支擋結構設計要求及關鍵問題研究

趙文鋒

引言

邊坡是自然或者人工造成的斜坡。隨著我國基礎設施建設的發展，交通、水利、礦山等工程活動中遇到大量的邊坡。加強對邊坡危害的認識，通過合理的設計，將邊坡危害降低，提高邊坡的穩定性。邊坡治理常見的方法就是支擋結構，支擋結構分為重力式擋土墻、懸臂式擋土墻、扶壁式擋土墻、錨桿擋土墻、加筋土擋土墻以及地下連續墻。支擋結構在設計的時候一定要結合具體工程項目，并采取合適的治理方法，確保支擋結構的穩定性。

1 支擋結構設計原則

1.1 必須具有一定的承載力

為了確保邊坡工程的穩定性和安全性，支擋結構必須滿足結構正常使用的極限狀態以及承載能力極限狀態，并對支擋結構的承載力進行計算。支擋結構正常使用的極限狀態驗算包括結構變形驗算、鋼筋混凝土構件的抗裂縫能力；支擋結構承載能力極限狀態計算內容包括支擋結構形式計算土體的穩定性，結構穩定性指結構不會沿著墻底地基中的某一個滑動地面產生滑動[1]；支擋結構抗滑性能、支擋結構抗隆起性能；支擋結構抗滲透流性能；支擋結構的受壓、受彎、受剪切、受拉承載力水平等；當有錨桿和支護結構支撐的時候，必須計算承載力和穩定性能。

1.2 因地制宜滿足工程實際需求

支擋結構設計的時候必須綜合工程實際的用途、地形、地質條件，確定支擋結構的平面布局和立體布局，并根據分析地形地貌、土地性能、荷載條件以及現場施工技術、材料來源等綜合因素，確定支擋結構的類型和界面尺寸。

1.3 支擋結構和環境相協調

鐵路、公路、水利、礦山工程在施工過程中，對當地的環境造成一定的破壞。邊坡施工過程中，破壞當地的植被，影響到當地的環境。因此，支擋結構在設計的時候，必須符合國家建筑工程環保相關規范和要求，采用綠色防護工程，提高支擋結構的環境效益。

2 支擋結構設計要求

支擋結構設計必須符合國家技術經濟政策，按照國家全面規范、遠期目標以及統籌兼顧的原則。

支擋結設計必須滿足各種設計荷載組合下，支擋結構的穩定性、堅固性和耐久性。支擋結構位置選擇根據實際情況確定，陡坡路堤、地面橫坡、路邊邊坡形成薄層填方，采用支擋結構收回坡腳，提高路基的穩定性。不同地質地段，必須提高邊坡的穩定性或者提高支擋結構的安全性，在特殊地段或者軟弱土層地段的路塹邊坡必須采用坡腳預加固技術。

按照支擋結構荷載分為主力、附加力以及特殊力。主力指支擋結構承載的巖土側壓力、滑坡推力；支擋結構頂面承載荷載、重力荷載；軌道、列車、汽車、房屋等產生的荷載側壓力；結構基底產生的摩擦力；常水位時靜水壓力和浮力。附加力包括設計水位的靜水壓力和浮力；波浪壓力；凍脹力和冰壓力。特殊力主要指的地震作用力、施工荷載、臨時荷載。支擋結構的特殊力一般指在浸水和地震作用力。其中鐵路列車的動力荷載必須按照鐵路標準活載進行計算，在不計算沖擊力、制動力、搖擺力的情況下，軌道和列車負載使用土柱進行換算，公路車輛荷載標準按照《公路橋梁設計通用規范》中的要求進行計算[2]。

擋土墻結構設計的時候要考慮到可能出現的作用荷載，并根據作用荷載，選擇合適的荷載方式，并對不利于荷載組合進行計算。

支擋結構設計前，必須對現場施工環境進行地質勘查，了解施工山體地質條件、水文條件、地形地貌，并獲得巖土物理力學參數。支擋結構的基礎工程，抗滑樁和預應力錨固索錨固段設計的時候，必須考慮到地基基礎、錨固段位的深度和巖土力學指標。

3 常見支擋結構設計要點

3.1 重力擋土墻

重力擋土墻主要應用在浸水、地震以及特殊巖土的路肩、路堤和路塹等部位，路肩、路堤擋土墻的高度小于10m，石質路塹擋土墻的高度小于12m。本文以鐵路工程為例，重力擋土墻的材料的強度以及適用范圍符合如表1。

表1

按照容許應力法計算重力擋土墻的混凝土、石片混凝土的容許應力值，具體數值如表2。

表2

擋土墻的地基基礎工程采用明挖法，如果基坑比較深、且邊坡不穩定則可以采用臨時支護，如果基礎工程地基為軟土土層，則可以通過加寬地基基礎工程、換填土方法、強夯法、混凝土噴射方法加固軟土土層。擋土墻基礎埋深深度必須符合以下條件：①地基基礎埋置深度小于1m。②如果凍結深度≤1m/時，則凍結深度線以下必須0.25＜H＜1（m），凍結深度大于1m/時，凍結深度線小于1.25m，且凍結線以下0.25的地基土必須換填為非凍脹土[3]。③水流沖刷線小于1m。④路塹擋土墻的基底在路肩以下大于1m，且低于側溝砌體底面。⑤擋土墻的位置如果設計在縱向斜坡上，則基底的縱坡必須大于5%，基底適合設計為臺階式。

如果路基基礎在穩定的斜坡上，那么趾部埋深和距離地面的水平距離必須符合表3要求。

表3

3.2 預應力錨索支護結構

預應力錨索支護結構施工流程如下：預應力錨索支護施工流程為鉆孔→編索→穿索→灌漿→外錨墩→安裝錨具→張拉→封閉外錨頭。在鉆孔的時候，要嚴格控制鉆具的鉆進傾角和方位，鉆進20～30cm時，要及時校正角度，在鉆進過程中要及時測量鉆孔傾斜度，并及時進行糾偏，孔軸偏差不能超過孔深2%，方位偏差不能大于3°[4]。鉆孔遇到巖體破碎或者地下水滲透問題，必須采取相應的措施。錨索制作好以后，要進行編號、注明生產日期、使用部位和孔號，編號錨索以后，按照要求進行傳索。固定錨索以后，進行灌漿，漿液按照預應力錨索支護結構性能要求配置，漿液灌注以后，必須等漿液穩固以后，才進行錨索張拉，張拉的時候必須逐級增加或者減少，并做好張拉記錄[5]。

4 結束語

支擋結構在建筑、水利、鐵路、公路等基礎工程中廣泛應用，在設計的時候，必須綜合考慮到工程的實際功能，并做好相關的地址勘察工作，然后按照國家各類工程的標準和規范進行設計，確保支擋結構質量合格。