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

【摘要】在現(xiàn)代水利工程建設(shè)中，擋土墻在水庫(kù)樞紐、引水樞紐、水電站及各種渠系建筑物工程應(yīng)用十分廣泛，自平衡復(fù)合式擋土墻結(jié)構(gòu)是建筑工程較為新型的設(shè)計(jì)方法，由面板、斜樁等構(gòu)件共同組成，其工作原理為仰斜式的擋土墻用自身的重量產(chǎn)生彎距，從而消除土坡對(duì)斜樁產(chǎn)生的彎距，將其用于建筑工程的邊坡處理中，不但能提高工作效率，還能減少工程造價(jià)，增加企業(yè)效益。本文以實(shí)際工程為例，對(duì)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)用進(jìn)行了詳細(xì)的探討。

【關(guān)鍵詞】自平衡復(fù)合式擋土墻；邊坡；應(yīng)用

建筑工程的邊坡施工中，支護(hù)方案的設(shè)計(jì)是主要工作，該方案是否合理，和邊坡工程成敗關(guān)系密切，墻后土體流失，會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)損失。通常情況下，邊坡設(shè)計(jì)方案的合理性和這樣幾個(gè)方面相關(guān)：保證邊坡和周圍環(huán)境安全，滿足邊坡的使用功能，降低工程造價(jià)。在這種要求的影響下，自平衡復(fù)合式擋土墻結(jié)構(gòu)問世，并憑借諸多優(yōu)勢(shì)被用于邊坡施工中，取得一定成效。因此掌握擋土墻施工技術(shù)有著十分重要的意義。

1、自平衡復(fù)合式擋土墻簡(jiǎn)介

無論是重型擋土墻結(jié)構(gòu)，還是輕型擋土墻結(jié)構(gòu)，都有著自己的優(yōu)缺點(diǎn)和使用范圍，在當(dāng)前高邊坡問題持續(xù)嚴(yán)重的基礎(chǔ)上，使用單一、傳統(tǒng)的支護(hù)手段已無法滿足建筑工程需求。近年來，伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的新型支護(hù)形式問世，并憑借諸多優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用。其中，自平衡復(fù)合式擋土墻在使用各種力學(xué)、巖土理論上創(chuàng)造斜樁，并將其作為支擋結(jié)構(gòu)用于邊坡工程中，從某種程度上解決著高邊坡施工難題，這種類型的擋土墻綜合著輕型、重型擋土結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，具有使用范圍廣、受力均勻的特征，應(yīng)用前景相對(duì)廣闊。

一般來講，自平衡復(fù)合式擋土墻結(jié)構(gòu)由面板、斜樁等構(gòu)件共同組成，其中，面板屬于構(gòu)造體系，斜樁屬于承載體系。工程設(shè)計(jì)期間，上部面部的重力設(shè)計(jì)和傳統(tǒng)的擋土墻重力基本相同，設(shè)計(jì)內(nèi)容科學(xué)、合理的選擇擋墻形式，實(shí)施傾覆、滑移等計(jì)算。唯一不同的是，承載力驗(yàn)算過程中，自平衡復(fù)合式擋土墻上部結(jié)構(gòu)重力能直接作用于斜樁頂端，其地基承載力驗(yàn)算則通過斜樁底部的承載力考核。通常情況下，可在擋土墻標(biāo)準(zhǔn)圖基礎(chǔ)上直接選擇，一般重力式擋墻高度在8米以內(nèi)，衡重式的高度在12米以內(nèi)。自平衡復(fù)合式擋土墻工作原理：仰斜式的擋土墻用自身的重量產(chǎn)生一定的彎距，來消除土坡推力對(duì)斜樁彎距；面板作為圍護(hù)樁中間的土體，能預(yù)防土體塌落，維持墻面美觀；斜樁能增強(qiáng)力臂，使相應(yīng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生足夠的彎距，消除土坡推力對(duì)結(jié)構(gòu)的彎距。面板和傳統(tǒng)的擋土墻基本一致，只是由原本的天然地面轉(zhuǎn)換成了鋼筋混凝土斜樁，只要斜樁能滿足承載需求，就能計(jì)算重力式的擋土墻，進(jìn)而滿足全部的承載需求。但斜樁就無法和一般抗滑樁那樣僅受推力，還受摩擦力。特點(diǎn)：能從某種程度上減少支護(hù)結(jié)構(gòu)材料消耗量，降低邊坡工程的施工難度，增加經(jīng)濟(jì)效益。

2、工程實(shí)例

某小區(qū)有兩棟樓，樓層10層，樓房南側(cè)是公路，北側(cè)是新建居民樓。這兩棟樓和北側(cè)居民樓距離比較近，且中間存在比較高的土坡，無相通的道路。根據(jù)相關(guān)的要求，應(yīng)在樓房東側(cè)、北側(cè)修建消防通道，然因房屋建在斜坡上，使北側(cè)成為相對(duì)松散的邊坡。為保證消防通道的正常建設(shè)，應(yīng)實(shí)施邊坡支護(hù)處理。

2.1 地質(zhì)環(huán)境

工程場(chǎng)地屬于淺丘斜坡，地表高度處于55-68m之間，最大高差13m，原始的地形向東北方傾斜，無斷層，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，場(chǎng)地中的大部分區(qū)域用殘留積土、填土層覆蓋。場(chǎng)地防震等級(jí)為7級(jí)，基本的地震加速值初步設(shè)計(jì)為0.12g；地形明顯起伏，因人工開挖形成混合的邊坡，是不利于抗震的地段。從場(chǎng)地類型上來看，該場(chǎng)地屬于II類，基本現(xiàn)狀比較穩(wěn)定，人工邊坡出現(xiàn)輕微的局部滑塌現(xiàn)象，不良的地質(zhì)作用未明顯發(fā)育，未出現(xiàn)崩塌、滑坡等災(zāi)害，且場(chǎng)地內(nèi)部也不存在影響建筑工程的危險(xiǎn)物。水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，未出現(xiàn)地下水露出情況，地下水位36m，根據(jù)地質(zhì)條件判定，地下水不會(huì)腐蝕混凝土。

從工程場(chǎng)地的巖土物理力學(xué)指標(biāo)上來看，主要包括這樣幾種：粘性土，天然重度為每立方米19.6kN，極限地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)為345kPa，內(nèi)摩擦角度處于14.5-14.8度之間；素填土，天然重度為每立方米17.0kN；強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，天然重度為每立方米19.7kN，地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)為399.0kPa；中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，天然重度為每立方米20kN，地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)為3.15kPa。

2.2 工程地質(zhì)評(píng)價(jià)

該場(chǎng)地?cái)M建小型丘坡，地貌條件復(fù)雜，邊坡長(zhǎng)度在200m左右。按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整標(biāo)高后，形成5-10m的方形邊坡，經(jīng)由邊坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算得知（），K的平均值在1.0以內(nèi)，不是很穩(wěn)定。因此，需實(shí)施邊坡支護(hù)處理。

從工程場(chǎng)地整體來看，穩(wěn)定性較好，不存在不良的地質(zhì)，其基本的地質(zhì)環(huán)境也未遭受到破壞，僅局部出現(xiàn)土體坍塌現(xiàn)象；水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，不會(huì)影響到擬建筑的工程，巖石地基穩(wěn)定，基本滿足工程建設(shè)需求。

2.3 前期的設(shè)計(jì)情況

某公司根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況為其制定了支護(hù)方案：樁板擋土墻結(jié)構(gòu)。該工程場(chǎng)地土層厚，邊坡高，壓力大。并且，因該支護(hù)結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)，樁類似于懸臂梁，邊坡水平推力對(duì)工程結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的彎距、剪力大多由配筋承擔(dān)，導(dǎo)致樁截面相對(duì)較大，通常為1500×3000mm。同時(shí)，還會(huì)增加配筋總量，加深嵌巖深度。由此可見，將樁板擋土墻結(jié)構(gòu)用于該工程的邊坡施工中，不僅會(huì)增加工程造成，延長(zhǎng)工程的施工周期，還會(huì)加大工程施工難度，造成嚴(yán)重影響。

2.4 自平衡復(fù)合式擋土墻結(jié)構(gòu)

建筑工程施工中在所規(guī)劃的消防通道處設(shè)置自平衡復(fù)合式擋土墻結(jié)構(gòu)，將抗滑樁之間的距離控制在5m以內(nèi)，樁徑為1000×1500mm，通過對(duì)樁身的計(jì)算，將縱向的鋼筋量控制在15φ25左右，樁嵌入巖層2m左右。同時(shí)，將擋墻的平均厚度設(shè)置為2m，擋墻高度為7m，并設(shè)置11根抗滑樁。（見下圖）

通過和懸臂式抗滑樁擋墻支護(hù)方案的比對(duì)，發(fā)現(xiàn)自平衡復(fù)合式擋土墻結(jié)構(gòu)因自身優(yōu)勢(shì)的存在，能直接減少抗滑樁嵌固端剪力、彎距，并同時(shí)減小樁截面尺寸、配筋總量、巖層的嵌入深度，降低整個(gè)工程造價(jià)，在保證工程施工質(zhì)量的情況下，在規(guī)定周期竣工。

2.5 效益評(píng)估

①經(jīng)濟(jì)效益。建筑工程施工中的經(jīng)濟(jì)效益是在工程施工成本的降低上獲得的，通常來講，工程施工成本的降低主要表現(xiàn)為這樣幾個(gè)方面：一方面節(jié)約著坡工程支護(hù)結(jié)構(gòu)成本，另一方面是在工程施工周期縮短、施工技術(shù)難度降低中節(jié)約的成本。將本文工程作為例子，原本設(shè)計(jì)的邊坡支護(hù)方案造價(jià)168萬元，而自平衡復(fù)合式擋土墻支護(hù)方案的造價(jià)則為55萬元，兩種支護(hù)方案相比，后者能節(jié)約至少68.0%的工程造價(jià)；②社會(huì)效益。工程施工中的社會(huì)效益體現(xiàn)在：自平衡復(fù)合式擋土墻結(jié)構(gòu)在保證邊坡穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，降低工程的施工難度，縮短工程的施工周期，加快回遷區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度，將工程施工中對(duì)周圍居民的危害將至最低。

3、結(jié)語

在建筑業(yè)不斷發(fā)展的現(xiàn)階段，施工手段、施工技術(shù)得以更新，推動(dòng)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。但從邊坡工程的施工情況上來看，因邊坡工程的特殊性，相對(duì)傳統(tǒng)的支護(hù)方案已無法滿足需求，甚至引發(fā)安全隱患，造成嚴(yán)重影響。這種情況下，自平衡復(fù)合式擋土墻結(jié)構(gòu)問世，不但能降低邊坡支擋設(shè)計(jì)難度，還能減少工程造價(jià)，更加適用于大挖方、高填土的邊坡工程中，對(duì)治理地質(zhì)災(zāi)害意義重大。另外，該結(jié)構(gòu)操作簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉，未來的應(yīng)用前景廣闊。

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