自平衡復(fù)合式擋土墻結(jié)構(gòu)及其在邊坡治理中的應(yīng)用

王程 楊巍

摘 要：自平衡復(fù)合式擋土墻由斜樁、仰斜式擋土墻、面板等構(gòu)件組成。工作原理：仰斜式擋土墻用自重產(chǎn)生彎距，以抵消土坡橫推力對斜樁產(chǎn)生的彎距。

關(guān)鍵詞：斜樁；仰斜式擋土墻；復(fù)合擋土墻

一、前言

邯鄲西部是山區(qū)地形，在山區(qū)建設(shè)中，房屋、道路、鐵路、橋梁等各種土木工程建設(shè)都少不了邊坡支護工程。如何使邊坡工程既安全又經(jīng)濟，是一個亟待解決的問題。本文正是針對這種情況，試圖提出一種新型的自平衡復(fù)合式擋土墻的設(shè)計方法，以降低工程造價，提高工程施工效率。

二、結(jié)構(gòu)型式及特點[ 1 ] [ 2 ]

自平衡復(fù)合式擋土墻由斜樁、仰斜式擋土墻、面板等構(gòu)件組成，斜樁和仰斜式擋土墻組成承載體系，面板為構(gòu)造體系。自平衡復(fù)合式擋土墻的工作原理：仰斜式擋土墻用自重產(chǎn)生彎距，以抵消土坡橫推力對斜樁產(chǎn)生的彎距；面板主要是圍護樁間土體，使其不致塌落，以保持墻面美觀；樁斜置和采用仰斜式擋土墻主要為增大力臂，使結(jié)構(gòu)自身產(chǎn)生足夠的彎距，抵消土坡橫推力對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彎距。它大大減少了支護結(jié)構(gòu)所耗材料，降低了施工難度，有十分明顯的經(jīng)濟價值和綜合效果。

三、工程實例

某小區(qū)回遷安置房共分A、B兩棟，房屋層數(shù)均為9層。安置房南側(cè)為公路，北側(cè)為幾棟新建居民樓。安置房與北側(cè)居民樓距離較近，中間為一較高土坡，并無道路相通。根據(jù)建筑消防規(guī)范的要求，須緊靠安置房在東北兩側(cè)修建一條消防通道，但由于安置房建于一斜坡上，使其北側(cè)形成較高且較松散的土質(zhì)邊坡。為修建該消防通道，并保證其正常使用，須對該土質(zhì)邊坡進行支護。

（一）支護工程場地地質(zhì)環(huán)境特征

場地總體屬剝蝕淺丘斜坡地貌，地表高程55.46～68.52m，最大相對高差13.06m，原始地形總體向北東傾斜，無斷層通過，地質(zhì)構(gòu)造簡單。場地范圍內(nèi)大部分被填土及殘坡積土層覆蓋。場地抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.15g。場地內(nèi)地形起伏較大，因人工開挖形成較高的巖土混合邊坡，屬于抗震不利的地段。該場地為Ⅱ類場地。場地現(xiàn)狀基本穩(wěn)定，在人工邊坡處土體有局部滑塌，不良地質(zhì)作用不發(fā)育，未見滑坡、崩塌及危巖等地質(zhì)災(zāi)害，場地內(nèi)不存在對工程不利的埋藏物。

場地水文地質(zhì)條件簡單，未見地表水體和地下水露頭，地下水位深度在3.6～7.0m，根據(jù)地質(zhì)條件及相鄰場地水質(zhì)檢測結(jié)果判斷，地下水對混凝土無腐蝕性。

巖土物理力學(xué)指標(biāo)：1）素填土：天然重度取17kN/m3（經(jīng)驗數(shù)據(jù)）。2）粘性土：天然重度取19.5kN/m3；極限地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為348kPa；粘聚力C取35kPa，內(nèi)摩擦角取14.8°。3）強風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖：天然重度取19.5kN/m3；地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為400kPa。4）中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖：天然重度取20kN/m3；地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為3.12MPa。

（二）工程地質(zhì)評價

該擬建場地為一小丘坡，場地狹窄，地形地貌復(fù)雜，邊坡長約200m。按設(shè)計標(biāo)高整平后，將形成5～11m的土質(zhì)填方邊坡，經(jīng)計算邊坡穩(wěn)定性系數(shù)Ks平均值小于1.0，不穩(wěn)定，因此必須進行支護。

總體來看，場地的穩(wěn)定性較好，無不良地質(zhì)作用，地質(zhì)環(huán)境基本未受破壞，局部出現(xiàn)上部土體坍塌，水文地質(zhì)條件簡單，地下水對擬建工程無影響，巖石地基穩(wěn)定，基本適宜擬建工程項目的建設(shè)。

（三）前期設(shè)計情況

某設(shè)計公司對邊坡采取的主要支護方案為：樁板擋土墻結(jié)構(gòu)。該工程場區(qū)土層較厚，邊坡較高，土壓力很大，同時，因為樁板擋土墻結(jié)構(gòu)自身的特點，樁類似于懸臂梁，邊坡水平推力對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的剪力和彎距主要由樁截面和其配筋來承擔(dān)，因而造成樁截面過大（1500×3000mm），配筋過多（66φ25+10φ20+18φ16），嵌巖深度過深（嵌入中風(fēng)化巖層8.8m）。綜上所述，對該邊坡采用樁板擋土墻結(jié)構(gòu)勢必會引起該工程造價高，施工周期長，施工難度大等不利影響。

（四）采用自平衡復(fù)合式擋土墻方案[ 3 ] [ 4 ]

在規(guī)劃消防車道外邊緣設(shè)置自平衡復(fù)合式擋土墻，其中抗滑樁間距5m，樁徑1000×1500mm，經(jīng)計算樁身配置縱向鋼筋15φ25，樁嵌入中風(fēng)化巖層2m，重力式擋墻平均厚度1.9m，高6.8m，該邊坡抗滑樁根數(shù)共計11根。

對比原設(shè)計方案（懸臂式抗滑樁擋墻），由于自平衡復(fù)合式擋土墻自身的特點，重力式擋土墻在自身重力的作用下，使得抗滑樁嵌固端處總的彎距、剪力減小，因此，樁截面尺寸、樁身配筋及嵌巖深度都相應(yīng)減小，工程造價顯著降低。

（五）效益評估

1.經(jīng)濟效益

經(jīng)濟效益主要是由降低工程成本獲得的，降低工程成本體現(xiàn)在兩個方面：一方面節(jié)省了支護結(jié)構(gòu)直接成本費用，另一方面是縮短工期所節(jié)省的費用和降低施工技術(shù)難度所節(jié)省的費用。以該工程為例，原設(shè)計采用樁板擋土墻結(jié)構(gòu)，其造價為167.63萬元；采用自平衡復(fù)合式擋土墻結(jié)構(gòu)的造價僅為55.44萬元。采用自平衡復(fù)合式擋土墻比樁板擋墻節(jié)約工程造價60%～70%。

2.社會效益

社會綜合效益可體現(xiàn)如下：該工程采用自平衡復(fù)合式擋土墻在保證結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的同時，降低了施工難度，縮短了施工周期，加快了回遷小區(qū)的基礎(chǔ)工程建設(shè)，并將因施工對周圍居民的影響降到了最低。

四、結(jié)語

由于自平衡復(fù)合式擋土墻降低了高大土坡支擋設(shè)計的技術(shù)難度和工程造價，使該種支擋結(jié)構(gòu)可普遍地應(yīng)用于高填土和大挖方邊坡工程中， 這對于提高城市建設(shè)和地質(zhì)災(zāi)害治理的速度具有十分重要的意義；自平衡復(fù)合式擋土墻可望發(fā)展成為一種安全可靠，成本低，施工簡便，易于普及的擋土結(jié)構(gòu)型式，其應(yīng)用前景十分廣闊。

參考文獻：

[1] 黃求順，張四平，胡岱文.邊坡工程.重慶大學(xué)出版社，2003.

[2] 崔政權(quán)，李寧.邊坡工程——理論與實踐最新進展.中國水利水電出版社，1999.

[3] 雷曉燕.巖土工程數(shù)值計算.中國鐵道出版社，1999.

[4] 尉希成.支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊.中國建筑工業(yè)出版社，1995.

作者簡介：王程（1981-），男，遼寧阜新人，2006年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)，現(xiàn)在中煤天津設(shè)計工程有限責(zé)任公司從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。