某道路路肩挡土墙变形原因分析及处治设计

袁 伟

（山西省交通运输安全应急保障技术中心（有限公司），山西太原 030006）

1 工程概况

某城市道路双向六车道，设计速度60 km∕h，路基宽度55 m，中央分隔带宽度7 m，行车道宽度11 m，路侧绿化带宽3.5 m，非机动车道宽6 m，人行道宽3.5 m。路线K12+200—K12+380 段为桥梁；K12+380—K12+460 段为填方路基，其中K12+380—K12+400 段路基右侧临近居民房屋设置衡重式路肩挡土墙，墙高8～10.5 m（含基础），K12+400—K12+460 段为填方自然放坡；K12+460—K12+690 段为挖方路基，挖方边坡高度约8～10 m，坡率1∶1.0，未防护，坡顶未设置截水沟，挖方坡脚处未设置边沟，地层岩性上部为粉土、粉质黏土，下部为强风化片岩、页岩。路线K12+200—K12+690 段为上坡，纵坡约2%。2019年5月，路面均已铺筑完毕，未通车。2019年7—8月，项目区连续降雨，K12+460—K12+690 段降水（包括边坡坡面水、坡顶上游汇水、路面水）顺路线下坡全部汇集K12+380 桥头路基处形成聚积，桥头路基产生沉降，沉降深度1.0～1.5 m，桥头搭板断裂，路面开裂，中央分隔带处形成排水洞，K12+380—K12+400 段路基右侧衡重式路肩挡土墙在离基底以上约2.5 m 处出现水平裂缝，裂缝长度约10 m，局部出现鼓胀变形。考虑路面的严重沉降和挡土墙的水平裂缝及鼓胀变形，为保证道路运行及邻近居民出行安全，需对该处路面沉降和挡土墙变形进行处治设计。

2 路肩挡土墙变形原因及现状稳定性分析

2.1 路肩挡土墙变形原因

K12+460—K12+690 段挖方边坡坡顶未设置截水沟及坡脚未设置边沟，造成坡面以外汇水及坡面水全部汇集于道路路面然后沿路线纵坡流向桥头路基处形成积水，同时经现场调查，该段路线地下排水管廊等设施未完善，排水设施不起作用，桥头路基处的积水无法排出而沿中央分隔带下渗至路基，积水的不断下渗形成静水压力，增加了挡土墙的荷载，造成挡土墙产生水平裂缝，局部产生鼓胀，同时下渗水沿挡土墙裂缝及泄水孔不断排出并带走路基填料的细颗粒造成路基空洞，长期在水的侵蚀作用下，路基坍塌沉降，造成路面的下沉破坏，桥头搭板断裂。

经现场调查，挡土墙墙背填料和桥头路基填料为强风化片岩、页岩，路基长期在水中浸泡强风化片岩、页岩发生软化，填料抗剪强度等指标降低，挡土墙墙背主动土压力增大，在墙背主动土压力增大作用下挡土墙发生变形。

同时，经现场勘察，K12+380—K12+400 段衡重式路肩挡土墙右侧为新建的进村道路，道路的修建挖除该段挡土墙墙趾处的土体，造成挡土墙基础外露，挡土墙墙趾处被动土压力为零，减小了挡土墙抗滑移安全系数甚至抗滑移不满足设计要求，加速了挡土墙的变形。

2.2 挡土墙现状稳定性分析

依据桥头路基产生沉降、中央分隔带处形成的排水洞和衡重式路肩挡土墙在离基底以上约2.5 m 处出现的水平裂缝勾勒出桥头路基失稳变形产生的滑动面，考虑桥头路基边坡滑动稳定系数取为0.98，经过计算综合考虑暴雨工况下滑动面抗剪强度指标C=10 kPa，φ=10°。考虑桥头路基边坡滑动面为非圆弧滑动面，采用传递系数法[1]对其剩余下滑力进行计算，核查现挡土墙是否满足工程要求及规范要求，公式如式（1）、式（2），计算结果如表1。

表1 剩余下滑力计算表

式中：Fn、Fn-1为第n、n-1 块滑块的剩余下滑力，kN；ψ为传递系数；γt为要求安全系数；Gnt、Gnn为第n块滑块自重沿滑动面、垂直滑动面的分力，kN；φn为第n块滑块沿滑动面土体的内摩擦角，（。）；Cn为第n块滑块沿滑动面土体的黏聚力，kPa；ln第n块滑块沿滑动面的长度，m；βn、βn-1第n、n-1 块滑块与水平线的夹角。

同时对挡土墙在土压力作用下进行核算，挡土墙抗滑移不满足规范要求。综上所述，现状挡土墙已处于不稳定状态，不满足工程要求及规范要求，需对其进行处治设计。

3 路肩挡土墙变形处治设计

针对挡土墙变形一般可进行预应力锚索、抗滑桩、仰斜排水管、微型桩等加固方案进行综合处治。根据路肩挡土墙变形和路基沉降变形特征及原因，结合该项目工程实际特点，拟采用3 个方案进行比选设计。

3.1 方案一 钢花管方案

在非机动车道外侧处（桩号范围K12+380—K12+400）设置4 排φ89 钢花管，每根钢花管抗力100 kN，钢花管长20 m，排距0.75 m，纵向间距1.0 m；在挡土墙墙趾处设置1 排φ89 钢花管，钢花管长10 m，纵向间距1.0 m，钢花管顶超出挡土墙水平裂缝高度不小于100 cm，钢花管顶部设置350 cm 高，宽80 cm C30 现浇混凝土冠梁，经计算钢花管提供的锚固力满足规范要求。钢花管施工完毕后对沉降后的路面进行开挖，并挖除原有片岩、页岩填料，然后填筑砾类土并压实，压实度不小于96%，最后铺筑路面结构层。同时，在K12+460—K12+690 段坡顶设置截水沟及连接排水沟急流槽，坡脚设置边沟及连接边沟急流槽，把汇集到道路的降水提前排除。

3.2 方案二 挡土墙拆除重建方案

拆除原有挡土墙重新修筑。首先对沉降的路基进行挖除，开挖完毕后按原挡土墙尺寸进行砌筑，材料采用C20 片石混凝土，片石含量小于等于20%，挡土墙施工完毕后强度达到75%以上时台背采用砾类土回填压实，压实度不小于96%，最后铺筑路面结构层。同时，在K12+460—K12+690 段坡顶设置截水沟及连接排水沟急流槽，坡脚设置边沟及连接边沟急流槽，把汇集到道路的降水提前排除。

3.3 方案三 抗滑桩方案

在非机动车道外侧处布置C30 抗滑桩，桩径1.8 m，桩长19 m，桩间距4.5 m；在挡土墙墙趾处设置1 排φ89钢花管，钢花管长10 m，纵向间距1.0 m，钢花管顶超出挡土墙水平裂缝高度不小于100 cm，钢花管顶部设置350 cm 高，宽80 cm C30 现浇混凝土冠梁，经计算抗滑桩的桩顶位移小于100 mm，锚固段顶端位移小于10 mm，满足规范要求[2]。抗滑桩和钢花管施工完毕后对沉降后的路面进行开挖，并挖除原有片岩、页岩填料，然后填筑砾类土并压实，压实度不小于96%，最后铺筑路面结构层。同时，在K12+460—K12+690 段坡顶设置截水沟及连接排水沟急流槽，坡脚设置边沟及连接边沟急流槽，把汇集到道路的降水提前排除。

方案一工程建安费约65 万元，方案二工程建安费约55 万元，方案三工程建安费约70 万元，3 个方案建安费均不包括路面开挖重新铺装及新增挖方边坡排水设施费用。3 个方案从技术上和处治效果上来说均满足要求，但考虑方案二的拆除重新修筑工程造价较低，同时该道路还未通车存在施工条件，综合考虑采用方案二。

4 结语

a）对具有公路特性的城市道路在挖方边坡处应增设截水沟、边沟等其他排水设施，防止坡面内外的水流向路基，减小城市道路地下排水设施压力。道路的排水设施应及时完善，保证排水的通畅。

b）对桥涵、挡土墙等构造物台背后的填料应严格控制，禁止采用遇水易软化的泥岩、页岩等软质岩填筑。

c）道路外的三改设施设计时应考虑道路路基或构造物的稳定与安全。