淺談仰斜式擋土墻在山路邊坡滑坡中的應(yīng)用

何 璠

(西安市引湑濟(jì)黑調(diào)水工程管理中心，陜西 西安 710000)

1 仰斜式擋土墻的概述

重力式擋土墻主要依靠墻身自重保持穩(wěn)定。其墻身斷面尺寸較大，墻身較高，對地基承載力要求較高。重力式擋土墻根據(jù)墻背形式的不同，大致可以分為五類，即仰斜、垂直、俯斜、凸折線和橫重式、仰斜式擋土墻：擋土墻的墻背是仰斜的，即擋土墻的墻背在垂直狀態(tài)下繞墻背頂點(diǎn)做順時針旋轉(zhuǎn)所形成斜墻背，斜墻背與通過墻背頂點(diǎn)的垂直線形成α角，通常α=8°～15°(坡比約1∶0.15～1∶0.3)。這時，墻后填土位于斜墻背之下，所計(jì)算的總土壓力較小，對擋土墻穩(wěn)定非常有利。仰斜擋土墻墻胸也是傾斜的，常用語公路路基、鐵路路基、堤防邊坡、填方渠道邊坡上，所以又被稱為貼坡式擋土墻，也屬于重力式擋土墻。仰斜式擋土墻由于受到的土壓力很小，所以斷面尺寸較小，比較經(jīng)濟(jì)，適用于2 m～10 m的擋土墻邊坡砌筑中。

2 仰斜式擋土墻適用條件

擋土墻形式選擇應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地形情況、地質(zhì)情況、墻的高度等進(jìn)行比較而定。仰斜式擋土墻墻背所受的主動土壓力小，墻身斷面比較經(jīng)濟(jì)，特別用于路塹墻、路堤，墻背與臨時開挖的邊坡比較貼合，開挖量和回填量較少，施工場地受周邊建筑影響施工作業(yè)面小，墻趾處橫坡平坦的條件下。

3 應(yīng)用

引湑濟(jì)黑調(diào)水工程所在的西安市周至縣厚畛子鎮(zhèn)至老縣城村的22 km山路，是進(jìn)入引湑濟(jì)黑調(diào)水工程唯一山路。該段山路于2006年完工，山路翻越海拔2200高程的秦嶺梁，為山嶺重丘四級公路，路基寬度雙車道6.5 m，單車道4.5 m，路面寬度雙車道6.0 m，單車道3.5 m。其中在翻越主梁的0+500～1+980段，為單車道山路，且道路彎度大于180°，由于汛期暴雨較多，道路路基靠近懸崖側(cè)路基容易發(fā)生水毀導(dǎo)致輕度滑坡，滑坡面比較陡峭，地面狹窄，坡度陡峭。塌方部位高度約2 m～10 m，需要對路基進(jìn)行加固處理。

3.1 擋土墻選型考慮

重力式擋土墻有仰斜、俯斜和直墻背三種。擋土墻形式選擇的合適與否，直接關(guān)系到擋土墻的可靠使用和是否經(jīng)濟(jì)合理，對設(shè)計(jì)有著重要意義。擋土墻形式選擇應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地形情況、地質(zhì)情況、墻的高度等進(jìn)行比較而定。

3.1.1 俯斜式擋土墻

考慮到該段道路已經(jīng)修筑完成，且水毀道路路基滑坡側(cè)為懸崖，選用俯斜式擋土墻需要開挖基礎(chǔ)，填方較大，上部山路道路面層需要鑿除，重新澆筑，且該段山區(qū)道路只有3.5 m，山路寬度非常有限，鑿除后影響嶺南村民出行，該地區(qū)位于秦嶺腹地，施工機(jī)械難以調(diào)動且施工困難。

3.1.2 直墻重力式擋土墻

直墻重力式擋土墻墻前地面積不足，施工體積大，用料較多，經(jīng)濟(jì)性差，且對地基承載力要求較高，只能用于承載力大的巖石地基和堅(jiān)硬的土類地基。

3.1.3 仰斜式擋土墻

由于滑坡面坡比約1∶0.25，仰斜式墻背能與開挖的臨時邊坡緊密貼合，對地基承載力要求較低，且對墻前墻后地面大小要求較低，施工對交通影響較小，因此擬采用仰斜式擋土墻。

3.2 主要技術(shù)參數(shù)

(1)根據(jù)實(shí)際勘查現(xiàn)場，擬設(shè)仰斜式擋土墻墻高為7 m，墻頂寬b=1.3 m，Bd=1.8 m，Hj=0.6 m，bj=0.5 m。

(2)墻體材料采用MU80片石，M10水泥砂漿，砌體抗壓強(qiáng)度1.14 N/mm2，砌體重度γ0=24 N/m3。

(3)墻后填土為碎石土，重度γ0=18 N/m3，內(nèi)摩擦角Φ=35°。

(4)墻后填土表面為水平，即β=0°，其上汽車等帶何在值q=10 kN/m2。

(5)地基為礫石類土，承載力特征值fk=750 kPa。

(6)墻背與豎直線的夾角α=-14°02′(仰斜坡率=1∶0.25)。

(7)外摩擦角δ取14°。

(8)墻底與巖土摩擦系數(shù)μ=0.5。

(9)墻底做成8°傾角，墻背坡率1∶0.25，墻胸坡率1∶0.25。(見圖1)

圖1 擬設(shè)計(jì)仰斜式擋土墻尺寸圖

3.3 土力學(xué)穩(wěn)定性及承載力計(jì)算

3.3.1 主動土壓力系數(shù)Ka

β=0°，δ=14°，ψ=35°，α=-14°02′

計(jì)算得，Ka=0.1642，查表得Ka=0.1644，說明計(jì)算無誤。

3.3.2 主動土壓力及穩(wěn)定計(jì)算成果

(1)抗滑動穩(wěn)定

式中：∑V為作用在墻上的豎直力之代數(shù)和；∑H為作用在墻上的水平力之代數(shù)和；μ為墻底與地基間的摩擦系數(shù)，取0.5。

(2)抗傾覆穩(wěn)定

(3)基地應(yīng)力計(jì)算

式中：Pmax為1 m長度偏心受壓基礎(chǔ)底面邊緣處最大壓力設(shè)計(jì)值，應(yīng)使Pmax≤1.2 f；Pmin為1 m長度偏心受壓基礎(chǔ)底面邊緣處最小壓力設(shè)計(jì)值，應(yīng)使Pmax≥0；f為天然地基承載力設(shè)計(jì)值；B為墻的基底總寬度；e為墻上作用荷載對基底中心點(diǎn)產(chǎn)生的偏心距。

=89.5 kPa>0 kPa

=166.21 kPa<750 kPa

根據(jù)計(jì)算，說明擬設(shè)定的擋土墻尺寸滿足穩(wěn)定及承載能力要求。同時，可以以此方法來推求其他高度情況下所需擋土墻尺寸。

表1 擋土墻受力及墻趾處力矩計(jì)算表

3.4 應(yīng)用過程中注意問題

3.4.1 回填料問題

墻后填土性質(zhì)決定擋土墻的受力，填土的重度越大，產(chǎn)生土壓力越大，填土的含水位越高，產(chǎn)生土壓力也越大；因粘性土的壓實(shí)性和透水性較差，且具有吸水膨脹和洞脹性，可能產(chǎn)生側(cè)向膨脹壓力，因此，墻后填土應(yīng)選用砂性土，如中粗砂、砂礫、碎石土、礫石土、塊石等。

3.4.2 回填強(qiáng)度

仰斜式擋土墻施工過程較復(fù)雜，尤其對于山路路基擋土墻回填難度較大。擋土墻完成后必須使強(qiáng)度達(dá)到70%以上才能回填土，每層回填厚度不得大于20 cm。每層回填完畢后壓實(shí)，壓實(shí)度不得小于90%。

3.4.3 墻身防水

排水設(shè)置的好壞直接涉及擋土墻的安全與使用，是關(guān)系到擋土墻成敗的又一關(guān)鍵。排水不良對基礎(chǔ)和土坡的穩(wěn)定影響很大，它可以增大墻后的土壓力，嚴(yán)重時可對地基造成破壞，從而導(dǎo)致?lián)跬翂κ隆榇_保墻后排水孔通暢和不被堵塞，孔的進(jìn)口必須設(shè)置級配碎石反濾層，為防止墻后積水下滲地基，造成墻體破壞，墻后應(yīng)設(shè)置黏土隔水層，黏土層一般設(shè)在最低一排排水孔處，以堵絕墻后積水下滲基礎(chǔ)的途徑并利于孔眼前水的排泄；在墻頂設(shè)截流溝，墻后填土頂面采用砼護(hù)砌。

圖2 仰斜式擋土墻設(shè)計(jì)施工詳圖

3.4.4 擋土墻埋深

擋土墻的墻趾的最小埋深也關(guān)系到基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。對于普通土質(zhì)，擋土墻的最小埋深為1 m，距斜坡地面的最小水平距離在3 m。在山區(qū)道路滑坡后路基擋土墻的選型過程中，尤其在基礎(chǔ)處于陡坡段，一定要考慮基礎(chǔ)的設(shè)置位置，確保有足夠埋設(shè)深度和距離斜坡地面的最小水平距離。在山區(qū)公路地面橫坡比較陡峭，無法保證最小水平距離時，采用仰斜式擋土墻可能會過多的增加墻高，不太經(jīng)濟(jì)?？煽紤]俯斜式和衡重式擋土墻。一般在路塹墻、墻趾比處地面平緩的路肩墻或者路堤等情況下，采用仰斜式擋土墻。

4 實(shí)施的效果

2011年～2020年，引湑濟(jì)黑調(diào)水工程22 km山區(qū)公路運(yùn)行10年，暴雨水毀導(dǎo)致的山路路基及路塹滑坡水毀非常普遍。仰斜式擋土墻多數(shù)是在滑坡處地形窄，其他型擋土墻設(shè)置存在造價高或者施工場地邊界受限的情況下考慮的。施工后，較好地防止了邊坡填土或者山體變形而引發(fā)的病害，避免塌方、滑坡、泥石流等自然災(zāi)害，提升公路施工的質(zhì)量。

5 結(jié)論

本文從土力學(xué)理論基礎(chǔ)的角度論述仰斜式擋土墻在各參數(shù)確定情況下的選型計(jì)算過程，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，各參數(shù)的選擇應(yīng)經(jīng)過準(zhǔn)確的核實(shí)。在選取擋土墻截面時，擋土墻基礎(chǔ)墻趾及擋土墻的寬度對穩(wěn)定性及抗傾覆計(jì)算起到重要作用。墻身排水及墻頂不滲水對于減小墻后土壓力也非常重要，設(shè)計(jì)中應(yīng)在墻頂設(shè)置截水槽等工程措施，同時，在施工過程中，應(yīng)認(rèn)真把握細(xì)節(jié)，嚴(yán)格按照技術(shù)交底施工，勿以工程的規(guī)模小或者建筑級別較低而放松施工要求，做到嚴(yán)格控制好墻后回填、墻前埋設(shè)深度碾壓夯實(shí)，墻頂防滲、墻身排水的施工工作。