桩板式挡土墙在市政道路边坡加固中的设计与应用探讨

摘要：本文以市政道路拓宽改造工程路堑边坡加固整治为例，对桩板式挡土墙在道路边坡加固中的应用，从桩板式挡土墙基本参数拟定及计算、逆作法施工工序及监测方案等方面进行阐述。

关键词：路堑桩板墙；边坡加固；设计；工程应用

1 引言

随着社会经济的快速发展，城市化水平不断提高，交通流量日趋增长，部分城市道路已不能适应发展的需要，急需通过改造升级，实现“改造一条道路，创造一片效益，美化一片环境，凸显城市特色”的目的。该类工程都属于旧路改扩建，受限条件较多，改造工程与新建道路相比更加复杂繁琐，尤其是受道路红线宽度或周边建筑物影响时，往往需要采用非常规结构。

一般情况下，土质路堑段边坡可采用放坡开挖处理，放坡条件不足时则需要设置支挡结构，当红线外侧存在民居、厂房或电力设施等构筑物时，常规的重力式挡墙墙背开挖将导致拆迁或构筑物失稳，从而增加投资或引发工程事故。此时需考虑断面开挖小、对周边建筑影响最小的支挡形式，根据土质边坡特点，参考国内之前类似工程，依据基坑支护理论，通过改进桩板式挡土墙断面布置及约束形式等办法，得出土质路堑段桩板式挡土墙计算方法及设计思路，并将其用于实际工程设计计算，以期为类似工程设计计算提供参考依据。

土质路堑段桩板式挡土墙主要由支护桩、挡土板和附属设施组成，不设横向锚杆或锚索等约束。支护桩采用钻孔灌注桩，挡土板采用现浇混凝土。墙面直立，采用逆作法开挖施工，主要工序为先施工钻孔灌注桩，后分层开挖桩前土施工挡土板。

本次选用我院设计的深圳市龙岗区嘉湖路市政道路工程中桩板墙设计实例作基础进行计算：道路人行道边距2.5m外为一现状6层建筑（总高约18m），人行道设计标高比现状建筑地坪低5～6m，因墙背无法开挖施工，常规挡墙无法施工。为减少建筑拆迁，保证现状建筑安全，拟在人行道外侧设置桩板式挡土墙。墙身主要位于粉质、砂质粘土层，悬臂段高度为5～6m，钻孔灌注桩桩径1.2m（1.6m），桩间距2.0～2.2m，埋深10～19m。

2 桩板式挡土墙基本参数拟定及计算

2.1 规范和计算模式

现行《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330―2002）及《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）均未对桩板墙有相关规定，仅在《公路路基设计规范》中对抗滑桩做了规定，土质路堑段桩板墙与抗滑桩结构有相似之处，但计算模式与适用条件均不相同，不能作为设计依据。故在设计模式上，主要参考现行《铁路路基支挡结构设计规范》，根据土质边坡特点及排桩支护特点，计算模式以基坑支护计算模式为基础，以《建筑基坑支护技术规程》为依据，并按公路规范规定的变形要求做相应调整。

2.2 横向变形约束的取舍

国内类似工程中，一般都会对桩板墙采用锚杆或锚索的横向约束。规范一般仅说明须注意变形协调，但并未规定具体计算方法及量化指标。基于以下两个方面考虑，针对土层中桩板墙不考虑锚杆横向约束：

1）锚索伸入厂房或仓库下方，且深入长度较长，不利于后期地块开发建设，一旦被破坏，存在较大安全隐患；

2）因砂浆与土层粘结强度有限，抵抗变形能力差，故土质路段一般不采用预应力锚索。

2.3 桩板墙尺寸拟定

桩板墙中挡土桩采用悬臂式，根据路基防护高度，桩基采用Φ160cm及Φ120cm直径钻孔灌注桩，标准桩间距为2.2m及2.0m。挡板为现浇混凝土板，板厚25cm。具体桩基一般设计原则为：

1）路基防护高度为6～7m时，桩基采用Φ160cm桩径，桩间距采用2.2m；

2）路基防护高度为5～6m时，桩基采用Φ120cm桩径，桩间距采用2.0m；

3）路基防护高度为4～5m时，桩基采用Φ120cm桩径，桩间距采用2.2m。

桩顶设置冠梁，冠梁高度为1.0m，根据桩径不同宽度为1.45m及1.85m两种，部分冠梁顶设置防撞墙。

2.4 深基坑计算模式下的桩板墙计算

2.4.1、主要计算参数

1）工程结构安全等级为二级，结构重要性系数1.0；

2）抗震设防烈度：7度；

3）土的侧压力采用朗肯理论计算，砂性土采用水土分算，粘性土层采用水土合算；

4）钻孔桩结构变形允许值：桩顶最大水平位移不大于0.4%H，且不大于50mm；地面最大沉降0.3%H（H为路基支挡高度），且不大于40mm。

2.4.2、工程地质条件

原始地貌单元为剥蚀残丘，现状为杂树林，植被较发育。场地内大的边坡主要为土质边坡。土质边坡在勘察深度范围内边坡岩土体自上而下有残积土、全风化、强风化、中等风化及微风化之分，岩层起伏较大，没有明显的分界线，在山体范围内未发现危及边坡稳定的断裂及连续软弱结构面，亦未发现出现大规模滑坡前兆的迹象及古滑坡。土质边坡不存在大规模的块状的楔形体破坏型式，因此其整体破坏模式为岩土层内的圆孤滑动型式。

2.4.3、支护计算荷载及采用软件

1）土压力及水压力，水压力取道路路面高度为地下水位线计；

2）地面堆积荷载及大型车辆的动、静荷载；

3）周边建（构）筑物的作用荷载：20KPa；

4）施工荷载：20KPa；

5）采用理正深基坑计算软件6.01进行计算。

挡土桩计算模型如图2所示。

2.4.4、主要计算结论

因路基防护范围内支挡高度基本位于4.0～8.3.0m区间，从经济角度考虑，支挡计算进行分区设置，支护计算按5.0m、6.0m、7.0m及8.3m高度计算，计算内容包括支护桩的内力、位移、地表沉降量、整体稳定及抗倾覆稳定，限于篇幅，本文仅选取最高支挡深度8.3m计算结果。

1）内力、位移及地表沉降计算

内力计算采用增量法，依据施工程序按开挖2.5m、5.5m、8.3m深度三种工况进行计算，对应于工况1～3。三种工况的内力、位移包络结果如图3所示、地表沉降量如图4所示。

结果表明，桩顶最大水平位移为34.5mm，满足规范要求；根据桩身内力进行配筋设计，在正常配筋率的范围内能够满足承载能力的要求且裂缝宽度也小于规范限值；基坑外地表沉降量规范容许值为40mm，按三种不同方法计算，“指数法”偏安全的计算结果为41mm，仅超限1mm，“三角形法”、“抛物线法”的计算沉降量分别为27mm、16mm，均具有较大富裕，因此可认为满足规范要求。

整体稳定计算采用瑞典条分法，其土条宽带取1.0m，计算安全系数 Ks = 3.001，满足规范要求。

抗倾覆安全系数按式1进行计算：

（1）

Mp――被动土压力及支点力对桩底的抗倾覆弯矩，对于内支撑支点力由内支撑抗压力决定；对于锚杆或锚索，支点力为锚杆或锚索的锚固力和抗拉力的较小值。

Ma――主动土压力对桩底的倾覆弯矩。

计算结果表明，工况3的安全系数最小，为Ks = 2.447 >= 1.200，满足规范要求。

3 逆作法施工工序及监测方案

桩板墙支护体系采用逆作法施工工艺，具体施工流程为：施工钻孔灌注桩->施工冠梁->开挖道路侧2m厚度土体->凿除钻孔桩道路侧部分混凝土、施工第一阶段挡板->再次开挖2m高度土体->凿除第二阶段露出的钻孔桩部分混凝土、施工第二阶段桩板墙->依次施工完最后阶段挡板->挡板外墙装饰、绿化、防撞墙及其它。

为避免开挖桩后土体，墙后排水采用钻孔敷设软式透水管排水方法，通过面板穿孔排至碎落台。并对碎落台处进行垂直绿化处理。

参照基坑支护工程，本项目桩板墙是一种风险性大的系统工程，施工应遵照动态设计、信息化施工规定，确保挡土桩开挖基坑本身及周边环境的安全。主要监测内容有：土体顶部水平位移、土体顶部沉降、碎落台边缘沉降、地下水位、挡土桩的水平位移、挡土桩的沉降、挡土桩结构裂缝、桩顶周围地表裂缝、桩顶周围地表位移、周围建筑物的沉降及位移、建筑物的裂缝、重要电力或地下管线等设施的变位与破损、水管等渗漏情况以及渗水等情况。

桩板墙施工期间监测布置如图6所示。

4 结语

桩板式档墙主要适应于：对周边有用地限制的填方路段，用于缩减用地规模，减少房屋拆迁及农田占用。根据目前发展趋势，在挖方路段应用也越来越多，主要是应用于挖方段坡顶用建筑物或其他设备，按普通重力式挡墙没有开挖位置，直接采用桩板式挡墙，逐级开挖，避免坡顶建筑物拆迁。随着对用地和周边建筑物控制越来越严格，桩板式档墙技术将得到越来越广的应用，因此，应好好掌握其技术。

参考文献：

[1]《城市道路工程设计规范》（CJJ37-2012）。

[2]《城镇道路路面设计规范》（CJJ 169-2012）。

[3]《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）。

[4]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）。

[5]《建筑基坑支护技术规程》（DBJ/T15-20-97）。

[6]《公路挡土墙设计与施工技术细则》。

[7]《城镇道路工程施工与质量验收规范》（CJJ 1-2008）。