公路路基挡土墙防护设计及施工方法

2022-10-12杨美汪

交通科技与管理 2022年19期

杨美汪

（中国公路工程咨询集团有限公司,北京 100089）

0 引言

通过公路路基挡土墙的设置，有效支撑路基填土或山坡土体，以防变形、坍塌，从而为车辆通行提供安全保障。挡土墙的设计及施工水平均要得到保障，如此才可发挥出挡土墙的应用优势[1]。为此，有必要加强探讨，明确挡土墙设计及施工的关键要点，促进挡土墙建设工作的有效开展。

1 挡土墙的类型及适用范围

按使用场合的不同，挡土墙分为多种形式，如下：

（1）路肩墙：墙顶位于路肩，通常建设于陡山坡处，此类构造物的建设能够收缩坡脚，由于结构尺寸得到优化，可避免过量侵占农田的问题，同时维持路基的稳定性，竖直式和仰斜式挡土墙多在该处应用。

（2）路堤墙：建设位置在路堤边坡处，主要适用于场地受限的工程场景中，对防止陡坡路堤下滑有重要的作用，竖直式和仰斜式挡土墙多在该处应用。

（3）路堑墙：建设在路堑边坡处，其作用在于降低边坡高度、减少开挖量，对施工现场的生态环境较为友好。若现场的地质条件较差，在设置路堑墙后还可起到阻止山体滑坡的效果，附斜式和折线式多在该处应用，见图1。

图1 重力式挡土墙

（4）山坡墙：建设在山坡上，具有支承作用，用于稳定可能坍塌的覆盖层土体，以免其滑落。

（5）浸水挡土墙：通常建设在沿河路堤处，结构尺寸调整方面，重点对坡脚做收缩处理，以此来削弱水流冲刷作用。

2 公路路基挡土墙的作用

2.1 对路基与周围建筑的保护作用

以往路基施工中易由于防护不当导致周边建筑受损，不利于工程正常施工和周边建筑的稳定使用。通过路基挡土墙的建设，在提高路基结构性能的同时实现对周边建筑的有效防护，避免建筑结构受损。由于现场异常状况的减少，施工可按照计划有条不紊地进行，施工质量也将有所提高[2]。

2.2 对公路交通的安全保护作用

公路工程应具有耐久性，以便满足长期的交通运行要求。路基施工质量对公路耐久性有显著的影响，稳定可靠的路基可降低路面产生不均匀沉降的概率，保证车辆的平稳通行。路基施工中，挡土墙属于重要部分，建设挡土墙将在一定程度上维持路基内部结构的稳定性，保障公路的正常使用。

3 公路路基挡土墙的设计原则

路基挡土墙的建设规模较大，合理的设计是有效施工的关键，也是充分发挥出挡土墙对道路保护功能的重要前提。在现代化的公路建设中，路基挡土墙的建设除了考虑经济效益外，还需充分兼顾社会生态环境保护需求，实现公路建设事业的发展和生态环境的保护。因此，在路基挡土墙的设计中必须以安全、可靠、生态为基本的原则，确保设计出的方案能够有效落实到位，以便发挥出挡土墙应有的应用优势。

4 公路路基挡土墙设计

4.1 工程概况

在某公路改扩建工程中，挡土墙属于重点建设对象。设计人员高度重视挡土墙的设计，综合考虑沿线地貌、地形、水文等自然条件，遵循因地制宜、安全可靠、生态环保等基础原则，开展路基挡土墙的设计工作。现场勘察结果显示，项目建设现场的地质条件复杂，地基土缺乏均匀性，需富有针对性地进行设计，保证路基挡土墙设计方案具有可行性。

4.2 设计重点

（1）挡土墙构造设计。墙背俯斜坡度以1∶0.25~1∶0.4为宜，仰斜坡度以1∶0.25~1∶0.3为宜，上墙墙背俯斜坡度控制在1∶0.25~1∶0.45，具体需要根据墙身的高度和强度两方面做灵活的控制，保证坡度参数具有适用性。

墙面坡度的设置需要考虑到墙背坡度的情况，两项参数需保持协调；墙趾处地形坡度也是参数设计中不容忽视的对象，根据规律，随着地形坡度的增加，墙背坡度对墙高的影响越显著。若地面地形平缓，坡度可放缓，较陡峻时则以1∶0.05~1∶0.20较为合适。在参数协调控制方式下，仰斜式墙面坡度与墙背坡度需保持一致，或是在条件允许时小幅度缓于墙背坡度。根据墙面形式的不同做针对性的考虑，对于衡重式墙面，可设置为1∶0.05的坡度。

（2）挡土墙基础埋置深度的设计。土质基础，埋深不小于1 m，存在冻结现象并且冻结深度在1 m以上时，需要重点处理的是冻结线以下0.25 m的区域，对该部位做换填处理，可选择不冻胀材料。对于设置在不冻胀土层的基础，在控制埋深时无须过多地考虑冻深，换言之，此时冻深对埋深的制约性较弱。基础为硬质岩石地基时，设置的挡墙基础所处位置应规划在风化层以下的区域。若工程现场存在清除难度较大的厚风化层，宜将基础设在风化层中[3]。

4.3 挡土墙材料及结构的设计

（1）挡墙墙体用C20片石混凝土施工成型，路肩挡土墙顶部用C30混凝土施工。

（2）毛石间分层有序排列，为使毛石有足够的稳定性，统一按照大面向下、小面向上的方式设置。毛石间存在部分空隙，该处用混凝土填充密实。毛石的强度等级不小于MU30，应同时满足坚硬、洁净、未风化、无裂缝的要求。

（3）按要求将透水管埋设到位，注重防护，以免水泥浆进入管内。

（4）分段砌筑挡土墙，单段长度以10~15 m为宜，具体视现场施工条件做灵活的调整。局部地基性状高度存在变化，在该处设沉降缝，宽度控制在2 cm，缝内填塞沥青麻筋。

（5）墙后填料的内摩擦角Φ≥35°，填筑夯实作业安排在混凝土强度达到70%以上时进行，此时的墙体更具稳定性。

（6）为减小水侵蚀问题，施工前采取地面排水措施，经过排水处理后使地面及坡面保持干燥的状态。此外，考虑到挡土墙耐久性的要求，施工后及时设置坡顶及坡底排水体系。

（7）针对部分地基承载力不足的情况，或是现场施工揭示的地质条件不符合工程要求时，均及时与建设单位、设计单位等相关主体取得联系，就实际情况加以协商，生成更适应于现场实际条件的变更方案。

5 路基挡土墙施工

5.1 石砌施工

（1）施工准备。从现场施工条件出发，制定科学可行的设计方案；全面检查脚手架、跳板等各类施工设施，要求结构稳定；准备石砌施工所需的材料，进场时安排检验。

（2）堆放顺序。台阶堆放属于重要环节，在台阶桩的施工中，有必要适时设置伸缩缝或沉降缝。工程施工采取分层荷载的方式时，于路面转角部位的面石处施工，再对该部分做饰面处理，提升表观质量。

（3）施工要求。为保证石砌结构的完整性和稳定性，在选材时优先选用平坦同时尺寸较大的砌块。

5.2 厚路肩护墙施工

建设位置安排在路肩处，具体作业要点如下：

（1）基坑的开挖。以机械为主、人工为辅的方案开挖基坑。开挖前，先测放边线、中线，设定桩标，结合工程开挖要求标记出具体的开挖深度和高程。正式开挖时，先启用挖掘机，高效开挖至设计标高以上30 cm的位置，再由人工完成剩余部分的开挖作业，此方案能够同时兼顾开挖高效性和开挖进尺精准性的要求，以免出现超挖现象。开挖期间，现场作业人员加强对基底的检查，确定具体的宽度和高度，根据实际情况采取控制措施，以保证开挖尺寸的合理性。

（2）基底的处理。挡墙地基承载力不足时，先针对挡墙基底做加强处理，使其维持稳定。基底处理至设计标高后，对基底做夯实处理，直至实测密实度超过90%为止。于底部铺设碎石垫层，用于提升基底的摩擦力，铺设完成后用打夯机夯实，使铺设部位有足够的密实性。此后，测量顶面高程，根据测量结果安排垫层的混凝土浇筑作业。

（3）模板的安装。取钢模板，先详细检查钢模板，完成形态修整、表面杂物清理等相关准备工作。于钢模板外侧设置方木，形成外衬结构，向四周的墙壁设钢管，发挥出支撑的作用，维持墙壁的稳定性，内部则设拉杆。墙身模板材料选用的是厚度为1.2 cm的竹胶板，横向布设方木，作为加劲肋。侧模安装时，用φ16 cm的螺栓定位，螺栓布设间距统一控制在80 cm，螺栓穿孔采用内径20 cm的PVC管。模板拼装成型后，旋紧螺栓，使其保持紧固的状态。向模板拼缝部位粘贴海绵条，增强该处的严密性，防止漏浆。

（4）混凝土的浇筑。分部依次进行，其中挡土墙基础一次浇筑到位，墙身分三段有序施工。混凝土浇筑前，先对底层混凝土做凿毛处理，使新浇筑的混凝土与底层稳定结合。在基础的混凝土浇筑过程中，设滑槽入模。分层浇筑，单层厚度约为30 cm，每完成一层的混凝土浇筑后随即采取振捣措施，提升混凝土的密实性。振捣作业人员注重防护，避免出现过振或漏振的情况。

5.3 公路路基挡土墙防护施工要点

挡土墙基础的施工效果对挡土墙的稳定性有显著影响，挡土墙基础开挖后应安排检验，评估基础具备的承载性能是否达到要求，避免由于软弱地基的出现导致挡土墙不均匀沉降、开裂。遇到松软地面时，及时将现场情况完整汇报给设计师、业主等，从现场实际情况出发，采取挤压、换填或是其他的应对措施，改善地基的受力状态，提高承载性能，为挡土墙的稳定性提供保障。同时，挡土墙基础的摩擦系数应达到要求，目的在于提升结构的防滑性能。埋深应得到控制，埋深较浅时基础稳固性欠佳，易影响挡土墙结构的稳定性。

地下水或地表水易对挡土墙造成水侵蚀作用，加剧墙体的受损，墙后方的土由于水的侵入达到饱和状态，稳定性减弱。墙体被冻结后，结构形态出现异常，受力性能降低。而纵观现状，部分施工单位在挡土墙的施工中并未充分关注到排水设施的建设，由于水侵蚀现象未得到及时的解决，易诱发结构失稳问题。在挡土墙的排水施工中，须根据各区特点做针对性的分析。通常，设计挡土墙仅考虑主力系统的作用，洪泛区应兼顾附加力带来的影响，地震区需根据当地地震资料评估挡土墙受到地震作用时的状况。设计的排水设施需要具备高效排水的能力，将水侵蚀作用降到最低，保证挡土墙的稳定性。

挡土墙背回填时，填料的性质对回填效果具有影响，应优先选择透气性较佳的填料。膨胀土和淤泥在挡土墙背回填中缺乏适用性，原因在于水渗透性较差，对水较为敏感，干燥环境中收缩脱水干裂，形态发生变化，剥离后墙；遇水后快速膨胀并趋于软化，水难以被高效排出，加筋土挡墙所受的压力明显偏高，在高强度的外部作用下墙体有爆裂的可能，或是挡土墙发生整体滑动乃至倾覆，严重影响施工质量并威胁到人员的人身安全。因此，须妥善选用回填材料，用试验结果论证是否具有可行性，再有效回填。

6 挡土墙施工监测

加强施工监测，根据监测数据判断挡土墙的施工质量监测方法，如下：

（1）水平位移监测：于挡土墙的顶部埋设斜侧管，布设间距统一按30 m予以控制。为使测斜管有足够的稳定性，其埋入中风化岩层的深度需达到2 m。经过水平位移监测后，判断挡土墙变形对周边建筑物的影响。

（2）垂直位移监测：沿边坡方向布设观测点，间距控制在15~20 m，必要时做适度的加密处理。此外，在坡底沿道路方向按相同的间距依次布设测点。

（3）支护结构变形监测：测点布设间距控制在15~20 m，根据监测数据判断支护结构的变形程度，据此评估支护结构是否具有可行性。

（4）地表裂缝监测：监测对象指的是挡墙坡顶超过1.5倍边坡高度的区域，经过监测后判断地表的裂缝情况，若有异常的裂缝，随即采取控制措施，阻止裂缝的发展。

（5）监测频率。施工前，安排2次初始位移值的监测工作（连续进行）；施工期间，监测频率调整为每2个星期1次；经过挡土墙施工后，降低监测频率，以每1~2个月安排一次监测较为合适。监测频率无明确的限定，可根据实际状况做灵活的调整，例如现场存在暴雨天气或某些极端情况时，需要增加监测次数，及时掌握最新的情况。此外，监测期间的各项数据均要得到全面的采集与记录，作为反映实际状况的重要依据。