桩基承台挡墙在道路拓宽工程中的应用

叶琪

（福州市勘测院，福建 福州350108）

0 引言

随着城市建设的不断推进，大量的建设项目应运而生，为了适应各项工程在不同地形、地质等条件下的支护要求，支挡结构也出现了多种多样的形式，从早期简单的重力式挡土墙发展为抗滑桩、锚（杆）索、加筋土墙及其组合等多种结构形式[1]。在实际工程中，为了增大承台的抗剪能力及充分利用土体自重节约混凝土用量，桩基承台上部挡墙形式常常采用扶壁式挡土墙，且考虑到双排桩的门式刚架作用可以很好地抵抗水平力。在地基土软弱的地区，桩基础形式多采用双排桩。本文以双排桩基承台扶壁式挡土墙为例进行介绍。

1 工程案例

1.1 工程概况

某国道现状为填方路堤，双向四车道，已通车多年。路堤填料主要为碎石、块石，路堤边坡坡率为1∶1.10。为了满足日益增长的交通通行量需求，拟对该道路进行拓宽改造，拓宽后道路临空侧将形成一道最大高度约为8.4m的填方边坡，由于用地条件的限制，边坡拟采用近乎直立的支护方案。

1.2 工程地质与水文地质条件

1.2.1 工程地质条件

根据地质勘察资料，场地内地层主要由填石、淤泥、中风化花岗岩组成，各地层概况如下：

（1）填石。杂色，主要由抛石、碎石堆填，粒径变化范围以5～30cm为主，硬质含量＞60%，充填有泥、砂等，堆填时间超过10年。该层粒径变化较大，均匀性差，具有一定承载力，工程性质尚可。地基承载力基本容许值为150kPa。

（2）淤泥。灰黑色，饱和，流塑状态；含腐殖质，有腥臭味，夹薄层砂，属高压缩性软弱土层。该层承载力很低，工程性质很差。地基承载力基本容许值为50kPa。

（3）中风化花岗岩。灰白，较硬，湿，含云母片、长石及石英，岩芯钻方可钻进。原岩结构部分破坏，风化裂隙发育，主要被铁锰质风化产物充填。岩石坚硬程度属较硬－坚硬岩，岩体完整程度属较破碎－较完整，岩体基本质量等级属Ⅱ～Ⅳ类。该层承载力很高，工程性质很好，是良好的桩基持力层。

各岩土层物理力学性质见表1。

表1 各岩土层物理力学性质

1.2.2 水文地质条件

场地未见地表水。

场地地下水类型主要为赋存于填石层的潜水，地下水主要受大气降水和地表径流下渗影响。勘察期间地下水位埋深1.70～4.0m之间。

1.3 支护方案选用分析

由于用地条件的限制，支护方案以少占地的结构形式为宜，这样便排除了放坡的方案，剩下可供比选的方案主要为桩锚、双排桩和挡墙。若采用桩锚的方案，则锚索需要穿透深厚淤泥层，锚入基岩中，这样一来，锚索长度过长，施工困难，淤泥层由于新填土的压重继续固结沉降给锚索带来次生拉力，导致锚索受力过大甚至破坏；若采用双排桩的支护方案，悬臂高度最大将达到8.4m，桩顶将产生过大的变形，不利于抗滑桩的正常使用；若采用挡土墙的支护方案，由于用地条件限制，基础尺寸较小，基底在弯矩的作用下将产生较大荷载，超出填石层的承载力，且下卧淤泥层也不足以提供足够的承载力，为了满足地基承载力的要求，可选择地基处理或者桩基础的方案，根据地质资料，淤泥层穿透之后便为基岩，地基处理桩只能选择支撑于基岩上的刚性桩，该刚性桩竖向几乎没有位移，难以与桩间土协调变形形成复合地基，故基础方案以桩基础为宜。

所以，本工程支护方案拟选用“桩基础-承台-挡土墙”的结构形式。

2 工程设计的难点重点

2.1 竖向地基承载力

根据1.3节所述，支护方案采用桩基础方式，将挡墙自重及墙后土压力的竖向分力传递至基岩中，支撑于硬质岩石上的桩基竖向承载力主要由桩身强度控制。

2.2 桩基水平承载力

该支护结构水平承载力主要由桩基础提供，为了增大桩基的水平承载力，可采用双排桩的布桩方案，将桩基和承台处理为刚性连接，形成门式刚架，可大大提高桩基水平承载力。

2.3 承台抗剪、抗冲切承载力

采用双排桩-承台-挡墙的支护结构，应考虑前后排桩对承台的剪切、冲切作用，当挡墙采用扶壁式挡墙时，为了让承台满足抗剪切和抗冲切的要求，前排桩一般设置于墙面板底部，后排桩设置于扶壁底部，让扶壁也参与承台的抗剪、抗冲切，可以有效地优化承台的高度。

2.4 新旧路堤的不均匀沉降

旧路堤已运营多年，沉降变形基本已经完成，新建路堤填土范围主要为现状坡面与挡墙之间，该位置空间狭小，压实困难，若压实度控制不好，可能造成工后新旧路堤的不均匀沉降，故可选用易于压实的级配碎石回填。拟建挡墙由于设置了桩基础，挡墙范围内的沉降可忽略不计。

2.5 承台临时开挖

挡墙承台施工时需开挖坡脚，由于地层主要为填石，临时支护措施施工困难，经过现场调查，路堤填石内含有黏性土，自稳性较好，考虑采取放坡的方案。同时，为了降低临时边坡高度，本工程减少了承台埋置深度，为了避免坡顶行车与临时边坡的相互影响，对坡顶交通进行导改，封闭邻坡侧道路。

3 支护方案计算

桩基承台挡墙计算的原理根据扶壁式挡土墙的计算，该支护结构的设计计算流程如下：

计算扶壁式挡墙（底板即为承台）墙后土压力，根据墙后土压力和墙体自重确定挡墙配筋、墙底竖向力、水平力和弯矩[2]；

根据挡墙基底的竖向力和弯矩确定桩顶平均竖向力和最大竖向力，并验算单桩竖向承载力特征值是否满足要求；

根据挡墙基底的水平力确定作用于桩顶处的水平力，并验算单桩水平承载力特征值是否满足要求；

根据计算的桩顶反力值和拟选定的承台厚度、混凝土强度等级，验算承台抗剪、抗冲切和局部受压，并确定承台配筋。

4 支护方案设计

结合现场实际，通过计算，确定了本工程的支护方案，支护结构横断面如图1所示。

桩基础采用双排冲孔灌注桩，桩径1.2m，桩间距4.0m，排距2.5m，桩长进入基岩不小于1.2m；承台高1.0m，宽4.9m，埋深约0.5m，承台作为扶壁式挡墙的底板，与桩基础、墙面板、扶壁均刚性连接，桩身嵌入承台不少于100mm，承台挡墙应设置伸缩缝，伸缩缝间距不超过20m，缝宽20mm，并在缝内填塞沥青麻絮；扶壁式挡墙墙面板高约8.4m，扶壁梁中心线与桩基础横向中心线对齐，扶壁间距同桩间距取4.0m[3]。

扶壁式挡墙墙面板设置泄水孔以顺利排出墙后土体渗入的地下水，泄水孔坡度5%，间距2.0m×2.0m梅花形布置，最低排泄水孔距离地面30cm，泄水孔墙后设置反滤包避免泄水孔堵塞，并于最低排泄水孔之下设置夯实黏土，防止墙后地下水渗入墙底浸泡地基。

5 施工效果

图2为边坡支护结构施工完成后的效果图，根据施工过程与工后位移监测显示，新建路堤边坡稳定，支挡结构正常工作，很好地满足了道路的使用需求。

6 结语

双排桩基-承台-扶壁式挡土墙的支护结构由于受力明确合理、计算流程清晰，相比于软弱土地区的传统挡墙做法，占地更小，近年来越来越受到设计人员的青睐。在该结构中，墙体自重和墙后的土压力通过承台和桩基传递至桩周与桩端土体，解决了地基竖向、水平向承载力不足的难点，同时，将桩端设置于良好的持力层，极大地减少了新旧路堤的不均匀沉降，对类似工程有很好的借鉴意义。