短卸荷板式擋土墻及邊坡加固

1、邊坡加固技術(shù)綜述隨著我國(guó)鐵道建設(shè)及公民建設(shè)的發(fā)展，邊坡加固技術(shù)日新月異。20世紀(jì)80年代，我國(guó)公路建設(shè)主要為低級(jí)道路建設(shè)，沒有進(jìn)行大量的高削低填工程，邊坡加固技術(shù)處于相對(duì)落后的水平，而此時(shí)，歐洲一些國(guó)家經(jīng)過了工業(yè)革命，大興土木建設(shè)，由此邊坡加固技術(shù)登上了歷時(shí)的舞臺(tái)。20世紀(jì)90年代，國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，交通發(fā)達(dá)程度控制著區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，公路、高速公路、鐵路、隧道及城市地鐵等設(shè)施建設(shè)穿越各種地形地貌，克服各類地質(zhì)條件，布滿我國(guó)大西南北，成為這個(gè)時(shí)代實(shí)現(xiàn)小康社會(huì)，建設(shè)現(xiàn)代化國(guó)家的主導(dǎo)力量，然而邊坡穩(wěn)定性問題也開始大量滲入這個(gè)領(lǐng)域，滑坡、崩塌、地面沉降、地面塌陷等治理工程不斷優(yōu)化，成為邊坡加固技術(shù)發(fā)展的

2、核心時(shí)期，跨入21世紀(jì)，新型的高架橋、高鐵、地下商場(chǎng)等重大工程的建設(shè)成功，一次次證明了我國(guó)迅速發(fā)展的科技力量和現(xiàn)代化建設(shè)的趨勢(shì)，邊坡加固技術(shù)也跨入了新的臺(tái)階。對(duì)我國(guó)主要的邊坡加固技術(shù)進(jìn)行討論，深入掌握邊坡加固各項(xiàng)技術(shù)適用的地理?xiàng)l件、地質(zhì)條件、環(huán)境條件，了解邊坡破壞機(jī)制，深刻認(rèn)識(shí)邊坡加固目的和必然性。1、支擋式工程 鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范將邊坡加固支擋工程分為重力式擋土墻、衡重式擋土墻、卸荷板、懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻、錨桿擋土墻、錨定板擋土墻、加筋土擋土墻、抗滑樁、樁板式擋土墻、土釘墻、預(yù)應(yīng)力錨索，下面對(duì)主要的工程結(jié)構(gòu)做定義、使用條件及檢算方法等方面概述。（1）重力式擋土墻圖1 重力式擋墻

3、重力式（含衡重式）（gravity retaining wall ）擋土墻按墻背的坡度分為仰斜、俯斜、直立三種類型（圖1），當(dāng)墻前原有地形比較平坦，用仰斜墻比較合理；若原有地形較陡，用仰斜墻會(huì)使墻身增高很多，此時(shí)宜采用垂直墻或俯斜墻。重力式擋墻適用于一般地區(qū)、浸水地區(qū)和地震地區(qū)的路肩、路堤和路塹等，其墻身材料可采用石砌體、片石混凝土或混凝土。計(jì)算作用在擋土墻上的力，一般可只計(jì)算主力，在浸水地區(qū)、地震動(dòng)峰值加速度為0.2g（原為8度）及以上地區(qū)及有凍脹力等情況下，尚應(yīng)計(jì)算附加力合特殊力。墻身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)是在掌握區(qū)域地質(zhì)條件基礎(chǔ)上結(jié)合相關(guān)規(guī)范而得出，擋墻截面強(qiáng)度一般需進(jìn)行以下檢算：檢算截面的合心偏

4、心距e；檢算截面的法向壓應(yīng)力，不應(yīng)大于所用材料的容許壓應(yīng)力；必要時(shí)墻身截面應(yīng)作剪應(yīng)力檢算。另外，根據(jù)不同情況，擋墻埋深、墻頂寬度、泄水孔、墻背填土等都有具體規(guī)定，在不同地質(zhì)環(huán)境條件下，應(yīng)采用合理的，符合地質(zhì)條件且滿足抗滑、抗傾覆檢算的墻身截面參數(shù)作為設(shè)計(jì)尺寸。 （2）短卸荷板式擋土墻圖2 卸荷板式擋土墻（a 卸荷板重力式碼頭 b 混合式 c拉桿卸荷板式擋土墻 d 短卸荷板路肩擋土墻 e 長(zhǎng)卸荷板式擋土墻 f 短卸荷板高托盤路肩擋土墻）地基強(qiáng)度較大，墻高大于6m，小于等于12m的路肩墻可采用短卸荷板式擋土墻（圖2），當(dāng)墻高大于12m時(shí)不宜采用。短卸荷板式擋土墻由上、下墻和卸荷板組成，上下墻高度比

5、例一般為4:6，墻身可采用石砌體。短卸荷式擋土墻需進(jìn)行墻背上的主 動(dòng)土壓力計(jì)算，其中上墻可按第二破裂面 法計(jì)算；下墻可按多邊形法計(jì)算，土壓力 強(qiáng)度按矩形分布，作用點(diǎn)為下墻墻高的1/2處。在進(jìn)行墻身截面強(qiáng)度檢算中，需獲得上墻墻背土壓力值。 （3）懸臂式和扶壁式擋土墻圖3 懸臂式、扶壁式擋土墻懸臂式擋土墻（cantilever retaining wall ）由立壁、趾板、踵板三個(gè)鋼筋混凝土懸臂構(gòu)件組成。 鋼筋混凝土懸臂式擋土墻和扶壁式擋土墻，宜在石料缺乏較低的路堤段采用，能適應(yīng)較松軟的地基。懸臂式擋土墻高度不宜大于6m，當(dāng)墻高大于4m時(shí)，宜在墻面板前加肋。墻高在69m之間時(shí)，墻高較大，力壁下部的

6、彎矩較大，鋼筋與混凝土的用量劇增，影響這種結(jié)構(gòu)形式的經(jīng)濟(jì)效益，宜采用扶壁式擋土墻。扶壁式擋土墻（counter retaining wall ）強(qiáng)高度不宜大于10m，墻頂寬度不應(yīng)小于0.2m。懸臂式擋土墻各部分均按懸臂梁計(jì)算，防滑鍵嵌固在地基中，主要承受在滑動(dòng)過程中的剪力作用，故只需檢算剪應(yīng)力。鍵的前面承受被動(dòng)土壓力，鍵的高度應(yīng)確保鍵前面的土體不被擠出，計(jì)算鍵的被動(dòng)土壓力時(shí)應(yīng)考慮底板豎向壓力的影響。（4）錨桿擋土墻 錨桿擋土墻（）可用于一般地區(qū)巖質(zhì)路塹地段。設(shè)計(jì)錨桿擋土墻時(shí)，根據(jù)地質(zhì)及工程具體情況，可選用肋柱式結(jié)構(gòu)形式，肋柱式擋土墻根據(jù)地形可采用單級(jí)或多級(jí)。在多級(jí)墻上、下兩級(jí)墻之間應(yīng)設(shè)置平臺(tái)，

7、平臺(tái)寬度不宜2m。圖4 錨桿擋土墻 肋柱式錨桿擋土墻的肋柱間距宜為2.02.5m，肋柱可采用預(yù)制單根整柱，也可采用分段拼裝或就地灌注。每級(jí)肋柱上的錨桿層數(shù)，可設(shè)計(jì)為多層或多層。錨桿可按彎矩相等或支點(diǎn)反力相等的原則布置，向下傾斜，每層錨桿與水平面的夾角不宜大于45°一般在15°20°之間，間距不小于2.0m。擋土墻主動(dòng)土壓力可按庫(kù)倫理論計(jì)算其水平分力，錨桿擋土墻為多級(jí)時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算墻背土壓力。肋柱截面可采用矩形或T形，截面寬度不得小于30cm。（5）錨定板擋土墻 錨定板擋土墻（anchor slab wall）由基礎(chǔ)、立柱、擋土板、拉桿、錨定板及填料組成（圖5）。錨

8、定板擋土墻可用于一般地區(qū)，墻高不大于10m的路肩或路堤墻，錨定板擋土墻可選用肋柱式或無(wú)肋柱式結(jié)構(gòu)形式，錨定板擋土墻可根據(jù)地形采用單級(jí)或雙級(jí)。單級(jí)墻的高度不宜大于6m，雙級(jí)墻的高度不宜大于10m。雙級(jí)墻上、下兩級(jí)之間設(shè)置平臺(tái)，平臺(tái)寬度不宜小于2.0m。 墻面板所受的土壓力按重力式擋土墻有關(guān)規(guī)定計(jì)算。錨定板擋土墻的整體穩(wěn)定性可采用折線裂面方法或整體土墻方法計(jì)算，穩(wěn)定系數(shù)不應(yīng)小于1.8。 肋柱設(shè)計(jì)荷載的計(jì)算跨度為兩相鄰肋柱中至中的距離，肋柱接受彎構(gòu)件計(jì)算，承受由墻面板傳來(lái)的土壓力，肋柱與拉桿及肋柱與基礎(chǔ)連接為反力支點(diǎn)。圖5 錨定板擋土墻 （6）加筋土擋土墻加筋土擋土墻（reinforced soil

9、 wall）由墻面系、拉筋和填土共同組成的擋土結(jié)構(gòu)（圖6）。加筋土擋土墻是在土中加入拉筋，利用拉筋與土之間的摩擦作用，改善土體的變形條件和提高土體的工程特性，從而達(dá)到穩(wěn)定土體的目的。 圖5 錨定板擋土墻加筋土擋土墻可在一般地區(qū)用作路肩墻，高度在一級(jí)干線上不宜大于10m，當(dāng)墻高大于10m時(shí)應(yīng)作特殊設(shè)計(jì)。加筋土擋土墻的拉筋材料宜采用鋼筋混凝土板條、鋼帶、復(fù)合土工帶或土工格柵、拉筋材料有以下性能： 抗拉強(qiáng)度大，拉伸變形和蠕變小，且不易產(chǎn)生脆性破壞； 與填料之間有足夠的摩擦力； 有一定的柔性； 有較好的耐腐蝕性和耐久性。 作用在加筋土擋土墻整體假想墻背上的荷載及土壓力計(jì)算應(yīng)符合公式：式中，為填料產(chǎn)生的

10、水平土壓力（kpa）；為填料重度（kN/m³）；hi為墻頂填土距第i層墻面板中心的高度（m）；i為加筋土擋土墻內(nèi)hi深度處的土壓力系數(shù)；o為靜止土壓力系數(shù)；a為主動(dòng)土壓力系數(shù)。（7）土釘墻（soil nailing retaining wall）在土質(zhì)或破碎軟弱巖質(zhì)路塹邊坡中設(shè)置鋼筋土釘，靠土釘拉力維持邊坡穩(wěn)定的擋土結(jié)構(gòu)（圖6）。在地下水較發(fā)育或邊坡土質(zhì)松散時(shí)，不宜采用土釘墻。土釘墻高度控制在20m以內(nèi)，根據(jù)地形地質(zhì)條件，邊坡較高時(shí)宜設(shè)多級(jí)。 圖6 土釘墻作用于土釘墻墻面板上的土壓應(yīng)力呈梯形分布，墻高上部三分之一和墻高下部三分之二處計(jì)算公式不同，土釘拉力、土釘錨固去與非錨固區(qū)分界面距

11、墻面距離計(jì)算、土釘墻內(nèi)部穩(wěn)定性計(jì)算（包括土釘抗拉斷檢算、土釘抗拔穩(wěn)定檢算）均有特定的公式進(jìn)行驗(yàn)算。土釘墻實(shí)測(cè)受力為中部大、上下小，且中部呈現(xiàn)膨肚子特征；數(shù)值分析結(jié)果表明，土釘墻坡腳存在應(yīng)力集中問題，故提出“保住中部、穩(wěn)定坡腳”的設(shè)計(jì)施工原則，并強(qiáng)調(diào)邊坡中部土釘宜適當(dāng)加強(qiáng)。（8）抗滑樁（slide-resistant pile）由錨固段側(cè)向地基抗力來(lái)抵抗懸臂段的土壓力或滑坡下滑力的橫向受力樁（圖7、8）?？够瑯犊捎糜诜€(wěn)定滑坡、加固山體及加固其他特殊路基，抗滑樁的設(shè)置必須滿足： 提高滑坡體的穩(wěn)定系數(shù)，達(dá)到規(guī)定的安全值； 保證滑坡體不越過樁頂或樁間滑動(dòng)； 不產(chǎn)生新的深層滑動(dòng)?？够瑯兜臉段粦?yīng)設(shè)在滑坡體

12、較薄、錨固段地基強(qiáng)度較高的地段，其平面布置、樁間距、樁長(zhǎng)和截面尺寸等的確定，應(yīng)綜合考慮達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理，樁間距宜為610m。作用于抗滑樁的應(yīng)力，應(yīng)計(jì)算滑坡推力、樁前滑體抗力和錨固段地層的抗力，樁側(cè)摩阻力和粘聚力以及樁身重力和樁底反力可不計(jì)算，作用于每根樁上的滑坡推力應(yīng)按設(shè)計(jì)的樁間距計(jì)算，滑坡推力應(yīng)根據(jù)其邊界條件和滑帶土的強(qiáng)度指標(biāo)由計(jì)算確定。 圖7 抗滑樁示意圖 抗滑樁上滑坡推力的分布圖形可為矩形、梯形或三角形，應(yīng)根據(jù)滑體的性質(zhì)和厚度等因素確定?；峦屏刹捎脗鬟f系數(shù)法計(jì)算，滑動(dòng)面以上樁前的滑體抗力，可由極限平衡時(shí)滑坡推力曲線或樁前被動(dòng)土壓力確定，設(shè)計(jì)時(shí)選用其中小值，當(dāng)樁前滑坡體可能滑動(dòng)時(shí)，不應(yīng)計(jì)及

13、其抗力。滑坡面以下的地基系數(shù)應(yīng)根據(jù)地層的性質(zhì)和深度按下列條件確定： 樁前滑動(dòng)面以上無(wú)滑坡體和超載時(shí)，地基系數(shù)應(yīng)為三角形分布； 樁前滑動(dòng)面以上有滑坡體和超載時(shí)，地基系數(shù)應(yīng)為梯形分布。抗滑樁樁底支承可采用自由端或鉸支端，抗滑樁錨固深度計(jì)算，主要應(yīng)根據(jù)地基的橫向容許承載力確定，當(dāng)樁的變位需要控制時(shí)，應(yīng)考慮最大變位不超過容許值。 圖8 錨索抗滑樁 抗滑樁推力的分布對(duì)抗滑樁的設(shè)計(jì)影響很大，由于影響因素很多，很難給出各類滑坡推力的分布圖形，在計(jì)算滑坡推力時(shí)，通常假定滑坡體沿滑動(dòng)面均勻下滑。當(dāng)滑體為礫石類土或塊石類土?xí)r，下滑力采用三角形分布；當(dāng)滑體為黏性土?xí)r，采用矩形分布；介于兩者之間時(shí)，采用梯形分布。（9

14、）樁板式擋土墻（pile-sheet retanining wall） 圖9 樁板式擋土墻在樁間設(shè)擋土板或土釘?shù)绕渌Y(jié)構(gòu)來(lái)穩(wěn)定土體的擋土結(jié)構(gòu)（圖9）。樁板式擋土墻可用于一般地區(qū)、侵水地區(qū)和地震區(qū)的路塹和路堤支擋，也可用于滑坡等特殊路基的支擋。樁板式擋土墻的樁間距、樁長(zhǎng)和截面尺寸的確定，應(yīng)考慮綜合因素。樁的自由懸臂長(zhǎng)度不宜大于15m，樁的截面尺寸不宜小于1.25m，截面形式可采用矩形或T型，樁間距宜為58m，樁板墻頂位移應(yīng)小于樁懸臂端長(zhǎng)度的1/100，且不大于10cm。錨固樁必須錨固在穩(wěn)定的地層中，加錨索（桿）的錨固樁必須保證樁與錨索（桿）的變形協(xié)調(diào)。設(shè)計(jì)荷載計(jì)算中，作用于樁板式擋土墻的荷載包括

15、活載和巖（土）產(chǎn)生的土壓力或滑坡推力；水的浮力；地下水的滲透壓力；地震力；施工臨時(shí)荷載；滑坡路基上的樁板式擋土墻按滑坡推力和土壓力的最不利者作為計(jì)算荷載，樁的重力可不記算。樁設(shè)計(jì)荷載的附加安全系數(shù)為1.051.10。設(shè)置于路肩（堤）的錨索（桿）樁防止由于填料下沉而使錨索（桿）產(chǎn)生次應(yīng)力是十分重要的，從理論上說(shuō)，只要很小一個(gè)荷載豎向壓在錨索（桿）上，在其上產(chǎn)生的拉力就是無(wú)窮大，因此要力求避免填料壓在錨索（桿）上。（10）預(yù)應(yīng)力錨索（prestressed anchored calles）通過對(duì)錨索施加張拉力以加固巖土體使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)或改善結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力狀況的支擋結(jié)構(gòu)（圖10、11）。預(yù)應(yīng)力錨索可

16、用于土質(zhì)、巖質(zhì)地層的邊坡及地基加固，其錨固段宜屬于穩(wěn)定巖層內(nèi)。預(yù)應(yīng)力錨索注漿水泥應(yīng)采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。作用在錨索結(jié)構(gòu)物上荷載種類有：土壓、水壓、上覆荷載、滑坡荷載、地震荷載、其他荷載等。進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)時(shí)，一般情況可只計(jì)算主力，在浸水和地震等特殊情況下，尚應(yīng)計(jì)算附加力和特殊力。 圖11 預(yù)應(yīng)力錨索 圖10 錨索示意圖 錨固力、錨固間距都有其特定的公式進(jìn)行計(jì)算，錨固體設(shè)計(jì)計(jì)算主要應(yīng)確定錨索錨固段長(zhǎng)度、孔徑和錨固類型。錨固體的承載能力由錨固體與錨孔壁的抗剪強(qiáng)度、鋼絞線束與水泥砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度及鋼絞線強(qiáng)度3部分控制，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)取其小值。錨索錨固段形成棗核狀后，可以改善錨固體受力性狀，確保錨

17、固段有足夠的摩阻力。采用分次逐級(jí)張拉，可使錨索逐步受力，均勻受荷，同時(shí)可減少地層徐變引起的預(yù)應(yīng)力損失，當(dāng)單孔錨索束數(shù)較小時(shí)，錨索張拉可采用整體張拉，但必須分次逐級(jí)進(jìn)行。2、護(hù)坡工程（1）錨桿噴射混凝土錨桿設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)隧洞圍巖地質(zhì)情況、工程斷面和使用條件等，分別選用下列類型的錨桿：全長(zhǎng)粘結(jié)型錨桿；端頭錨固型錨桿；摩擦型錨桿；預(yù)應(yīng)力錨桿；自鉆式錨桿。噴射混凝土法分為素噴法和錨噴法，素噴法為直接將高標(biāo)號(hào)砂漿噴射在大致平整的巖面上，使坡面易松散的顆粒得以穩(wěn)固，它用于表層易松散的風(fēng)化巖面。錨噴法其工作原理是利用錨桿將滑動(dòng)體固定在山體上，以錨桿約束山體的滑動(dòng)，并在滑動(dòng)體表面錨頭上加掛鋼筋網(wǎng)并噴射混凝土，在滑

18、動(dòng)體表面形成鋼筋混凝土板體結(jié)構(gòu)。錨噴法適用于大部分巖石土和碎石土等地質(zhì)結(jié)構(gòu)山體和易產(chǎn)生滑坡地段。（2）拱式、網(wǎng)格防護(hù)這種防護(hù)方式最大限度的綠化坡面，外觀較好，在高填方、長(zhǎng)直線的護(hù)坡段，能達(dá)到美化，綠化的雙重效果，是近年來(lái)公路防護(hù)常用的方法之一，缺點(diǎn)是施工較繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)坡面要求嚴(yán)格，拱內(nèi)必須填土植草或進(jìn)行其他工程防護(hù)，否則易被雨水沖蝕。格構(gòu)形式主要為四種混合方式： 方型：指順邊坡傾向和沿邊坡走向設(shè)置方格狀格構(gòu)（圖12）； 菱型：沿平整邊坡坡面斜向設(shè)置格構(gòu)（圖13）； 人字型：按順邊坡傾向設(shè)置漿砌塊石條帶，沿條帶之間向上設(shè)置人字型漿砌塊石拱或鋼筋混凝土（圖14）； 弧型：按順邊坡傾向設(shè)置漿砌塊石或鋼筋混凝土條帶，沿條帶之間向上設(shè)置弧型漿砌塊石拱或鋼筋混凝土（圖15）。（ 圖15 弧型格構(gòu) 圖14 人字型格構(gòu) 圖12 方型格構(gòu) 圖13 菱型格構(gòu)3）預(yù)制塊鋪砌防護(hù) 這是目前高速公路上應(yīng)用較多的護(hù)坡方法之一，由于預(yù)制塊的規(guī)格一致，易于施工，外觀整齊，最大限度地減少了坡面防護(hù)對(duì)植草綠化的依賴性，即使坡面綠化效果不好，也不容易造成太嚴(yán)重的沖刷現(xiàn)象。缺點(diǎn)是造價(jià)高，施工難度大。（4）植草防護(hù) 植物防護(hù)則是在邊坡上種植草或植樹，以減緩邊坡上的水流速度，利用植物根系固結(jié)邊坡表層土壤以減輕防護(hù)排水