舊路提級改造工程中新舊結合擋土墻加固工程穩定性分析

■崔彥平

（福建省交通規劃設計院有限公司，福州 350004）

省道S207 線壽寧下黨至尤溪段公路工程是下黨進鄉公路X942 提級改造工程的一部分， 項目的建設加大了國省道對壽寧縣域經濟發展的服務力度。 既有X942 公路為20 世紀90 年代修建的四級通鄉公路，該公路線形指標較差、邊坡較陡、擋土墻較高、路面較窄，若對該項目進行提級改造，傳統做法需開挖老路，拆除舊擋土墻，中斷老路交通，這將對附近鄉村居民出行，游客進下黨學習、旅游產生較大的影響。 為避免施工對現有交通的影響，以及提高老路提級改造后路基的穩定性，對舊擋土墻采用C20 混凝土錨注式擋土墻進行加固[1]。 本文采用理正巖土計算軟件對本項目新舊結合擋土墻加固工程進行穩定性分析計算[2-6]。

1 工程概況

1.1 工程概況

該項目K16+329～K16+344 路段原為半填半挖路段，右側為山體，左側緊鄰一條與道路平行的河流，老路路基左側設置衡重式路肩墻，高度8 m，老路典型橫斷面如圖1 所示。

圖1 老路典型橫斷面圖

1.2 工程地質

典型斷面的擋土墻基底落在碎塊狀強風化凝灰巖和中風化凝灰巖層，地基強度高，穩定性好，工程地質條件較好， 擋土墻基底巖層主要指標如表1 所示。

表1 基底巖層力學指標

2 擋土墻加固設計方案

通過對現狀擋土墻的分析， 綜合考慮工程特點、安全性和經濟性，推薦采用C20 混凝土錨注式擋土墻對舊擋土墻進行加固。 該方案可以有效節約資源，具有以下優點：（1）減少老路提級改造工程中對老路的開挖量，節約造價；（2）可充分利用現有路基擋土墻的穩定性，保證老路提級改造后路基的穩定性；（3）施工時不需要中斷交通，保證附近居民的便利出行；（4）采用錨注式方案，施工簡單方便，機械設備投入較少，從而節約造價。

施工前需對舊擋土墻的排水系統進行疏通，并通過對舊擋土墻鑿毛處理和錨桿使新舊擋土墻緊密結合。新舊擋土墻之間采用φ32 非預應力錨桿呈梅花形布置，布置間距為2.3×2 m；擋土墻基礎與地基之間采用φ20 系統錨桿連接。新加固擋土墻錨桿布置如圖2 所示，典型橫斷面如圖3～4 所示。

圖2 錨桿布置圖

圖3 擋土墻加固方案橫斷面圖（第一種截面）

圖4 擋土墻加固方案橫斷面圖（第二種截面）

3 擋土墻穩定計算分析

本文采用理正巖土計算軟件，分正常工況和設計洪水位工況對擋土墻的穩定性進行驗算分析。

3.1 正常工況

此種工況條件下擋土墻受到的外部作用力主要有：自重、背后土壓力、地基反力。 下面對正常工況下2 種不用截面形式的擋土墻的穩定性進行計算，2 種擋土墻截面形式計算模型簡圖如圖5～6所示。

圖5 正常工況擋土墻截面形式計算模型簡圖（第一種）

圖6 正常工況擋土墻截面形式計算模型簡圖（第二種）

3.1.1 滑動穩定性驗算

增強擋土墻抗滑性，一般是將擋土墻基底設置成倒坡的形式，本次計算第一種擋土墻基底傾斜角度為∠5.711°。 通過計算， 得到擋土墻的滑移力為126.449 kN，抗滑力為227.349 kN，抗滑動穩定系數Kc=抗滑力/滑移力=1.798； 第二種擋土墻截面與第一種增強抗滑動穩定性的方法相同。 通過計算，得到擋土墻的滑移力為86.371 kN， 抗滑力為164.596 kN，Kc=抗滑力/滑移力=1.906。

同時，計算得出第一種擋土墻地基土層的水平向滑移力和抗滑力分別為 171.065 kN 和225.451 kN， 地基土層水平向抗滑動穩定系數Kc2為1.318； 第二種擋土墻地基土層的水平向滑移力和抗滑力分別為118.698 kN 和162.604 kN，地基土層水平向抗滑動穩定系數Kc2 為1.370。

根據《公路路基設計規范》[7]，本項目第一種和第二種擋土墻抗滑動穩定系數Kc 分別為1.798 和1.318， 地基土層的水平向抗滑動穩定系數Kc2 分別為1.318 和1.370， 均大于規范規定的最小值

1.3，2 種擋土墻截面形式采用錨注式加固后結構穩定，符合相關滑動穩定性的要求。

3.1.2 抗傾覆穩定性驗算

對擋土墻進行抗傾覆驗算一般計算擋土墻繞墻趾的穩定性， 通過對2 種擋土墻截面進行計算，得到2 種擋土墻的傾覆力矩和抗傾覆力矩，由此得出的抗傾覆穩定安全系數K0=抗傾覆力矩/傾覆力矩，具體結果如表2 所示。

表2 正常工況抗傾覆穩定性計算結果

本項目第一種和第二種擋土墻截面抗傾覆穩定安全系數K0 分別為2.629 和2.918，均大于規范規定的最小值1.50。

3.1.3 地基應力及偏心距驗算

通過對2 種擋土墻截面地基應力及偏心距驗算，得到作用于2 種擋土墻截面的結果如表3 所示。

表3 正常工況地基應力及偏心距驗算結果

根據路基規范的相關規定，重力式擋土墻軸向力的偏心距e 不大于0.25B， 本項目第一種擋土墻基底寬度為3.184 m， 規范要求的偏心距為0.25×3.184 m=0.796 m，本項目偏心距e 為0.093 m，小于規范值，滿足規范的要求；本項目第二種擋土墻基底寬度為2.647 m， 規范要求的偏心距為0.25×2.647 m=0.662 m，本項目第二種擋土墻偏心距e 為0.370 m，小于規范值，滿足規范的要求。

第一種新建擋土墻墻趾處作用在基底的壓應力為167.886 kPa， 墻踵處作用在基底的壓應力為117.718 kPa，本項目第一種擋土墻地基允許承載力550 kPa，因此墻趾和墻踵壓應力均滿足承載力的要求。 第二種新建擋土墻墻趾處作用在基底的壓應力為20.2 kPa， 墻踵處作用在基底的壓應力為228.501 kPa，本項目第二種擋土墻墻趾處地基允許承載力為660 kPa，墻踵處地基允許承載力為715 kPa，因此墻趾和墻踵處壓應力均滿足承載力的要求。

3.2 設計洪水位工況

本項目設計洪水位采用25 年一遇洪水位，在設計洪水位工況下，擋土墻受到的外力除了正常工況下結構自重、墻后土壓力、地基反力之外，還增加了浮力以及墻前和墻后的水壓力。 對設計洪水位工況下擋土墻的穩定性進行計算，第一種擋土墻截面形式計算模型簡圖如圖7 所示，第二種擋土墻截面形式計算模型簡圖如圖8 所示。

圖7 設計洪水位工況擋土墻截面形式計算模型簡圖（第一種）

圖8 設計洪水位工況擋土墻截面形式計算模型簡圖（第二種）

3.2.1 滑動穩定性驗算

增強擋土墻抗滑性，一般是將擋土墻基底設置成倒坡的形式，本次計算第一種擋土墻基底傾斜角度為∠5.711°。 通過計算， 得到擋土墻的滑移力為115.8.35 kN，抗滑力為216.066 kN，抗滑動穩定系數Kc=抗滑力/滑移力=1.865；第二種擋土墻截面與第一種增強抗滑動穩定性的方法相同。 通過計算，得到擋土墻的滑移力為91.952 kN， 抗滑力為155.915 kN，Kc=抗滑力/滑移力=1.696。

同時，計算得出第一種擋土墻地基土層的水平向滑移力和抗滑力分別為160.274 kN 和213.748 kN，地基土層水平向抗滑動穩定系數Kc2 為1.334；第二種擋土墻地基土層的水平向滑移力和抗滑力分別為114.864 kN 和153.689 kN，地基土層水平向抗滑動穩定系數Kc2 為1.338。

根據《公路路基設計規范》[7]，本項目第一種和第二種擋土墻抗滑動穩定系數Kc 分別為1.865 和1.696， 地基土層的水平向抗滑動穩定系數Kc2 分別為1.334 和1.338， 均大于規范規定的最小值1.3，2 種擋土墻截面形式采用錨注式加固后結構穩定，符合相關滑動穩定性的要求。

3.2.2 抗傾覆穩定性驗算

對擋土墻進行抗傾覆驗算一般計算擋土墻繞墻趾的穩定性， 通過對2 種擋土墻截面進行計算，得到2 種擋土墻的傾覆力矩和抗傾覆力矩，由此得出的抗傾覆穩定安全系數K0=抗傾覆力矩/傾覆力矩，具體結果如表4 所示。

表4 設計洪水位工況抗傾覆穩定性計算結果

本項目第一種和第二種擋土墻截面抗傾覆穩定安全系數K0 分別為2.31 和2.635， 均大于規范規定的最小值1.50。

3.2.3 地基應力及偏心距驗算

通過對2 種擋土墻截面地基應力及偏心距驗算，得到作用于2 種擋土墻截面的結果如表5 所示。

表5 設計洪水位工況地基應力及偏心距驗算結果

根據路基規范的相關規定，重力式擋土墻軸向力的偏心距e 不大于0.25B， 本項目第一種擋土墻基底寬度為3.184 m， 規范要求的偏心距為0.25×3.184 m=0.796 m，本項目偏心距e 為0.018 m，小于規范值，滿足規范的要求；本項目第二種擋土墻基底寬度為2.647 m， 規范要求的偏心距為0.25×2.647 m=0.662 m， 本項目第二種擋土墻偏心距e為－0.364 m，小于規范值，滿足規范的要求。

第一種新建擋土墻墻趾處作用在基底的壓應力為140.196 kPa， 墻踵處作用在基底的壓應力為131.233 kPa，設計洪水位條件下本項目第一種擋土墻墻趾處地基允許承載力為660 kPa， 墻踵處地基允許承載力為715 kPa， 因此墻趾和墻踵處壓應力均滿足承載力的要求。 第二種新建擋土墻墻趾處作用在基底的壓應力為20.729 kPa， 小于本項目地基允許承載力660 kPa； 墻踵處作用在基底的壓應力為214.856 kPa，設計洪水位條件下本項目第二種擋土墻墻趾處地基允許承載力為660 kPa， 墻踵處地基允許承載力為715 kPa， 因此墻趾和墻踵處壓應力均滿足承載力的要求。

通過以上對錨注式擋土墻在正常工況和設計洪水位工況下穩定性驗算分析，得出此種加固方式有效、可行，滿足相關規范要求。

4 結論

本文依托省道S207 線壽寧下黨至尤溪段公路工程，通過理正巖土軟件對舊擋土墻采用C20 混凝土錨注式擋土墻加固方法進行驗算分析，得出此加固方案符合穩定性的要求，滿足相關規范要求。

目前，該項目的提級改造工程施工已經順利完成并通車，質量合格，施工成本低，且施工過程中保通效果好，說明此方案合理可行，可廣泛用于此類工程項目中。