柔性結(jié)構(gòu)在滑坡整治中的應用

姜鳳蘭

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京　100055)

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柔性結(jié)構(gòu)在滑坡整治中的應用

姜鳳蘭

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京100055)

山區(qū)高速公路、鐵路建設，不可避免的會遇到高填深切路段，在進行支擋結(jié)構(gòu)設計時既要考慮結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)排水，還要考慮到因填方土體或擋墻基礎土體的固結(jié)變形給支擋結(jié)構(gòu)帶來的附加變形，河道邊設置支擋結(jié)構(gòu)時還應考慮到河流的沖刷、掏切對結(jié)構(gòu)變形的影響，同時還應考慮到支擋結(jié)構(gòu)與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)性。作為柔性支擋結(jié)構(gòu)的一種，格賓擋墻能很好的適應上述因素。結(jié)合某線孝子店滑坡整治工程具體情況，詳細論述格賓擋墻的特點及設計原理，并利用格賓擋墻達到了搶工搶險效果，確保了橋梁施工按期恢復。

格賓擋墻柔性支擋結(jié)構(gòu)變形設計原理

在山區(qū)高速公路、鐵路建設中，支擋結(jié)構(gòu)設計既要考慮結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)排水，還要考慮到因填方土體或擋墻基礎土體的固結(jié)變形給支擋結(jié)構(gòu)帶來的附加變形，河道邊設置支擋結(jié)構(gòu)時還應考慮到河流的沖刷、掏切對結(jié)構(gòu)變形的影響，同時還應考慮到支擋結(jié)構(gòu)與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)性。格賓擋墻作為柔性支擋結(jié)構(gòu)的一種，能很好的適應上述因素，尤其是搶險救災、搶通保通工程中，常規(guī)的砌體結(jié)構(gòu)或混凝土結(jié)構(gòu)圬工量大，造價高，地基處理工期長，而格賓擋墻因施工快捷、對地基承載力的要求低、造價低廉，在工程實際中能發(fā)揮很好的作用[1-3]。

1　概述

格賓是指由機械編織而成的雙絞合六邊形金屬網(wǎng)面構(gòu)成的箱形結(jié)構(gòu)，將抗腐、耐磨、高強的低碳高鍍鋅鋼絲或鋁鋅合金鋼絲(或同質(zhì)包塑鋼絲)，由機械編織成雙絞合六邊形網(wǎng)目的網(wǎng)片。根據(jù)工程設計要求組裝成箱籠，并裝入塊石等填充料后連接成一體的結(jié)構(gòu)，用做堤防、路基防護、邊坡支擋等工程的新技術(shù)。

該工藝起源于歐洲，已有一個世紀的歷史，已成功地應用于水利工程、公路、鐵路工程、堤防的保護工程中[4-5]，較好地實現(xiàn)了工程結(jié)構(gòu)與生態(tài)環(huán)境的有機結(jié)合。在世界范圍內(nèi)，已經(jīng)成為保護河床、治理滑坡、防治泥石流、防止落石兼顧環(huán)境保護的首選結(jié)構(gòu)形式。

2　格賓擋墻特點及其技術(shù)參數(shù)

2.1特點[6]

(1)加強結(jié)構(gòu)

能承受任何類型的應力，特別是拉應力和剪應力。鋼絲網(wǎng)格結(jié)構(gòu)不僅在容納填石上發(fā)揮作用，更對整體結(jié)構(gòu)進行了集中加強。為使結(jié)構(gòu)擁有最大可能的強度，應對格賓類型進行正確的選擇，并且要采取正確的拉筋方法。

(2)柔性結(jié)構(gòu)

格賓石籠是通過鋼絲進行連接，在受力情況下石籠之間會發(fā)生變形，但這種變形對結(jié)構(gòu)的完整性會有好處，變形是復雜應力再調(diào)整的過程。籠內(nèi)填石隨結(jié)構(gòu)的變形發(fā)生相對移動，引起應力重分配，使之與鋼絲籠共同受力。

在設計完成時，強調(diào)其可變形度的重要性是很有必要的，事實上，土應力的變化、分布和最終確定都取決于格賓結(jié)構(gòu)是否發(fā)生變形以及變形的程度。

(3)具有滲透性的結(jié)構(gòu)

可聚集地下水并且使之流出，從而消除或者減少導致土壤不穩(wěn)定的主要原因-墻背水壓力。

由于大氣循環(huán)而促使水分從填石之間的空隙蒸發(fā)出來，增大了格賓結(jié)構(gòu)的排水功能。

2.2技術(shù)參數(shù)

格賓單元由網(wǎng)籠和網(wǎng)內(nèi)填石組成(圖1)，面機械強度為50 kN/m，鋼絲的抗張強度應在350～500 N/mm2之間，延伸率不能低于10%；鋼絲直徑為2.70 mm，邊端鋼絲直徑為3.40 mm，絞邊鋼絲直徑為2.20 mm；鋼絲容許公差為0.06 mm；鋼絲為厚鍍高爾凡(%5鋁-鋅合金及少量稀土元素)，最小鍍高爾凡量為245G/m2，鍍高爾凡層的粘附力應達到下述要求：當鋼絲繞具有4倍鋼絲直徑的心軸6周時，它不會剝落或開裂[7]，符合歐洲EN10223-3標準。

圖1　格賓單元

3　設計計算原理

作用在墻體上的力系如圖2所示[8]，H為強高，B為基礎寬度，單位以m計；Wg為墻體重量；dg為重力與墻踵的水平距離；da為墻背土體壓力作用點與墻踵的垂直距離；φ為土體摩擦角；β為墻背與豎直面的夾角；α為墻后填土與水平面的夾角；δ為墻背與填土的摩擦角。

圖2　格賓擋墻受力示意[9]

墻后主動土壓力系數(shù)計算如下

Ka=

主動土壓力計算：Pa=KawsH2/2

如果墻后填土表面作用有荷載q則主動土壓力計算：Pa=Ka(wsH2/2+qH)

主動土壓力水平推力計算：Ph=Pacosβ

抗傾覆驗算：Wr≥FsM0

抗滑移驗算：μWr≥FsPh

地基承載力驗算：e=B/2-(Mr-Mo)/Wv

基底最大壓應力：Pmax=(Wr/B)(1+6e/B)

其中：Mo=daPh；Mr=∑dW；Mr=dgWg

4　工程實例

4.1工程概況

京廣鐵路信陳段改造工程孝子店1號特大橋信陽臺、1號、2號和3號墩位于低山丘陵區(qū)(圖3)，相對高差60 m，山體自然坡度約40°，坡腳有一河流，河面寬40～100 m，河道順直，河流走向與線路方向夾角約40°。

部分山體表層覆蓋薄層種植土，下伏基巖為元古界七角山組片麻巖，全風化層厚0～0.7 m，淺灰色夾少量黑色，巖芯呈砂土狀；強風化層(Ⅳ類)厚0～15 m，淺灰色間淺黃色，巖芯呈碎塊狀，部分破碎呈顆粒狀，強風化中夾有全風化夾層；弱風化層呈淺黃色間深黃色，深灰色間灰白色，巖芯完整呈短柱狀夾塊狀。

圖3　孝子店滑坡平面

山體地下水不發(fā)育，主要為大氣降水補給，山體表層的全—強風化垂直節(jié)理裂隙發(fā)育，利于雨水下滲，通過節(jié)理裂隙排泄至坡腳河流中。河流常水位高程：98.2 m，設計洪水位：103.04 m。

孝子店特大橋修建過程中，4號橋臺的邊坡開挖引起山體滑坡，滑坡堆積體滑入橋梁施工區(qū)，影響橋梁施工，且滑體規(guī)模進一步發(fā)展趨勢明顯，已經(jīng)危及到已施工橋梁結(jié)構(gòu)的安全。如果任由滑體繼續(xù)發(fā)展，后果嚴重，為此設計單位迅即作出卸載、山體錨固和坡腳反壓的處理方案。反壓土體由卸載的滑體土組成，成分主要為夾雜礫石、塊石的坡殘積土，土體結(jié)構(gòu)非常松散，且反壓護腳臨廣水河，為了防止河水淘刷，需要在坡腳設置坡腳擋墻。

4.2坡腳反壓方案選擇

該工程為搶險性工程，要求所采用結(jié)構(gòu)施工便捷，速度快，見效快；擋墻位置臨河灘，地下水位淺，地基為砂質(zhì)壤土，強度一般，擋墻需要適應地基一定的不均勻沉降可能；擋墻本身應具有較好的透水性，以便消散土中孔隙水壓力，有利于滑坡長期穩(wěn)定。

根據(jù)工程實際，經(jīng)多方案比較，格賓擋墻以其柔性，對不良地基變形的適應性、透水性、施工便捷性、適應一定水下施工性、造價較低性等優(yōu)點被確認為最優(yōu)方案[10-12]。

采用同一墻頂高程(130 m)，墻底與現(xiàn)狀地形相適應的斷面。設計墻高有5 m和6 m，外階梯形，墻底反傾角6°，擋墻基底埋深0.5 m至1 m之間。

4.3方案設計計算

如圖4所示，擋墻高5 m，面墻退臺50 cm，墻背與鉛垂面夾角6°。格賓擋墻力學參數(shù)為：γ=17.5 kN/m3，φ=35°。

圖4　孝子店滑坡支擋剖面示意

剖面圖中土體的物理參數(shù)如表1。

計算結(jié)果如表2。

表1　土體物理參數(shù)

表2　方案計算結(jié)果

4.4施工

本工程從設計方案的確定，到施工進入實質(zhì)階段僅5 d時間，在基槽滲水、邊坡局部垮塌不斷、多種施工交叉作業(yè)、降雨頻繁的情況下，僅用了不到一個月完成130 m長，約1 500 m3格賓擋墻，達到了搶工搶險效果，確保了橋梁施工按期恢復(圖5)。

5　體會

(1)雖然該擋墻位于廣水河灘邊，基槽開挖時嚴重滲水，并伴有反壓坡腳的松散土體的塌方，但對施工并未產(chǎn)生多大影響；由于格賓施工的方便與快捷，基本沒有采取臨時支護，即節(jié)省費用，又加快了工程進度。

(2)由于本場地不遠處正在進行隧道施工，其棄

渣既可裝填格賓，節(jié)約了購買石料的費用，又節(jié)約了渣土的運輸和征地費用。

圖5　施工工藝流程

(3)作為柔性結(jié)構(gòu)，格賓擋墻可解決一般擋墻在地基及墻背填料不良等諸多不利條件下對地基承載力和變形要求高的問題。

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Application Study on Flexible structure in Landslide Treatment

JIANG Feng-lan

2015-03-01

姜鳳蘭(1962—)， 女，1983年畢業(yè)于鐵三院職工鐵道工程學院線路專業(yè)。

1672-7479(2016)02-0064-03

U213.1

B