黃土高邊坡支護中樁板擋墻的應用研究

顧 軍

（甘肅博通工程咨詢有限公司， 甘肅 蘭州 730030）

0 引言

既往黃土邊坡建設中，如果邊坡高度超過30m時，建議在局部建設加工工程進行收坡，減少邊坡開挖過高而滋生出較高不良因素而降低邊坡穩定性；若自然邊坡較平緩，通過適當設置寬平臺也是一個不錯的選擇，但是在較陡峭的自然邊坡端，若寬平臺導致人工邊坡高度增速過快時，要嚴謹選用。為有效應對既往西北黃土地區邊坡“寬平臺，陡坡率”的設置與黃土錨索錨固力問題，筆者提出盡量應用自穩方式去維持黃土邊坡穩定性的建議。

1 邊坡主要物質構成及變形破壞特征

某斜坡段全長724m左右，坡底、坡頂高程分別978m、1090m左右，地貌上屬于黃土梁區。斜坡坡腳發成高度、坡度分別約20～40m、60～80讀的陡坡，且逐漸以緩坡形式朝梁頂過度。

1.1 物質構成

結合野外勘察、鉆探及探井資料，本斜坡頂部覆蓋厚3～19m的馬蘭黃土，普遍表現為結構疏松，根系、蟲孔均較發育。離石黃土是斜坡主體的主要構成，厚度達到70～90m,能探查到5～10層古土壤，分別發育出NWz、SW，節理。黃土的下方是寶塔山段砂巖，實測傾角 1～3°，砂巖頂面的高程達到980m，僅在局部區段出現裸露[1]。

1.2 變形破壞特征

本斜坡前、后緣高程分別992m、1056m，坡高達63m。由于局部滑坡出現了“圈椅狀”

凹坡。當下只殘留下局部滑體（15500m3左右），其他都被人工搬運或整改成平臺。后緣留下一高度大概40m近乎直立的陡壁?？辈彀l現壁頂形成了兩條弧狀裂縫，寬度集中在6～12㎝，最大能達到65㎝，人工已經削除變形土體，打造出兩級臺坎，陡壁黃土體中發育出兩組垂直節理，走向依次是SW220°和NW315°。

綜合分析地質勘探結果后，可以確認壁頂張裂縫尚未貫通，但陡壁土體卻垂直節理發育，多雨時節市場出現局部崩塌與掉塊情況，如果遇到豐水年或者劇烈的人工活動，很可能導致坡體出現大范圍滑動，當下穩定性明顯不足，相關部門應加大監測力度，盡早整頓治理。

2 樁板擋墻的設計計算

2.1 計算內容與參數選擇

2.1.1 內容

（1）土壓力的荷載；

（2）測算出板樁的入土深度、抗傾覆等。分析到本滑坡工程存在的現實意義，設定其在正常投用階段抗滑、抗傾穩定分別是1.35、1.5[2]。

2.1.2 參數選擇

（1）土層參數：可供選擇的方法有m、k、c法等。M取值的偏差基本不會對墻體受力與變形形成較大影響；k法對基底被動土壓力的取值情況表現出較高的敏感性；m法主要分析在樁板的內力變形工況下對坑底土質形成的影響。

（2）物理參數：樁砼強度等級 C30，樁縱筋合力點至外皮距離控制182mm；擋土墻類型：普通擋土墻，后墻填土內摩擦角33°，墻后填土容重達19.8kN/m3，板厚0.36m，板寬0.5m。

2.2 “m”法的計算設計

本文懸臂13m、截面尺寸2×3.5m工況進行設計分析。

2.2.1 基本數據：樁體全長、嵌入深度分別達到30m、17m；截面形狀設計成方樁（樁寬、高、間距分別是2m、3.5m、4.5m）[3]。

2.2.2 庫侖土壓力：測算高度達 13m處的庫侖主動土壓力，第一破裂角42.4°，Ea、Ex、Ey分別達到674.1kN、646.4kN、191.5kN。作用點高度Zy達4.0m。

2.2.3 計算樁身內力：利用m法計算，背側是擋土側，面側是非擋土側；面、背側最大彎矩分別是0kN、30592.7kN，分別和樁頂相距1m、19m；剪力最大4295.1kN，距樁頂26m[4]。

2.2.4 計算擋土板內力配筋：選擇1#板進行分析，板厚60mm，板下緣和頂相距 12m，土壓力最大值 139.4kPa，單塊板挖掘 176.5kN/m，單塊板所有縱筋面積2538.2mm2。

2.3 “k”法設計計算

2.3.1 懸臂13m、截面2×3.5m

經試驗測得k=11MN/m3。

測算高 13m位置的庫侖主動土壓力，第 1破裂角 42.4°，Ea、Ex、Ey分別達是674.2kN、646.5kN、191.5kN。作用點高度Zy是4.1m。

樁身內力：背側、面側分別是擋土、非擋土側；面、背側最大彎矩分別0kN、22538.2kN/m，分別和樁頂相距0m、16.6m；剪力最大3927.1kN，距樁頂13m，樁頂位移98mm。

2.3.2 懸臂11m、截面2×3.5m

經試驗測得k=10MN/m3。

測算高 11m位置的庫侖主動土壓力，第 1破裂角 44.0°，Ea、Ex、Ey分別達是473.2kN、453.7kN、134.4kN。作用點高度Zy是3.4m。

樁身內力：背側、面側分別是擋土、非擋土側；背側最大彎矩12854.1kN/m，和樁頂相距13.9m；剪力最大2756.1kN，距樁頂11m，樁頂位移99mm。

2.3.3 懸臂9m、截面2×3.5m

k=9MN/m3。

計算9m處的庫侖主動土壓力，第1破裂角44.8°，Ea、Ex、Ey分別達是303.1kN、290.6kN、86.4kN，高度Zy對應值2.84.1m。

樁身內力：背側、面側分別作為擋土、非擋土側；背側最大彎矩6525.1kN/m，和樁頂相距11.4m；剪力最大1765.5kN，距樁頂9m，樁頂位移92mm。

2.3.4 懸臂9m、截面2×3m

k=8.6MN/m3。

9m 處的庫侖主動土壓力，第 1破裂角 44.9°，Ea、Ex、Ey分別達是303.1kN、290.5kN、86.4kN，高度Zy對應值2.84.1m。

樁身內力：背側、面側分別作為擋土、非擋土側；背側最大彎矩6525.1kN/m，和樁頂相距11.3m；剪力最大1765.6kN，距樁頂9m，樁頂位移99mm。

2.4 比較兩組方法的計算結果

即在符合現行規范樁頂位移量的狀況下，分別應用“m”法與“k”法計算不同樁截面與樁長。匯總并對比計算結果，發現“k”法的取值和懸臂高度值增減過程呈正比例關系；伴隨懸臂長度的增加，樁身的最大挖掘與剪力位置均增加，從這個角度分析，“k”法和現實受力情況之間有更高的吻合度；。比較這兩種方法計算出的最大彎矩與剪力，發現“k”法明顯小于“m”法，有助于減少工程建設成本[5]。

綜合分析以上論述的內容，認定在符合規范準許的位移量大小的工況下，從受力狀態與造價兩個方面分析，選用懸臂9m、截面2X3.om的方案更具合理性、經濟性。

3 實例分析

3.1 案例一

黃土坡體土質構成是馬蘭黃土（Q3eol）與離石黃土（Q2eol），下伏白堊系（K）強～中風化砂巖。擬定在本坡體內應用1:0.5～1:0.75陡坡率，并布置數級8～18m寬平臺進行治理，邊坡高77.86m。分析到土方大范圍挖掘與多級邊坡坡面防護，工程造價A元左右。

擬采方案有如下不足

（1）挖掘邊坡時會增加邊坡坡腳的黃土與下伏砂巖間被揭穿的風險，很容易造成黃土沿下伏砂巖界面出現滑坡。

（2）開挖后邊坡出現顯著的“剝山皮”現象，對植被形成較大破壞，人工挖掘面大范圍裸露，容易引起邊坡坡面沖刷、剝落與坡體失穩等情況。

（3）需要挖掘處理的邊坡較高，增加后續工程建設階段坡面防護和土方工程養護壓力。

為了有效規避以上不良情況，筆者建議把長度達20m抗滑樁布置在坡腳，起到固腳的作用，能夠全面提升坡體的穩定性，隨后按照坡率 1:0.5在樁后離石黃土（Q2eol）內進行收坡。為進一步增強高邊坡的穩定性及減少減少坡面沖刷問題，決定配合使用錨桿框架去加固邊坡。通過以上方法調整最初的設計方案后，邊坡高度由初設計77.86m降到26.4m。整體分析此時的工程造價大概0.8A元，不僅減少了工程成本，還明顯提升施工安全性和環保性。

圖4是建議應用的工程地質斷面圖。

圖4 建議應用的工程地質斷面圖

3.2 實例二

某坡體黃土由馬蘭黃土（Q3eol）、離石黃土（Q2eol）組成，下伏白堊系（K）強～中風化泥巖。技術工人巨鼎在白堊系（K）強～中風化泥巖與黃土坡體內應用1:1坡率與各級2m寬平臺建設，邊坡高度82m。估計其工程造價C元。

以上方案執行時暴露出如下缺點：（1）邊坡設置情況出現了較顯著的“剝山皮”情況，破壞植被生長環境不利于生態保護，大范圍人工開挖作業面裸露，容易導致坡面沖刷、剝落及降低坡體的穩定性。

（3）邊坡挖掘高度達到了82m，形成了較大的安全風險，并且后續施工中邊坡坡面防護面積、土石方建設規模均較大。

鑒于以上實際情況，決定在第三系（N）泥巖依照1:0.5的坡率進行收坡，且利用12m錨桿對一級邊坡進行固腳處理，把長度20m錨索項目布置在黃土與泥巖界面上，能夠對高邊坡發揮“強腰”作用。上部馬蘭和離石黃土統一應用1：0.75坡率進行挖掘直接綠化防護。通過以上形式調整設計方案后，邊坡高由最初82m降到設計調整后，邊坡的36.06m，此時其工程造價大概是0.5C元（圖5）。

圖5 建議應用的工程地質斷面圖

4 結束語

總之，為完善黃土地區高邊坡設計，應依照實際的坡體巖土體組成及黃土和下伏巖體的力學性質開展整體分析。盡量先考慮嘗試使用陡坡率，并依照高邊坡加固理念有針對性的對邊坡進行防護防護，借此方式合理降低邊坡高度，提升人造工程與自然之間的和諧度，將對植被造成的破壞程度降到最低，減少后續邊坡的養護成本，創造出更多的工程效益。