抗滑擋土墻的設(shè)計(jì)方法及在滑坡治理中的應(yīng)用

霍建平

(中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430064)

0 引言

我國(guó)幅員遼闊，地貌單元呈多樣性，地質(zhì)條件復(fù)雜多變。在廣大的山嶺重丘地區(qū)修建道路，最常見(jiàn)的病害就是滑坡塌方，嚴(yán)重影響道路的暢通。抗滑擋土墻作為治理滑坡的一種工程措施被廣泛使用。

1 抗滑擋墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1)由于擋墻以抗滑為主，通常宜采用體積較大的重力式類型;又因設(shè)計(jì)推力一般較大且作用點(diǎn)較高，故其斷面形式多具有胸坡緩，外形胖的特征。

2)擋墻的高度應(yīng)能控制墻后滑體不至沿可能的薄弱面自墻頂滑出，可用試算法檢算:先按該部位的滑體厚度假定一個(gè)墻高，由墻頂向滑帶作幾個(gè)虛擬的可能滑面輪廓線，分別求出沿這些滑面的剩余下滑力，從而可決定最危險(xiǎn)滑面的位置。若沿該滑面的剩余下滑力為正值時(shí)，說(shuō)明墻頂不夠高;若為過(guò)大的負(fù)值時(shí)，說(shuō)明墻頂高可以降低。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)調(diào)整墻高重新試算，直至剩余下滑力為不大的負(fù)值時(shí)，即可認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)合理的墻高。

3)擋墻的基礎(chǔ)應(yīng)埋入完整巖層內(nèi)不小于0.5 m，或穩(wěn)定堅(jiān)實(shí)土層內(nèi)不小于2 m，若基礎(chǔ)以下土質(zhì)較軟弱，設(shè)置擋墻后滑體受阻滑面可能改變而自基礎(chǔ)以下滑出時(shí)，則還應(yīng)求算合理的基礎(chǔ)埋置深度。當(dāng)基礎(chǔ)的埋深較大(密實(shí)土層3 m及以上，中密土層4 m及以上)，且墻前有形成被動(dòng)土壓力的條件時(shí)，在設(shè)計(jì)中可考慮被動(dòng)土壓力的抗滑作用。

4)擋墻本體應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，其要求與一般重力式擋土墻相同。當(dāng)可以利用墻前被動(dòng)土壓力時(shí)，采用墻體在極限平衡狀態(tài)下的被動(dòng)土壓力檢算傾覆穩(wěn)定和基底應(yīng)力。采用最大被動(dòng)土壓力檢算滑動(dòng)穩(wěn)定。

5)當(dāng)滑體有兩層或幾層可能的滑面時(shí)，擋墻應(yīng)按沿最下一層滑面的推力設(shè)計(jì)，并逐層向上檢算沿其他各層滑面的滑體穩(wěn)定性，若各層推力可能同時(shí)作用時(shí)，則應(yīng)作出每層滑坡分別作用下的彎矩圖和剪力圖，要求墻身各截面都能滿足其中的較大值。

6)墻后必須設(shè)置反濾層，一般順墻設(shè)置縱向滲溝以排除墻后的滑體和滑帶中的水，防止墻后積水泡軟地基面影響擋墻的穩(wěn)定性。

7)如滑坡位于高地震區(qū)，抗滑擋墻還應(yīng)按照GB 50111-2006鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 抗滑擋墻的布置

1)一般宜設(shè)置在滑坡下部或前緣抗滑段。

2)當(dāng)滑坡中下部有穩(wěn)定巖層鎖口時(shí)，宜將擋墻設(shè)置于鎖口處，以節(jié)省工程費(fèi)用;其前緣部分則視剩余滑體體積大小及排水后的穩(wěn)定情況適當(dāng)處理。

3)當(dāng)滑動(dòng)面出口在路基面附近，滑坡前緣距線路有一定距離時(shí)，宜將擋墻靠近線路設(shè)置，墻后余地填筑土或石加載，以增強(qiáng)抗滑力，從而可減小擋墻承擔(dān)的下滑力。

4)當(dāng)滑面出口在路塹邊坡上時(shí)，可視滑床地質(zhì)情況選定擋墻位置:若滑床為較完整堅(jiān)實(shí)的巖層，則可用為地基而將擋墻置于滑面出口附近，其下外露的邊坡加設(shè)適當(dāng)?shù)闹ёo(hù);若滑床為不宜用作地基的破碎巖層，而滑面出口高出坡腳不多時(shí)，則應(yīng)將擋墻設(shè)置于坡腳下并埋入穩(wěn)定地層內(nèi)。

5)當(dāng)滑面位于路塹的路基面以下一定深度處，滑體連同路基一起滑動(dòng)時(shí)，應(yīng)先采取穩(wěn)定整個(gè)滑坡的措施，然后檢查滑體有無(wú)從路塹坡腳附近滑出的可能來(lái)決定是否需要在該處設(shè)置擋墻。

6)對(duì)于多級(jí)滑坡，可根據(jù)具體情況設(shè)置分級(jí)的擋墻支撐。

7)根據(jù)地質(zhì)條件及滑坡推力的變化情況，可沿?fù)鯄ψ呦蚍侄?一般不宜小于10 m～15 m)設(shè)計(jì)為大小不同的擋墻斷面。

3 抗滑擋墻設(shè)計(jì)推力的決定及計(jì)算的基本原則

3.1 設(shè)計(jì)推力的決定

1)滑坡推力一般不會(huì)因擋墻的斷面外形的變化和墻的微小位移而有所改變。其方向可假定與緊接墻背的一段較長(zhǎng)的滑面平行;其分布圖形對(duì)于滑體剛度較大的中、厚層滑坡為自滑面至墻頂?shù)慕凭匦危狭Φ淖饔命c(diǎn)位于1/2墻高處。

2)計(jì)算所得的滑坡推力應(yīng)與擋土墻的主動(dòng)土壓力進(jìn)行比較，取其較大值作為設(shè)計(jì)推力。但當(dāng)滑坡推力的合力作用點(diǎn)位置較主動(dòng)土壓力為高時(shí)，即使主動(dòng)土壓力較滑坡推力為大，擋墻的傾覆穩(wěn)定計(jì)算，仍應(yīng)同時(shí)用滑坡推力進(jìn)行驗(yàn)算。

3.2 滑坡推力計(jì)算的基本原則

1)滑面為單一平面，這種滑動(dòng)形式的穩(wěn)定性計(jì)算方法較為簡(jiǎn)單，見(jiàn)圖1，其滑坡推力采用類似式(1)進(jìn)行計(jì)算。

其中，W為滑體ΔABC的自重;K為設(shè)計(jì)所需的安全系數(shù);φ為滑面巖土的綜合內(nèi)摩擦角;β為滑面的傾角。

圖1 滑面為單一平面的滑坡

2)滑面為圓弧面，或近似為圓弧面，見(jiàn)圖2，圖3，在這種類型的滑動(dòng)中，考慮到其整體的力矩平衡起作用和計(jì)算的簡(jiǎn)便性，其滑坡推力可采用簡(jiǎn)化Bishop法的穩(wěn)定性分析。

圖2 具反傾部分的圓弧形滑坡

圖3 無(wú)反傾部分的圓弧形滑坡

3)滑面為連續(xù)的曲面或滑面由不規(guī)則(較陡)折線段組成時(shí)，如圖4所示，可采用Janbu法的穩(wěn)定性分析。

圖4 滑面呈折線形滑坡

4)對(duì)于滑面由一些傾角較緩，相互間變化不大的折線段組成，滑坡推力的計(jì)算則可采用計(jì)算方便的傳遞系數(shù)法。

5)滑面傾角較陡且滑動(dòng)時(shí)滑體有明顯的分塊，各分塊之間發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，與相應(yīng)的穩(wěn)定性分析方法相適應(yīng)，可采用分塊極限平衡法計(jì)算其滑坡推力。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 工點(diǎn)概況

登封鐵路滑坡坍塌工點(diǎn)位于鐵路里程K75+482～K75+532之間右側(cè)長(zhǎng)50 m范圍內(nèi)。線路以路塹形式通過(guò)該滑坡體，該段塹坡最大高度為12 m，其中塹坡下部設(shè)置了5 m高路塹擋墻，上部1∶1 削坡。

2009年夏，登封境內(nèi)遭遇特大暴雨，暴雨過(guò)后，路塹擋墻倒塌，塹頂天溝斷裂。右側(cè)山體出現(xiàn)坍塌和整體滑移跡象，將鐵路軌道掩埋。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，邊坡后壁發(fā)生下坍，后壁直立、光滑，塹底凸起，并有裂紋產(chǎn)生，坍塌最大寬度為路基右側(cè)15 m左右。挖探坑后證實(shí)，滑面存在，其形狀為直線形，表明這是一起典型的滑坡病害。

4.2 工程地質(zhì)條件

工點(diǎn)所處位置地層為:

0 m～2 m為黃褐色粉質(zhì)粘土，稍濕，硬塑;2 m～6 m為紅褐色粘土夾卵石層，稍濕，硬塑，其中粘土具弱膨脹性;下部為黃褐色強(qiáng)風(fēng)化泥巖。

4.3 滑坡成因

鐵路天溝沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)效果，存在破損及堵塞。在急劇降水情況下，大量的雨水匯集至原擋墻中央，沿?fù)鯄εc擋墻后原回填土處沖至鐵路路基。擋墻后回填土及粘土夾卵石層土體主動(dòng)土壓力急劇增大，造成擋土墻坍塌，形成滑坡。

4.4 處治方案

由于滑坡為小型滑坡，非常適合采用抗滑擋墻進(jìn)行治理。經(jīng)技術(shù)論證比選，治理方案采用重力式抗滑擋墻。

1)抗滑擋土墻設(shè)計(jì)。

對(duì)K75+482～K75+532段擋土墻按抗滑擋墻進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，墻身采用M7.5漿砌片石砌筑，墻背設(shè)置50 cm厚砂夾卵石反濾層，墻體高度及墻身厚度根據(jù)計(jì)算所得出的下滑推力進(jìn)行驗(yàn)算。抗滑擋墻基礎(chǔ)埋設(shè)在滑動(dòng)面以下1.5 m。

2)天溝及排水設(shè)計(jì)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，K75+457～K75+742右側(cè)天溝基本坍塌或者堵塞，設(shè)計(jì)要求對(duì)沿線天溝重新進(jìn)行施工，并保證天溝質(zhì)量。

另外，由于坍塌段(K75+482～K75+532)地面較兩端低，天溝水無(wú)法通過(guò)兩側(cè)正常排出，因此必須將該段天溝水引至鐵路路基側(cè)溝排放。設(shè)計(jì)在50 m范圍內(nèi)設(shè)置兩個(gè)沉淀池收集雨水，并通過(guò)PVC-U室外排水管排至側(cè)溝。

3)邊坡防護(hù)及處理。

擋土墻以上的土體應(yīng)進(jìn)行削坡處理，并根據(jù)削坡情況進(jìn)行鋪砌。坡頂土體翻挖1 m再夯實(shí)，裂縫用粘土填補(bǔ)并夯實(shí)，防止雨水下滲。

4)公路截水溝。

為防止特大暴雨襲擊時(shí)，山頂雨水匯入本次設(shè)計(jì)擋土墻地段，在擋土墻頂部上游的公路邊設(shè)置梯形截水溝，收集山頂?shù)乃?/p>

4.5 施工要點(diǎn)

1)擋土墻施工時(shí)應(yīng)注意與原擋墻的銜接，新老擋墻之間應(yīng)設(shè)置沉降縫。基坑開(kāi)挖采用跳槽開(kāi)挖。

2)排水管埋設(shè)應(yīng)與擋土墻一起施工，避免重復(fù)開(kāi)挖，施工過(guò)程應(yīng)注意彎頭的連接，保證排水順暢。

3)坍塌土體進(jìn)行翻挖后必須分層壓實(shí)，防止雨水往下滲透。

4.6 治理效果

該滑坡治理完工兩年多，經(jīng)歷了雨季的考驗(yàn)，目前滑坡體穩(wěn)定，治理效果良好，這充分說(shuō)明采用抗滑擋墻與截、排水相結(jié)合的治理方案是正確合理的，切合工程實(shí)際。

5 結(jié)語(yǔ)

抗滑擋土墻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，是中、小型滑坡治理常用的支擋結(jié)構(gòu)，且行之有效。

[1] 鐵道部第一勘測(cè)設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)(路基)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社，1995.

[2] 李海光.新型支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程實(shí)例[M].第2版.北京:人民交通出版社，2011.

[3] 王恭先，王應(yīng)先，馬慧民.滑坡防治100例[M].北京:人民交通出版社，2008.

[4] 霍建平，張衛(wèi)東，蘇 華.平告鐵路專用線路塹滑坡分析與整治[J].安全與環(huán)境工程，2003，10(S1):42-44.