—海南岛三亚）高速公路栖莱段，地处山东省栖霞市境内，全长160m。同三线栖霞—莱西高速公路1B标段K59+470～K59+630范围内公路路堤修建在山体斜坡上，由于路堤较高，路堤的一部分是原有山坡，而另一部分是所填土体。开挖施工表明该处岩体为强风化花岗片麻岩，云母含量丰富，岩体松散破碎，承载力低。

2.公路坡间挡土墙初步设计方案

根据初步理论设计结果，本项目拟采用普通锚锭板挡土墙，由于所选标段内挡土墙高达17m，所以设置为两级，在上下两级墙之间设置分级平台，平台宽1.5m。挡土墙墙体厚60cm，采用标号C25混凝土，配筋为φ8@15×15cm，锚锭板规格为1m×1m×0.25m。挡土墙共采用拉杆6根，上级墙体4根，从距离路面2.5m的位置进行支护；下级墙体2根，从距离分级平台1.5m的位置进行支护。拉杆采用φ25螺纹钢，间距2m，拉杆长度见表1（由上至下依次排列）。

在对普通锚锭板挡土墙进行研究的过程中，选择了具有代表性的原坡坡度，即原坡坡度为00、100、200、300和400的情况进行挡土墙破坏机理分析，揭露坡角对挡土墙稳定性的影响。图1给出了原坡坡度为30？时挡土墙的岩性分布以及锚锭板的整体布局，模型宽44m，其中包括宽28m的路面，高30m，单元格规格为0.5m×0.5m。

本文运用美国明尼苏达大学和美国Itasca Consulting Group Inc.开发的二维有限差分计算程序FLAC2D对挡土墙进行破坏机理分析与稳定性研究，计算过程中采用的力学参数见表2。

3.公路坡间挡土墙破坏机理分析与稳定性研究

通过模拟不同坡角对挡土墙位移场的影响可以得出，坡角变化对坡间挡土墙的变形趋势和变形性质有明显的影响（图2—图3）。主要体现在：随着坡角的增加，挡土墙体参与水平变形的墙体范围扩大，水平变形量增加，当坡度角增加到300左右时，挡土墙体和原始坡体产生相对错位，墻体位移量增加的同时构成对挡土墙整体失稳的威胁；当坡度角增加到400左右时，除了挡土墙本身的变形加剧外，原始坡体产生“边坡滑移”现象，挡土墙的稳定性既受挡土墙体本身强度和结合面强度的控制，也受原始坡体失稳条件的控制。因此对坡间挡土墙的建构，应因地制宜、有的放矢地采取“机理控制”的加固措施。

通过模拟不同坡角对挡土墙破坏场的影响可以得出：（1）坡间挡土墙发生破坏的部位主要集中在路基浅部和边墙隅角处。本项研究中，路基破坏深度在5m左右，边墙隅角内侧墙体填土破坏宽度在5—10m范围内，并与路基破坏区相汇合；（2）在原始坡体浅层3m左右深度出现大范围的破坏区。当坡角小于200时，坡体破坏对坡间挡土墙的破坏形态和破坏性质没有明显的影响；当坡角大于200时，坡体破坏出现“边坡滑移”破坏模式，随着坡角的提高，挡土墙填土的破坏深度加大，过渡成为挡土墙失稳的主导因素，同时，路基浅层的拉破坏范围扩大。

通过以上对坡间挡土墙位移场以及破坏场的分析可以得知：（1）坡角小于200时，坡间挡土墙的变形与破坏形态基本不受原始坡角的影响，其强度和稳定性取决于墙体本身的强度特性，破坏也是局部性的；（2）坡角大于200时，坡间挡土墙的强度和稳定性同时受到墙体本身和原始坡体强度的控制，主要表现在：随着坡角增加，路基破坏加剧、坡面滑移造成墙体附加变形、边墙基础顺坡滑脱，挡土墙出现整体失稳征兆。

由此可见，坡间挡土墙无论变形还是破坏都不是孤立不变的，坡角的变化将引起坡间挡土墙变形破坏从量变到质变的演化过程。坡间挡土墙的建构应充分考虑坡角的影响，采取机理控制的对策，对路基、墙体、坡体和边墙基础实施有针对性地加固方案。

参考文献：

[1]高速公路坡间挡土墙“双锚”支护技术研究，山东省交通厅、北京科技大学，2002.7

[2]Manual of FLAC2D（3.3）， Itasca Consulting Group Inc， 1996.

[3]陈忠达.公路挡土墙设计.北京：人民交通出版社，1999.10

[4]李钧民.抗滑桩在挡土墙设计中的应用，《岩土工程技术》期刊，2002.3.page 144～151

[5]黄小静，李胜春.锚锭板挡土墙在高速公路工程中的应用，《西部探矿工程》期刊，2003.8.page 128～129