城市道路擋墻基礎(chǔ)防沉降措施設(shè)計

張 昕

（西安市政設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710068）

0 引 言

近年來擋土墻基礎(chǔ)處于軟弱下臥土或者其他不良地質(zhì)條件時，常規(guī)的基礎(chǔ)處理措施有CFG 樁、混凝土攪拌樁或其他類型的加固樁，用以提高基底承載力。而在非軟弱土或常規(guī)地質(zhì)條件下，擋土墻基礎(chǔ)處理方式相對較為單一，基底通常采用灰土處理或水泥土處理等淺層處理的方式。特別是城市道路中與橋梁臺背銜接處的擋土墻，由于橋梁承臺基礎(chǔ)與擋墻基礎(chǔ)間的剛度差異較大，隨著交通量的不斷增長，橋梁臺背與擋墻段的沉降差異問題逐漸顯現(xiàn)，這一問題不容忽視。針對這一問題，本文結(jié)合一處工程運用實例，對城市道路擋墻基礎(chǔ)防沉降措施進行探討。

1 工程概況

受現(xiàn)狀高速公路的制約，城市開發(fā)、建設(shè)用地被分割，高速兩側(cè)的居民出行受限，需要進行長距離的繞行。為了便于高速兩側(cè)居民出行，促進城市均衡發(fā)展，提高土地價值，本次將在規(guī)劃紅線范圍建設(shè)分離式立交一座，主線跨越高速公路，兩端設(shè)置地面輔道與城市道路形成平面丁字交叉，見圖1。

圖1 本工程設(shè)計效果圖

本工程主線跨線橋臺背兩端機動車道邊緣外均設(shè)置了扶壁式擋土墻與懸臂式擋土墻進行銜接，擋土墻高度約1.5～6 m。

2 工程設(shè)計

2.1 基本地質(zhì)情況

根據(jù)地勘報告，擬建項目場地基本地質(zhì)概況如下：

據(jù)勘探揭露，場地地層自上而下依次由第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4ml），上更新統(tǒng)風(fēng)積（Q32eol）黃土、殘積（Q31el）古土壤，中更新統(tǒng)風(fēng)積（Q2eol）黃土、殘積（Q2el）古土壤等構(gòu)成。各層土的野外特征分述如下：

①-1層雜填土（Q4ml）：主要由路面、路基、磚塊及混凝土塊組成，含少量黏性土和生活垃圾，成份雜亂，結(jié)構(gòu)松散。主要分布在場地表層，層厚0.80～5.00 m，層底深度0.80～5.00 m，層底高程512.61～520.56 m。

①-2層素填土（Q4ml）：主要由黏性土組成，含植物根、零星磚塊，土質(zhì)松散不均勻。層厚0.50～2.80 m，層底深度1.40～3.40 m，層底高程511.86～519.76 m。

②層黃土（Q32eol）：褐黃色，大孔結(jié)構(gòu)，可見蟲孔，偶見蝸牛殼，堅硬～可塑，以硬塑狀態(tài)為主。層厚3.00～12.90 m，層底深度4.60～15.70 m，層底高程499.31～516.76 m。

③層古土壤（Q31el）：棕紅色，具針狀孔隙，含白色鈣質(zhì)條紋及結(jié)核，底部鈣質(zhì)結(jié)核富集呈層狀，厚度約20 cm，硬塑狀態(tài)。層厚3.20～4.80 m，層底深度7.80～18.90 m，層底高程496.11～513.56 m。

④層黃土（Q2eol）：褐黃色，具針狀孔隙，土質(zhì)均勻，含蝸牛殼、白色鈣質(zhì)條紋及鈣質(zhì)結(jié)核，硬塑狀態(tài)。層厚7.10～10.50 m，層底深度17.20～28.80 m，層底高程486.21～504.16 m。

擬建場地屬自重濕陷性黃土場地，從現(xiàn)地面下1.50 m 起算，地基濕陷等級為Ⅲ級（嚴(yán)重）。 ②層黃土地基承載力基本容許值 [fa0] =140 kPa，粘聚力C=30 kPa,內(nèi)摩擦角φ=22°，重度γ=15.5 kN/m3。

擬建場地?zé)o地裂縫通過，除此外，未發(fā)現(xiàn)其它不良地質(zhì)作用，適宜建筑。

2.2 工程總體設(shè)計

為解決跨線交通問題，本次設(shè)計設(shè)置東西向跨越高速公路橋梁一座，主線橋南側(cè)設(shè)置人行及非機動車天橋，便于行人及非機動車跨越高速公路。主線部分為雙向4 車道，在橋梁兩端地面交叉口段設(shè)置輔道，輔道為雙向4 車道。主線部分利用橋下空間設(shè)置交叉口渠化段以增加地面交叉口車道數(shù)。

橋梁上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁與變截面鋼箱梁的組合形式，下部結(jié)構(gòu)橋墩采用墩頂外擴雙柱式方案，鋼筋混凝土實心墩。墩柱下設(shè)置承臺，承臺下設(shè)置鉆孔灌注樁，樁長55～60 m，樁基采用樁端后壓漿技術(shù)。

主線橋橋臺采用樁基蓋梁橋臺，橋臺下設(shè)置直徑為1 m 的鉆孔灌注樁。主線橋橋臺臺背后填土段兩側(cè)設(shè)置扶壁式與懸臂式擋土墻，墻高1.5～6 m。

2.3 擋土墻設(shè)計

本工程設(shè)計擋土墻位于橋梁承臺后，沿主線車行道邊緣連續(xù)設(shè)置，擋土墻平面設(shè)置位置及結(jié)構(gòu)剖面見圖2、圖3。

圖2 擋土墻設(shè)置平面圖（單位：m）

本工程擋土墻埋深以不小于70 cm 控制，擋墻基礎(chǔ)底面位于①-2層素填土范圍內(nèi)。

2.4 差異沉降原因分析

如前文所述，橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計以及橋臺設(shè)計均采用了樁基礎(chǔ)，而且樁基礎(chǔ)深度較大，施工工藝成熟，基礎(chǔ)的可靠性較高，建成后橋臺基礎(chǔ)剛度較大，工后沉降很小。與橋臺基礎(chǔ)設(shè)計相比較，常規(guī)的擋墻段基礎(chǔ)處理方式則較為簡單，通常采用基礎(chǔ)底部原土翻挖摻灰回填壓實的方式?；彝翐Q填的方式本身為一種常規(guī)處理措施，與橋臺基礎(chǔ)處理措施相比，較為薄弱，容易受施工人為因素影響，施工質(zhì)量把控相比較難，成型后容易產(chǎn)生工后沉降，導(dǎo)致?lián)鯄Χ闻c橋臺產(chǎn)生顯著的差異沉降。嚴(yán)重時，可導(dǎo)致?lián)鯄Χ雾敳颗c橋梁段頂部的防撞護欄出現(xiàn)明顯的錯臺或者拉裂，進一步導(dǎo)致防撞護欄頂部的附屬設(shè)施如聲屏障等的扭曲、破壞。

2.5 擋墻基礎(chǔ)防沉降措施設(shè)計

根據(jù)上文可知，本工程所處地域地質(zhì)狀況為Ⅲ級自重濕陷性黃土場地，濕陷性黃土及填土受水的影響,在上部荷載壓力和自身壓力作用下,土體結(jié)構(gòu)破壞,濕陷性減弱或消失,土的工程力學(xué)性質(zhì)明顯減弱,并產(chǎn)生顯著的附加下沉[1]，對基礎(chǔ)的處理是濕陷性黃土地區(qū)修建橋梁的重點和難點[2]。

為加強擋墻段基礎(chǔ)穩(wěn)定性，避免產(chǎn)生較大的沉降差異，本次設(shè)計在擋墻基礎(chǔ)處理中擬采取短樁對基底進行加強。在濕陷性黃土場地選用樁基類型時，應(yīng)根據(jù)工程要求、場地濕陷類型、施工條件和場地周圍環(huán)境等因素綜合確定[3]。本工程具體處理方案如下：

擋墻基礎(chǔ)下濕陷性黃土處理：C20 混凝土墊層底面以下40～100 cm 范圍內(nèi)原土開挖摻石灰（8%，重量比）后分層回填壓實。扶壁式擋土墻灰土基礎(chǔ)下設(shè)置灰土擠密樁，樁徑0.5 m，間距1 m，樁長7 m，樁身采用石灰土回填（摻灰15%，重量比），樁孔按等邊三角形布置，灰土樁處理后地基承載力設(shè)計要求應(yīng)不小于180 kPa。與承臺銜接處扶壁式擋墻灰土基礎(chǔ)下設(shè)置3 排素混凝土樁，樁徑0.5 m，沿道路前進方向相鄰兩排間距1.5 m，樁長10 m，樁身采用C30 混凝土，采用鉆孔灌注成樁。根據(jù)地勘報告，本工程擋土墻底部素混凝土樁以及灰土樁位于②層黃土（Q32eol）范圍，以硬塑狀態(tài)為主。

本次設(shè)計橋臺臺背擋土墻樁基礎(chǔ)施工現(xiàn)場照片見圖4。

圖4 橋臺臺背擋土墻樁基礎(chǔ)施工現(xiàn)場

2.6 樁端承載力計算及地基承載力檢測

根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（JTG 3363-2019），對支承在土層中的鉆（挖）孔灌注樁，其單樁軸向受壓承載力特征值計算公式如下：

根據(jù)《規(guī)范》表6.3.3-1 樁側(cè)土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值qik取值范圍，本次按照保守考慮，取qik=55 kPa，數(shù)值代入計算可知，本工程擋墻基礎(chǔ)底部素混凝土樁單樁軸向受壓承載力約432 kN。本工程設(shè)計最高擋墻考慮地震作用下基底最大總豎向力約357 kN/m，因此本工程擋墻基礎(chǔ)下混凝土樁的布設(shè)方式，可較大程度的提高基底承載力，達到設(shè)計預(yù)期。

根據(jù)實際現(xiàn)場檢測，灰土樁處理部分擋墻基底復(fù)合地基承載力特征值均達到180 kPa 以上，有效提高了地基承載力，滿足設(shè)計要求。

3 結(jié) 語

通過工程實際應(yīng)用與建成后一年的觀測，本文形成結(jié)論如下：

（1）濕陷性黃土地區(qū)，常規(guī)的擋墻基礎(chǔ)處理方式，受工期、施工質(zhì)量控制等因素影響較大，往往容易造成不均勻沉降。

（2）本工程綜合考慮工程效果、施工復(fù)雜程度以及工程造價等因素，在橋臺后擋墻段設(shè)置素混凝土樁以及灰土樁的組合，是對擋墻段常規(guī)基礎(chǔ)處理措施的加強。

（3）本工程采取的措施能夠有效加強擋墻基礎(chǔ)，減小擋墻段與橋臺的沉降差異。經(jīng)過實際觀測，差異沉降得到有效控制。