市政道路高边坡挡土墙设计分析

摘要 当市政道路的填土较高时，应多设置挡土墙以收缩坡脚。为了保证挡土墙的安全，文章首先分析了挡土墙的作用组合和设计方法；然后，从基础埋置、地基处理、土压力计算、稳定性验算（抗倾覆和抗滑移）、沉降缝、伸缩缝、排水构造等方面阐述了挡土墙的设计要点；最后，以陕西省某市政道路的衡重式挡土墙为例，开展了案例分析，研究成果可为类似项目的挡土墙设计提供借鉴。

关键词 挡土墙；土压力；作用组合；构造设计；地基基础；稳定性

中图分类号 U417.11 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2025）02-0081-03

0 引言

近年来，随着城镇化的持续推进，市政道路的建设里程逐年增加。在填土较高的路段，路基直接放坡占地面积大，对周边影响较大，容易引起居民的投诉。为了解决这一问题，可设置挡土墙。然而，很多设计人员在布置挡土墙时，盲目参考图集，对设计原理理解不清，且不重视挡土墙的稳定性验算，使得挡土墙在运营期间出现倾覆或滑移，甚至造成安全事故。因此，进一步研究市政道路高边坡的挡土墙设计具有重要意义。

1 挡土墙作用组合和设计方法

1.1 作用组合

当遇到用地、拆迁限制或文物保护等时，市政道路中的高填方边坡需设置支挡结构收缩坡脚，比如重力式挡土墙、扶壁式挡土墙、悬臂式挡土墙、桩板墙等。挡土墙设计时需考虑永久作用、可变作用（基本可变作用、其他可变作用、施工荷载）、偶然作用。对于一般地区，只需考虑永久作用和基本可变作用即可，而对于浸水地区、地震动峰值加速度＜0.2 g的地区、存在冻胀力地区等，还应考虑其他可变作用和偶然作用，具体作用组合可参考表1所示[1]：

1.2 设计方法

根据《城市道路路基设计规范》（CJJ 194—2013）（以下简称《规范》），挡土墙设计可采用极限状态下的分项系数法，见式（1）：

式中，S——作用效应的组合设计值（kN）；R（·）——支挡结构的抗力函数（kN）；Rk——抗力材料的强度标准值（kPa）；γf——分项系数；αd——结构构件几何参数的设计值；γ0——结构重要性系数，与支挡结构的安全等级有关，当安全等级为一级、二级、三级时，重要性系数最小值分别取1.1、1.0、1.0。

2 挡土墙结构设计要点

2.1 基础与地基设计

（1）基础设计

挡土墙应优先采用明挖扩大。当基底位于坡度＞5.0%的纵向斜坡时，基底应开挖成台阶，且台阶高度≥0.5 m，台阶宽≥1.0 m；当基底位于横向斜坡时，应结合地层类型确定最小埋入深度和距地表的水平距离，具体可参考表2所示：

此外，在确定基础埋深时还应注意以下几点：（1）在风化层较薄的硬质岩石地基上，挡土墙基底应置于风化层以下[2]。（2）在冻土地区或季节性冻土地区，应根据冻结深度确定挡土墙的基础埋深；当冻结深度≤1.0 m时，基础埋入深度不小于1.0 m，且基底应在冻结线以下0.25 m；当冻结深度＞1.0 m时，基础埋入深度不小于1.25 m，并将冻结线以下0.25 m范围内的地基土换填成弱冻胀材料。（3）当挡土墙受水流冲刷时，基底应在局部冲刷线以下至少1.0 m。

（2）地基设计

一般情况下，挡土墙高度越大，其基底压力越大，地基承载力要求越高。由《规范》可知，挡土墙基底最大压应力Pmax应满足式（2）和式（3）：

式中，fa——地基承载力修正值（kPa）；k——提高系数，组合Ⅰ、组合Ⅱ、组合Ⅲ对应的提高系数分别为1.0、1.0、1.25；f0——地基承载力特征值（kPa）；k1、k2——宽度和深度的修正系数；B——基础底面宽度（m）；h——基础埋深（m）；γ1、γ2——基底下和基底上的土体天然重度（kN/m3）。

如果不满足上述要求，需对挡土墙基底以下地基土进行处理。目前，常用的处理方法为换填法，即将地基土开挖，回填强度高、承载力好的碎石、砂砾等材料，并分层填筑、分层压实。如果换填深度3.0 m，而地基土承载力仍小于Pmax，可采用复合地基方案，比如水泥搅拌桩、CFG桩、预应力混凝土管桩等。

2.2 挡土墙土压力和稳定性计算

（1）侧向土压力计算

在挡土墙设计时，一般应考虑被动土压力和主动土压力的作用。

一般情况下，被动土压力可作为挡土墙的安全储备，不予考虑。只有当挡土墙基础埋置较深且地层稳定、不受水流冲刷时，挡土墙稳定性验算才考虑被动土压力[3]。

基于平面滑裂面的假定（如图1所示），挡土墙主动土压力可按式（4）进行计算。主动土压力计算的关键是确定Ka，但《规范》中给出的计算公式极其复杂，手动计算容易出现错误。如条件允许，可借助专门的计算小程序。同时，对于车辆荷载、行人等引起的侧向压力，也应考虑进去，可将其换算为等价的均匀土层厚度。

式中，Ea——主动土压力合力（kN/m）；r——墙背填料重度（kN/m3）；H——挡土墙高度（m）；Ka——主动土压力系数。

（2）稳定性计算

在挡土墙的截面尺寸、作用组合等确定后，应对挡土墙的抗滑动稳定性和抗倾覆稳定性开展验算，稳定系数应满足表3所示的相关要求。如果验算结果不满足《规范》，可调整挡土墙断面尺寸或采取改善措施。如需提高抗滑动稳定性，可在挡土墙基底做逆坡、增加凸榫或换填摩擦系数更大的地基土；如需提高抗倾覆稳定性，可采取降低挡土墙墙背坡度、在墙背设置衡重台、增大挡土墙的前襟边等措施[4]。

2.3 挡土墙其他构造

（1）变形缝

在挡土墙结构中，变形缝有沉降缝和伸缩缝两类，如果不设置或设置不合理，容易使挡土墙因变形过大而失效。

沉降缝：在挡土墙高度变化、地基土性能变化等位置，地基土的受力不均匀。此时，需在挡土墙墙身设置沉降缝，以减小地基不均匀沉降对挡土墙变形的影响。一般情况下，沉降缝从墙顶贯穿挡土墙断面，并用沥青麻丝、橡胶条等材料填塞缝隙，但没有必要沿着整个挡土墙断面填塞。如果挡土墙不受水流冲刷，只需在沉降缝的两侧填塞10～15 cm，中间部分可填塞黏土。如果挡土墙墙前持续流水，需利用塑料止水带、橡胶止水带等材料封闭沉降缝。

伸缩缝：大多数市政道路挡土墙都用混凝土浇筑而成，具有明显的“热胀冷缩”特性。在道路运营期间，挡土墙会因气候冷热变化而膨胀或收缩，从而使墙体出现温度裂缝（呈水平或倾斜），甚至导致挡土墙破坏。为了解决这一问题，需在挡土墙设置伸缩缝。伸缩缝也需用沥青麻丝、橡胶条等材料填塞，填塞方法与沉降缝相同。

（2）排水和防水构造

如果挡土墙墙背的填土有水，会对墙背产生额外的侧向压力，降低挡土墙稳定性。因此，可在墙身设置排水孔，排除墙后积水。排水孔孔径一般取5～10 cm，并向外设置5%左右的坡度。墙身排水孔可设置2～3排，呈梅花形布置。最低一排的排水孔应高于地面或墙前水位，且宜设置黏土隔水层，防止墙后水分下渗。

此外，每排排水孔还应设置碎石反滤层，以免水流冲刷的泥土堵塞排水孔。反滤层可由3～4层碎石组成，且碎石粒径自孔口向外逐渐减小。如条件允许，可用土工布代替碎石反滤层[5-6]。

3 挡土墙结构设计案例分析

3.1 工程概况

研究对象为陕西省某市政道路，其设计速度为50 km/h，全长2.45 km，道路红线宽度为26～34 m，路面为沥青混凝土路面，设计使用年限为15年。以K2+200～K2+350段道路为例，其路基填土较高，最大填高为12.5 m，最小填高为10.2 m，平均填高约10.8 m。道路南侧为村庄，如直接放坡，征地拆迁较大，工程投资相应提高。为了解决这一问题，拟采用“衡重式路肩墙”进行收坡，以减小道路建设产生的不利影响。

经勘察，挡土墙下方的地基土以粉质填土为主，呈褐黄色，可塑～硬塑状，黏性较好，含少量砂砾，地基承载力特征值约150 kPa，抗震设防烈度为Ⅶ度。粉质黏土摩擦系数取0.5，与挡土墙基底的摩擦系数取0.4。同时，地下水埋藏较深，毛细水上升对挡土墙基本无影响，可不考虑地下水位线。

3.2 挡土墙设计方案

挡土墙布置采用纬地挡墙软件，基础最小埋置深度控制在1.5 m，沉降缝和伸缩缝合并设置，设置间距取10 m，用沥青麻丝在缝两侧填塞15 cm。同时，挡土墙墙身排水孔采用耐久性好、价格便宜的φ7.5PVC管，孔径取5 cm，共设置2排，梅花形布置，排水孔竖向间距取3.0 m，最低一排的排水孔距地面1.0 m。由于挡墙高度较高，地基承载力不足，拟将挡土墙基底以下2 m的粉质黏土开挖，回填碎石压实，提高地基承载力，具体处理方案如图2所示：

3.3 挡土墙验算结果

利用理正岩土软件计算挡墙在不同作用组合下的稳定性，计算步骤如下：选择工作路径—选择行业和挡土墙形式—增加计算项目—输入挡墙尺寸、地基土物理力学参数、荷载等参数—开始计算。以高度8.0 m的衡重式挡土墙为例（顶宽2.75 m、底宽3.0 m、墙趾高1.0 m、墙趾宽0.3 m），其稳定性计算结果如图3所示：

经计算，该挡土墙在作用组合Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ下的抗倾覆稳定系数和抗滑移稳定系数均满足《规范》要求，说明挡土墙的设计方案可行。

4 结论

该文主要分析了挡土墙的设计方法、结构设计要点、稳定性验算方法等，并以陕西省某市政道路的衡重式挡土墙为例开展分析，得到了以下几个结论：

（1）挡土墙设计是基于极限状态下的分项系数法，并结合实际情况考虑永久作用、可变作用、偶然作用等。

（2）挡土墙埋深不宜过小，且基底最大压应力应大于地基土承载力。如不满足要求，需采用换填法或复合地基处理。

（3）为了防止挡土墙变形异常，可间隔20 m合并设置沉降缝和伸缩缝。当墙后有水时，可布置PVC管（梅花形布置）进行排水。

（4）挡土墙布置完成后，需计算抗滑动稳定性和抗倾覆稳定性。如计算结果不满足《规范》要求，可调整挡墙断面或埋置条件。

参考文献

[1]马悦，何璐，李雪，等.红黏土地质条件下道路工程及其挡土墙设计[J].四川水泥， 2024（6）：195-197.

[2]刘盼盼.公路工程中挡土墙的设计及稳定性分析[J].全面腐蚀控制， 2024（4）：36-38.

[3]李岩.沿河国道挡土墙的优化设计及稳定性分析[J].交通世界， 2024（10）：31-33.

[4]沈宁，陈宏鹏，宗亮，等.基于极限平衡法的挡土墙设计理论[J].科技通报， 2024（3）：109-114+122.

[5]杜承志.高速公路路基挡土墙防护设计与施工方法分析[J].运输经理世界， 2023（35）：19-21.

[6]杨芸，蒋良潍，罗强，等.地基条件对仰斜式挡墙地震响应影响及墙高限值研究[J].地震工程学报， 2023（6）： 1386-1396+1424.