貴陽市某道路高填方邊坡抗滑樁板墻支護失效原因分析及對策

一、引言

支護結構上的主動土壓力計算有水土分算和水土合算兩種方法，計算結果差別較大，充分認識邊坡土體的滲透性、水土相互作用機理是正確選擇計算方法的根本，采用錯誤的計算方法，是導致許多支護事故的主因，本文就貴陽市某道路高填方邊坡支護失效原因分析來論證正確選擇主動土壓力計算方法的重要性。

二、工程概況

貴陽市某道路路段由于地形條件原因需進行道路回填，填方區長約180米，填方高度約10~47米；填方區下游為居民小區，填方邊坡安全等級為一級。設計擬采用抗滑樁板墻的支護型式。

高填方段衛星圖

三、工程地質條件

1、地形地貌

場地原地貌為溶蝕沖溝地貌，地形坡向為310°，坡度為20~40°，整個填方區為南陡北緩，經道路施工挖填后形成階梯狀邊坡。

2、地質構造

場區位于貴陽中曹向斜北東翼，地質構造較復雜。下伏基巖為石碳系碳酸鹽巖系；場區地層產狀為：170°~190°，傾角10°~20°，受向斜構造及斷層影響，巖體微裂隙發育，泥質、方解石脈、晶體充填，局部巖體較破碎。

3、地層巖性

該路段第四系覆蓋層為含碎石的殘坡積土和填土，下伏基巖為石碳系擺佐組（C1b）白云巖，淺灰色、灰白、肉紅色中~厚層、團塊狀，巖石屬較硬巖，巖體基本質量等級為Ⅳ級。

4、地下水

場區巖石節理裂隙、巖溶較發育，地表水體沿巖石節理、裂隙入滲；其補給來源完全受大氣降水控制。區內地勢相對較高，該段原始自然邊坡為大沖溝；地下水主要為第四系松散土孔隙水及賦存于巖溶管道、基巖裂隙中的巖溶裂隙水，由于大氣降水是直接補給，故地下水受季節影響大。

經現場走訪調查，該區域原地貌發育三個出水潛點，部分區內地下水經裂隙、巖溶管道徑流并由該潛水井排出，回填施工后出水井已被覆蓋，地下水由回填土滲透并匯聚于坡底，對回填邊坡將造成安全隱患。

四、治理方案比選

1  放坡方案

根據現場地形條件，邊坡采用臺階式放坡。

自下而上選擇：護腳墻（高6.0m）四級邊坡坡率1：1.5（高10.0m）碎落臺（寬1.5m）三級邊坡坡率1：1.5（高10.0m）碎落臺（寬1.5m）二級邊坡坡率1：1.5 （高10.0m） 碎落臺（寬1.5m）一級邊坡坡率1：1.5 （高10.0m）。因放坡占用耕地，且征地難度大，不符合處治原則，否決了本方案。

2  擋土墻方案

根據現場地形及征地情況，擬采用高擋土墻支擋方案。

因原地表覆土較厚，擋土墻基礎承載力很難達到設計要求，并且填筑高度較大，導致側向土壓力過大，一般塊石擋土墻很難維持邊坡的穩定，而鋼筋混凝土擋土墻成本大，故本方案沒有被采納。

3  樁板墻方案

樁頂以上填土高度為13.3m～30m，每10m分一臺階放坡，坡率1：1.5，臺階寬度1.5m。同時根據坡腳處縱斷面、用地情況確定樁板墻處治路段共計約140m。根據地基地質情況及樁端埋置的一般原則確定樁長，一般介于9m～31m之間。

經過穩性計算，決定采用樁板墻進行路堤支擋。樁板墻由樁、擋土板組成。

本工點共設置33根長9～31m的樁板墻，樁身截面3.0m（主滑方向）×2.5m，間距5m，樁埋置基巖內的嵌固端深度一般為樁長的2/5。樁間支檔采用預制鋼筋混凝土擋板，樁板墻的起點、終點與邊坡重力式擋土墻順接。

樁和板均采用C30混凝土。擋土板為預制矩形板，規格為0.3m×0.5m×3.1m。擋土板需預留泄水孔，孔內設置直徑50cm透水管，透水管應外包1～2層滲水土工布，泄水孔豎向間距為2m。樁板墻以上采用1：1.5分臺階放坡。

樁板墻驗算：

選擇樁板墻典型、最不利橫斷面（填土高度最大）情況進行推力計算：樁長31.3米，嵌固深度13米樁板墻結構計算。庫倫主動土壓力計算結果：Ea=1969 (kN) ，作用點高度 Zy=5.921(m)。據以此受力進行結構配筋。

本著“一次根治、不留后患”的處治原則，兼顧減少征地、節約投資、縮短工期、消化廢方等因素，高路堤支護最終采用樁板墻支檔方案。

五、事故及原因分析

1、事故現場

因連續多天暴雨，樁板墻支護體系中間一排22根樁全部被剪斷，已經通車的道路半幅下陷，垮塌的填土塊石邊坡沿著沖溝坡勢向下傾瀉，嚴重威脅著下游居民的小區人生財產安全。

2、原因分析

因該高填方區填土主要為就地取材的路塹邊坡開山放炮的塊石碎石，夾了少量的粘土，塊石、碎石填土孔隙大，透水性強，根據《土力學》（第二版.清華大學 李廣信）及《建筑邊坡工程技術規范》GB50330-2013之6.2.6，計算土壓力時應按水土分算方法，而本樁板墻的支護設計時土壓力計算采用的是水土合算方法。

（1）水土合算，就是不單獨考慮水壓力的作用，認為土空隙中的水都是結合水，沒有自由水，因此不形成水壓力。土顆粒與其空隙中的結合水是一整體，直接用土的飽和重度計算土體的側壓力即可。

（2）水土分算，就是分別計算水、土壓力，以兩者之和為總側壓力。計算土壓力時用土的浮重度，計算水壓力時按全水頭的水壓力考慮。這一方法適用于土空隙中存在自由水的情況或土的滲透性較好的情況，如：碎石土及砂土。 很顯然，土體中的水壓力與其空隙中的自由水及其滲透性是密切相關的。

根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB50330-2013）6.2.6 邊坡坡體中有地下水但未形成滲流時，作用于支護結構上的側壓力可按下列規定計算：

1、按水土分算原則計算時，作用在支護結構上的側壓力等于土壓力和靜止水壓力之和，地下水位以下的土壓力采用浮重度（）和有效應力抗剪強度指標（）計算；

2、按水土合算原則計算時，地下水位以下的土壓力采用飽和重度（）和總應力抗剪強度指標（）計算。

仍以樁板墻驗算選擇的最不利斷面（填土最高）k7+420在最不利工況（連續暴雨、坡體排水不暢）按水土合算與水土分算分別計算的土壓力進行比較：

①水土合算（設計本樁板墻時土壓力計算采用的方法）

②水土分算（根據場地填土性質設計本樁板墻時土壓力計算應該采用的方法）

②-①  2660-1969=691 kN/m   即每延米的樁板墻少算了860kn靜水產生的土壓力，總的主動土壓力少算了35%。這是導致樁板墻支護體系中樁被剪斷的直接原因，支護失效、邊坡垮塌。

六、搶險對策

保證沖溝下游居民小區的人生財產安全并盡快恢復道路正常通車為首要考慮原則，經濟指標為次要考慮原則。

1、現澆鋼筋混凝土重力式擋墻

由于搶險時間緊迫，現澆鋼筋混凝土重力式擋墻，雖成本大，但施工快捷簡便，效果明顯，適合搶險，在被剪斷的中間排樁后面采用現澆鋼筋混凝土重力式擋墻，并用水土分算的土壓力驗算鋼筋混凝土重力式擋墻及配筋，采用上下兩級、跳挖很快止住邊坡的繼續變形。

2、排水措施

常言“十坡九水“，就是十次邊坡事故有九次是排水不暢導致的。水增加了下滑力，減小了抗滑力，連續的暴雨及坡體排水不暢，水是這次事故的誘因。邊坡垮塌后，采用水土分算計算土壓力，因此支護方案中采取排水措施是非常必要的，提高了支護體系的安全系數。

①坡體排水

樁板墻后應采用透水性好的材料回填，擋土板上預留泄水孔，孔內設置φ5～10cm透水管，間距為2m，透水管進水端設置反濾層，并采用透水土工布包裹。

②地面排水

在路堤坡腳外側設置排水溝，排除路基邊坡流水，將地表水引至附近的邊溝，減少水流對坡腳的沖刷。

③地下排水

修建盲溝或暗管將地下水（主要是勘察階段發現的三個出水潛點）引導至填方坡腳外側排水溝，暗溝或暗管溝底縱坡與地表相同，且一般不小于1％。橫向排水溝出口均與縱向排水溝相連，以便將路基滲水匯集后再引至路基以外。

3、路堤加筋

對于本邊坡填土高度較大的斜坡路堤路段，除開挖反傾臺階外，還應根據實地情況鋪設多層土工格柵，土工格柵之間土層厚0.6m，以增大路堤填土的整體穩定性。

七、治理后現狀

事故發生搶險治理后通車至今已三年，路面沉降及邊坡觀測穩定，表明搶險處置方案是成功的。

八：結語

通過對貴陽市某道路高填方邊坡支護失效原因分析，表明錯誤的主動土壓力計算方法是導致邊坡支護結構失效的直接原因，因此，計算主動土壓力應充分分析邊坡體填土透水的實際情況選擇正確的計算方法，用水土分算還是水土合算，從而設計合理的支護方案，確保支護后邊坡體的穩定性。