挡土墙相邻基础高差设计的合规性与合理性分析

郭为平，杨梦云

(1.湖北龙禹州工程建设有限公司，湖北 武汉 430070；2.荆州市长江河道管理局公安分局勘测设计院，湖北 公安 434300；3.南京明辉建设有限公司，江苏 南京 210000)

我国关于挡土墙的研究较多，如王锡朝对特殊地质条件下的挡土墙基础设计[1]，石林关于大型挡土墙基础处理[2]，夏琴就公路挡土墙的选型及基础处理[3]，冯伟喜对台阶式挡土墙土压力分布特征[4]等进行了研究，但关于挡土墙基础的开挖与纵向布置的研究尚属空白，而挡土墙基础的开挖与纵向布置和挡墙的稳定、滑坡的防治、成本与工期的控制密切相关，本文拟就云贵高原某PPP项目水库上坝公路施工中遇到的实际案例，结合设计规范和工程实践就挡土墙基础的开挖与纵向布置的合规性及合理性和对路基与边坡安全的影响进行探讨。

1 案例背景

1.1 挡土墙基础开挖过程

云贵高原某PPP项目水库上坝公路K0+010～K0+065为浆砌石挡土墙，基础开挖施工中，第一层主要为杂填土，厚1.0～1.5m；第一层以下主要为粉土、砂土等一、二类土，其间夹杂破碎的强风化岩。原坡高3～5m，坡度55°～65°，坡面植被稀少；原路面纵向裂缝共4条，长度3.2m，最大裂缝宽度8mm。施工单位在挡墙基础开挖1.0m后，发现基底仍为岩体风化、破碎、土质松软土层。经监理现场实地查勘，要求按图施工，继续开挖，开挖施工中，边坡处于非正常工况Ⅰ(暴雨或连续降雨状态)，由于原路基边坡过陡(1∶0.4～1∶0.6)，土质松软，且工作面极度狭窄，基础只能紧贴坡脚开挖，兼之施工期间降雨频繁，基础及工作面松土淤积泥泞，极度松软，开挖后最大坡高8.0m，坡度65°～85°，局部达90°甚至倒坡，原路面纵向裂缝呈扩展趋势并产生新的裂缝；边坡出现大面积崩塌，崩塌线最近处距村民房屋仅2.5m。在抢险过程中，现场监理仍要求挡墙基础按图施工，故挡土墙基坑在开挖过程中，只能不断向内侧切和下挖，相邻段基础高差1.5～1.8m，崩塌继续发生。

1.2 典型路段的挡土墙相邻基础高差

龙树寨—坪柏线K0+010～+065左挡土墙(基底纵坡i=0)相邻基础高差见表1。

表1 龙树寨—坪柏线K0+010～+065左挡土墙(基底纵坡i=0)相邻基础高差 单位：m

龙树寨—坪柏线K4+850～+929左挡土墙(基底纵坡i=0)相邻基础高差见表2。

表2 龙树寨—坪柏线K4+850～+929左挡土墙(基底纵坡i=0)相邻基础高差 单位：m

2 挡土墙基础设计的合规性分析

根据《公路路基设计规范》，位于纵向斜坡上的挡土墙，当基底纵坡大于5%时，基底应设计为台阶式[5]；《公路挡土墙设计与施工技术细则》则明确规定，沿挡土墙墙长方向的地面有纵坡时，挡土墙的纵向基底纵坡不宜大于5%，当为岩石地基，基底纵坡大于5%时，墙的纵向基底可按台阶形布置；采用分段砌筑时，相邻段高差不宜超过1.2m[6]；《挡土墙(重力式、衡重式、悬臂式)》则强调，挡土墙基底纵坡i不宜大于5%，当大于5%时，应在纵向将基础做成台阶式，台阶高度不宜大于0.5m[7]。而《水工挡土墙设计规范》则规定，当挡土墙布置在沿墙长方向的纵向坡上时，其底部可按阶梯形分段布置，每个台阶长度不应小于2.0m，相邻台阶高差不宜大于2.0m[8]。

《公路路基设计规范》关于位于纵向斜坡上的挡土墙，当基底纵坡大于5%时，基底应设计为台阶式的要求，其主要目的是为了减少开挖工程量，加快施工进度，降低工程造价。从上述规范和细则来看，本PPP项目水库上坝公路的挡土墙基础设计，因其基底纵坡i=0，没有必要在纵向将基础做成台阶式，设计不仅没有减少开挖工程量，反而增加了开挖工程量；且其相邻基础高差一般在1.5～3.5m范围内，挡土墙基础相邻台阶高差不符合《公路挡土墙设计与施工技术细则》和《挡土墙(重力式、衡重式、悬臂式)》标准图集的规定，个别墙段基础相邻台阶高差也不符合《水工挡土墙设计规范》要求。

3 挡土墙基础设计的合理性分析

如前所述，挡土墙基底做成台阶形的目的是为了减少开挖，加快进度，降低造价。本案例中挡土墙基础相邻段的基础高差达1.5m甚至3.5m，尤其是K0+010～K0+065段，原路面就存在既有裂缝，原路基边坡过陡(1∶0.4～1∶0.6)，土质松软，且工作面极其狭窄，基础只能紧贴坡脚开挖，兼之施工期间降雨频繁，基础及工作面松土淤积泥泞，极度松软，开挖后出现大面积崩塌，崩塌线最近处距村民房屋仅2.5m。在险情发生后，仍继续按原设计的分段台阶基础侧切、下挖最大达1.8m，至险情沿纵坡向坡下端进一步扩展。

本案例中挡土墙基础分段大高差开挖，不仅增加了工程量，加大了投资，延长了工期，尤其是在不良地质段，过深的基坑开挖极不利于路基或边坡的稳定，开挖中或开挖后易导致边坡塌方或滑坡险情。故在地形、地基承载力无较大差异时，挡土墙基础相邻段高差过大是不合理的。

经过对《公路路基设计规范》《公路挡土墙设计与施工技术细则》《挡土墙(重力式、衡重式、悬臂式)》标准图集与《水工挡土墙设计规范》的比较，《水工挡土墙设计规范》没有考虑挡土墙的纵向基底纵坡，也没考虑地基是否为岩石，即规定当挡土墙布置在沿墙长方向的纵向坡上时，其底部可按阶梯形分段布置，无疑增加了开挖工程量，也不利于路基或边坡的稳定；而关于相邻台阶高差不宜大于2.0m的规定更是易导致开挖施工中边坡塌方或滑坡险情，尤其是在不良地质段，这种设计是不合理的。该项目的挡土墙基础开挖施工中发生的边坡塌方及滑坡险情也证明了这一点。

4 结语

(1)非岩石地基，段内挡土墙基底纵坡应小于5%，不易开挖成台阶形。

(2)不良地质段，挡土墙基础不易分段大高差开挖。

(3)工作面狭窄，基础只能紧贴坡脚开挖时，挡土墙基础相邻段不易大高差开挖，避免边坡塌方或滑坡险情。

(4)地基承载力不足的不良地质段，采用扩大基础或(和)换填基础，避免无限制开挖到坚硬基础，从而导致边坡塌方或滑坡险情。

(5)《水工挡土墙设计规范》关于当挡土墙布置在沿墙长方向的纵向坡上时，其底部可按阶梯形分段布置，每个台阶长度不应小于2.0m，相邻台阶高差不宜大于2.0m的条文不合理，至少在不良地质段，相邻台阶高差不宜大于2.0m值得商榷。