坡角對公路坡間擋土墻穩定性影響技術研究

尤楊

公路坡間擋土墻是指半填半挖段的路基擋土墻，一般位于自然邊坡的坡面上。這種擋土墻構建難度大、結構復雜，容易發生失穩現象。它主要有兩種失穩類型：（1）單純失穩，是指由于填方質量不好，墻體支擋能力不夠，路面荷載過大引起的墻體本身失穩；（2）間接失穩，是指由于坡體滑移導致的墻體基礎外移，容易誘發整個墻體傾覆的嚴重工程事故，這在所有擋土墻事故中最嚴重，也是本篇論文研究的重點內容。本文以同三線（黑龍江同江—海南島三亞）棲霞—萊西高速公路1B標段K59+470～K59+630半填半挖段坡間擋土墻建設為工程背景，由于標段K59+480～K59+520范圍內擋土墻最高，具有代表性，因此本文將對這部分擋土墻系統的研究坡角對擋土墻穩定性的影響，分析擋土墻的破壞機理，為現場施工提供決策依據。

1.工程背景

本文所研究的坡間擋土墻工程位于同三線（黑龍江同江—海南島三亞）高速公路棲萊段，地處山東省棲霞市境內，全長160m。同三線棲霞—萊西高速公路1B標段K59+470～K59+630范圍內公路路堤修建在山體斜坡上，由于路堤較高，路堤的一部分是原有山坡，而另一部分是所填土體。開挖施工表明該處巖體為強風化花崗片麻巖，云母含量豐富，巖體松散破碎，承載力低。

2.公路坡間擋土墻初步設計方案

根據初步理論設計結果，本項目擬采用普通錨錠板擋土墻，由于所選標段內擋土墻高達17m，所以設置為兩級，在上下兩級墻之間設置分級平臺，平臺寬1.5m。擋土墻墻體厚60cm，采用標號C25混凝土，配筋為φ8@15×15cm，錨錠板規格為1m×1m×0.25m。擋土墻共采用拉桿6根，上級墻體4根，從距離路面2.5m的位置進行支護；下級墻體2根，從距離分級平臺1.5m的位置進行支護。拉桿采用φ25螺紋鋼，間距2m，拉桿長度見表1（由上至下依次排列）。

在對普通錨錠板擋土墻進行研究的過程中，選擇了具有代表性的原坡坡度，即原坡坡度為00、100、200、300和400的情況進行擋土墻破壞機理分析，揭露坡角對擋土墻穩定性的影響。圖1給出了原坡坡度為30？時擋土墻的巖性分布以及錨錠板的整體布局，模型寬44m，其中包括寬28m的路面，高30m，單元格規格為0.5m×0.5m。

本文運用美國明尼蘇達大學和美國Itasca Consulting Group Inc.開發的二維有限差分計算程序FLAC2D對擋土墻進行破壞機理分析與穩定性研究，計算過程中采用的力學參數見表2。

3.公路坡間擋土墻破壞機理分析與穩定性研究

通過模擬不同坡角對擋土墻位移場的影響可以得出，坡角變化對坡間擋土墻的變形趨勢和變形性質有明顯的影響（圖2—圖3）。主要體現在：隨著坡角的增加，擋土墻體參與水平變形的墻體范圍擴大，水平變形量增加，當坡度角增加到300左右時，擋土墻體和原始坡體產生相對錯位，墻體位移量增加的同時構成對擋土墻整體失穩的威脅；當坡度角增加到400左右時，除了擋土墻本身的變形加劇外，原始坡體產生“邊坡滑移”現象，擋土墻的穩定性既受擋土墻體本身強度和結合面強度的控制，也受原始坡體失穩條件的控制。因此對坡間擋土墻的建構，應因地制宜、有的放矢地采取“機理控制”的加固措施。

通過模擬不同坡角對擋土墻破壞場的影響可以得出：（1）坡間擋土墻發生破壞的部位主要集中在路基淺部和邊墻隅角處。本項研究中，路基破壞深度在5m左右，邊墻隅角內側墻體填土破壞寬度在5—10m范圍內，并與路基破壞區相匯合；（2）在原始坡體淺層3m左右深度出現大范圍的破壞區。當坡角小于200時，坡體破壞對坡間擋土墻的破壞形態和破壞性質沒有明顯的影響；當坡角大于200時，坡體破壞出現“邊坡滑移”破壞模式，隨著坡角的提高，擋土墻填土的破壞深度加大，過渡成為擋土墻失穩的主導因素，同時，路基淺層的拉破壞范圍擴大。

通過以上對坡間擋土墻位移場以及破壞場的分析可以得知：（1）坡角小于200時，坡間擋土墻的變形與破壞形態基本不受原始坡角的影響，其強度和穩定性取決于墻體本身的強度特性，破壞也是局部性的；（2）坡角大于200時，坡間擋土墻的強度和穩定性同時受到墻體本身和原始坡體強度的控制，主要表現在：隨著坡角增加，路基破壞加劇、坡面滑移造成墻體附加變形、邊墻基礎順坡滑脫，擋土墻出現整體失穩征兆。

由此可見，坡間擋土墻無論變形還是破壞都不是孤立不變的，坡角的變化將引起坡間擋土墻變形破壞從量變到質變的演化過程。坡間擋土墻的建構應充分考慮坡角的影響，采取機理控制的對策，對路基、墻體、坡體和邊墻基礎實施有針對性地加固方案。

參考文獻：

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