浅谈黄土地区道路挡墙基底处理探析

常钰

【摘要】挡土墙为各类工程中重要的工程结构，黄土地区，由于黄土具有湿陷性及承载力低等性质，消减湿陷性和提高基底承载力，对于挡土墙工程十分关键。本文结合具体工程实例进行研究分析，以期得到黄土地区挡墙基底合理适用的处理方法。

【关键词】黄土挡墙基底承载力

1、工程概况

某道路工程因间距不满足放坡条件，该段设挡墙进行收坡。及为避免施工影响，该段挡墙选取尽量高的挡墙收坡。

工程地质情况：砂质黄土（Q4al）：黄褐色，稍湿，稍密～中密，地基基本承载力值为150kPa。该段地基土层为非自重湿陷性黄土层，湿陷等级Ⅱ级，湿陷厚度3～6m。

抗震设防烈度值为8度，设计基本地震加速度为0.2g。最大冻结深度56cm。

2、挡土墙设计

挡土墙选取的基本参数：φ0=35°，γ=18KN/m?，天然地基承载力150kPa。挡墙设计为填土高度2.5m，墙高8m的C30片石混凝土重力式路堤挡土墙。

3、挡墙基底处理

针对本工程，需通過基底处理将地基承载力150kPa提高至180kPa。根据工程情况，对挡墙基底处理的方法进行了设计分析。

⑴冲击碾压、强夯

黄土地区道路路基地基处理方法中，冲击碾压为常用的地基加固方法。冲击碾压的处理深度一般不大于3m，处理宽度不宜小于6m，长度不宜小于100m。针对黄土，强夯的有效加固深度可达到4～9m。本工程由于临近既有线，为避免影响既有线运营，设计不考虑采用冲击碾压及强夯进行地基处理。

⑵换填垫层

采用换填法处理地基，换填垫层厚度一般为0.5～3.0m。采用换填垫层法，地基承载力提高范围约20%～25%。本工程挡墙基底地基换填后地基承载力预计提高为180 kPa。根由于灰土具有抗渗及造价低的优点，黄土地区挡墙基底处理采用换填法时，优先考虑换填三七灰土。本工程基底黄土为Ⅱ级非自重湿陷性黄土。通过换填灰土垫层提高承载力，换填灰土垫层的基底摩擦系数取值0.3。采用换填垫层法，地基承载力提高范围约20%～25%，换填后[σ]=180 kPa。根据本工程设计的基本参数φ0=35°、γ=18KN/m?、 [σ]=180 kPa，当挡墙基底摩擦系数取值0.3时，捡算挡墙最大墙高为6m。基底摩擦系数取值0.4时，挡墙最大墙高可达到8m。为满足工程需求，需选用8m高挡墙，基底垫层需选取基底摩擦系数较大的换填材料。在本工程中，设计了采用碎石+中粗砂夹土工膜垫层。碎石可明显提高基底摩擦系数，增加挡墙的抗滑稳定性。在碎石垫层底部换填一定厚度的中粗砂夹土工膜，利用土工膜的防渗性能，防止挡墙基底黄土发生湿陷。

根据换填垫层计算公式，

Pz+Pcz≤k [σ] （1）

Pz= （2）

式中，Pz——垫层底面处的附加压力（kPa）；

Pcz——垫层底面地基容许承载力（kPa）；

[σ]——垫层底面地基容许承载力（kPa）；

k——地基承载力修正系数，挡土墙取值为1；。

b——基础底面的宽度；

Pk——基础底面处的平均压力（kPa）；

Pc——基础底面处土的自重压力（kPa）；

z——垫层的厚度；

θ——垫层的压力扩散角。

挡土墙基底宽度b=2.91m，基底应力Pk 值180kPa，墙趾压应力σ1=226 kPa ，墙踵压应力σ2=84 kPa 。

根据以上公式计算，当基础埋深为1m，换填碎石垫层厚度z为1.5m时，

θ=30°

Pc=1×18=18 kPa

Pz=2.91×（180-18）/（2.91+2×1.5×tan30°）=101.6 kPa

Pcz=2.5×18=45 kPa

Pz+Pcz=101.6+2.5×18=146.6kPa<150kPa，满足承载力要求。

设计采用1.0m碎石垫层+0.5m中粗砂夹土工膜（两布一膜）。基底换填为挡墙工程中常用的地基处理方式，尤其在湿陷性黄土地区，对基底的封闭更为重要。对地基承载力提高要求20%～25%的地基，优先考虑换填措施。

⑶复合地基

灰土（水泥土）挤密桩适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土地基，可处理深度为3～15m，为常用处理黄土地基的复合地基类型。当以消除地基土的湿陷性为主要目的时，宜选用灰土挤密桩。当以提高承载力、增强水稳性、降低压缩性和控制地基沉降变形为主要目的时，宜选用水泥土挤密桩[3]。灰土（水泥土）挤密桩复合地基承载力，应通过现场复合地基载荷试验确定，桩土面积置换率为承载力主要控制因素。

σsp=mσp+α（1-m）σs

式中，σsp——复合地基承载力（kPa）；

σp——桩体容许承载力（kPa）；

σs——处理后桩间土容许承载力（kPa）；

α——桩间土承载力提高系数。

本工程天然地基承载力150kPa，设置灰土挤密桩复合地基，灰土桩桩体容许承载力σp取值500 kPa[4，5]，桩间土容许承载力σs取值150 kPa，置换率m取0.2时，复合地基承载力可达到220kPa。桩长穿透湿陷性土层，取6m。根据置换率，桩径0.4m，正三角形布桩，桩间距0.85m。复合地基上部设0.5m厚度三七灰土加筋垫层。复合地基处理范围在挡墙墙脚外缘扩大1～2排桩，且不小于2m。

图3-3 复合地基断面布置图

基底摩擦系数0.3，[σ]=220 kPa时，本工程挡墙最高设计高度也为8m，满足设计要求。但处理方法较换填垫层法复杂，且经济造价较高，临近既有线施工存在安全隐患较多。通过以上分析，复合地基适用于地基承载力要求较高的工程，但本工程中采用灰土桩复合地基对设计的优化作用不大，挡墙的设计高度最大值仍为8m。地基处理方式要与上部结构统筹考虑才能取得更好的效果。

⑷钢筋混凝土扩展基础

采用钢筋混凝土扩展基础，可以减少挡墙基底偏压，减小挡墙对地基的承载力要求。参考挡土墙04J008图集[6]，采用钢筋混凝土扩展基础后，减小基底合力偏心距，提供基底平均压力Pk可减小到140～160kPa。基底换填0.5m中粗砂夹土工膜也可满足工程要求。

通过以上地基处理方法分析，针对本工程，根据施工方便、对既有线干扰最小，最终选择挡墙基底处理方式为换填垫层法。

4、结论

⑴底换填为挡墙工程中常用的地基处理方式，尤其在湿陷性黄土地区，对基底的封闭更为重要。对地基承载力提高要求20%～25%的地基，优先考虑换填措施。换填材料优先考虑灰土、水泥土，其次考虑碎石类土+中粗砂夹土工膜。

⑵当场地范围达到一定规模，且远离既有线时，冲击碾压及强夯为黄土地区挡墙基底处理的常用方法。

⑶复合地基适用于挡墙对地基承载力要求较高的工程。黄土地区优先采用的复合地基类型有灰土、水泥土挤密桩。

⑷地基处理方式要与上部挡墙结构统筹考虑才能取得更好的效果。

⑸钢筋混凝土扩展基础的使用对挡墙基底承载力的提高起到一定的作用，尤其对偏压严重的挡墙结构。