抗滑擋土墻的設計方法及在滑坡治理中的應用

霍建平

(中煤科工集團武漢設計研究院，湖北 武漢 430064)

0 引言

我國幅員遼闊，地貌單元呈多樣性，地質(zhì)條件復雜多變。在廣大的山嶺重丘地區(qū)修建道路，最常見的病害就是滑坡塌方，嚴重影響道路的暢通?？够瑩跬翂ψ鳛橹卫砘碌囊环N工程措施被廣泛使用。

1 抗滑擋墻的結(jié)構設計要點

1)由于擋墻以抗滑為主，通常宜采用體積較大的重力式類型;又因設計推力一般較大且作用點較高，故其斷面形式多具有胸坡緩，外形胖的特征。

2)擋墻的高度應能控制墻后滑體不至沿可能的薄弱面自墻頂滑出，可用試算法檢算:先按該部位的滑體厚度假定一個墻高，由墻頂向滑帶作幾個虛擬的可能滑面輪廓線，分別求出沿這些滑面的剩余下滑力，從而可決定最危險滑面的位置。若沿該滑面的剩余下滑力為正值時，說明墻頂不夠高;若為過大的負值時，說明墻頂高可以降低。設計時應調(diào)整墻高重新試算，直至剩余下滑力為不大的負值時，即可認為是經(jīng)濟合理的墻高。

3)擋墻的基礎應埋入完整巖層內(nèi)不小于0.5 m，或穩(wěn)定堅實土層內(nèi)不小于2 m，若基礎以下土質(zhì)較軟弱，設置擋墻后滑體受阻滑面可能改變而自基礎以下滑出時，則還應求算合理的基礎埋置深度。當基礎的埋深較大(密實土層3 m及以上，中密土層4 m及以上)，且墻前有形成被動土壓力的條件時，在設計中可考慮被動土壓力的抗滑作用。

4)擋墻本體應有足夠的強度和穩(wěn)定性，其要求與一般重力式擋土墻相同。當可以利用墻前被動土壓力時，采用墻體在極限平衡狀態(tài)下的被動土壓力檢算傾覆穩(wěn)定和基底應力。采用最大被動土壓力檢算滑動穩(wěn)定。

5)當滑體有兩層或幾層可能的滑面時，擋墻應按沿最下一層滑面的推力設計，并逐層向上檢算沿其他各層滑面的滑體穩(wěn)定性，若各層推力可能同時作用時，則應作出每層滑坡分別作用下的彎矩圖和剪力圖，要求墻身各截面都能滿足其中的較大值。

6)墻后必須設置反濾層，一般順墻設置縱向滲溝以排除墻后的滑體和滑帶中的水，防止墻后積水泡軟地基面影響擋墻的穩(wěn)定性。

7)如滑坡位于高地震區(qū)，抗滑擋墻還應按照GB 50111-2006鐵路工程抗震設計規(guī)范進行設計。

2 抗滑擋墻的布置

1)一般宜設置在滑坡下部或前緣抗滑段。

2)當滑坡中下部有穩(wěn)定巖層鎖口時，宜將擋墻設置于鎖口處，以節(jié)省工程費用;其前緣部分則視剩余滑體體積大小及排水后的穩(wěn)定情況適當處理。

3)當滑動面出口在路基面附近，滑坡前緣距線路有一定距離時，宜將擋墻靠近線路設置，墻后余地填筑土或石加載，以增強抗滑力，從而可減小擋墻承擔的下滑力。

4)當滑面出口在路塹邊坡上時，可視滑床地質(zhì)情況選定擋墻位置:若滑床為較完整堅實的巖層，則可用為地基而將擋墻置于滑面出口附近，其下外露的邊坡加設適當?shù)闹ёo;若滑床為不宜用作地基的破碎巖層，而滑面出口高出坡腳不多時，則應將擋墻設置于坡腳下并埋入穩(wěn)定地層內(nèi)。

5)當滑面位于路塹的路基面以下一定深度處，滑體連同路基一起滑動時，應先采取穩(wěn)定整個滑坡的措施，然后檢查滑體有無從路塹坡腳附近滑出的可能來決定是否需要在該處設置擋墻。

6)對于多級滑坡，可根據(jù)具體情況設置分級的擋墻支撐。

7)根據(jù)地質(zhì)條件及滑坡推力的變化情況，可沿擋墻走向分段(一般不宜小于10 m～15 m)設計為大小不同的擋墻斷面。

3 抗滑擋墻設計推力的決定及計算的基本原則

3.1 設計推力的決定

1)滑坡推力一般不會因擋墻的斷面外形的變化和墻的微小位移而有所改變。其方向可假定與緊接墻背的一段較長的滑面平行;其分布圖形對于滑體剛度較大的中、厚層滑坡為自滑面至墻頂?shù)慕凭匦?，合力的作用點位于1/2墻高處。

2)計算所得的滑坡推力應與擋土墻的主動土壓力進行比較，取其較大值作為設計推力。但當滑坡推力的合力作用點位置較主動土壓力為高時，即使主動土壓力較滑坡推力為大，擋墻的傾覆穩(wěn)定計算，仍應同時用滑坡推力進行驗算。

3.2 滑坡推力計算的基本原則

1)滑面為單一平面，這種滑動形式的穩(wěn)定性計算方法較為簡單，見圖1，其滑坡推力采用類似式(1)進行計算。

其中，W為滑體ΔABC的自重;K為設計所需的安全系數(shù);φ為滑面巖土的綜合內(nèi)摩擦角;β為滑面的傾角。

圖1 滑面為單一平面的滑坡

2)滑面為圓弧面，或近似為圓弧面，見圖2，圖3，在這種類型的滑動中，考慮到其整體的力矩平衡起作用和計算的簡便性，其滑坡推力可采用簡化Bishop法的穩(wěn)定性分析。

圖2 具反傾部分的圓弧形滑坡

圖3 無反傾部分的圓弧形滑坡

3)滑面為連續(xù)的曲面或滑面由不規(guī)則(較陡)折線段組成時，如圖4所示，可采用Janbu法的穩(wěn)定性分析。

圖4 滑面呈折線形滑坡

4)對于滑面由一些傾角較緩，相互間變化不大的折線段組成，滑坡推力的計算則可采用計算方便的傳遞系數(shù)法。

5)滑面傾角較陡且滑動時滑體有明顯的分塊，各分塊之間發(fā)生錯動，與相應的穩(wěn)定性分析方法相適應，可采用分塊極限平衡法計算其滑坡推力。

4 應用實例

4.1 工點概況

登封鐵路滑坡坍塌工點位于鐵路里程K75+482～K75+532之間右側(cè)長50 m范圍內(nèi)。線路以路塹形式通過該滑坡體，該段塹坡最大高度為12 m，其中塹坡下部設置了5 m高路塹擋墻，上部1∶1 削坡。

2009年夏，登封境內(nèi)遭遇特大暴雨，暴雨過后，路塹擋墻倒塌，塹頂天溝斷裂。右側(cè)山體出現(xiàn)坍塌和整體滑移跡象，將鐵路軌道掩埋。經(jīng)現(xiàn)場觀測，邊坡后壁發(fā)生下坍，后壁直立、光滑，塹底凸起，并有裂紋產(chǎn)生，坍塌最大寬度為路基右側(cè)15 m左右。挖探坑后證實，滑面存在，其形狀為直線形，表明這是一起典型的滑坡病害。

4.2 工程地質(zhì)條件

工點所處位置地層為:

0 m～2 m為黃褐色粉質(zhì)粘土，稍濕，硬塑;2 m～6 m為紅褐色粘土夾卵石層，稍濕，硬塑，其中粘土具弱膨脹性;下部為黃褐色強風化泥巖。

4.3 滑坡成因

鐵路天溝沒有達到設計效果，存在破損及堵塞。在急劇降水情況下，大量的雨水匯集至原擋墻中央，沿擋墻與擋墻后原回填土處沖至鐵路路基。擋墻后回填土及粘土夾卵石層土體主動土壓力急劇增大，造成擋土墻坍塌，形成滑坡。

4.4 處治方案

由于滑坡為小型滑坡，非常適合采用抗滑擋墻進行治理。經(jīng)技術論證比選，治理方案采用重力式抗滑擋墻。

1)抗滑擋土墻設計。

對K75+482～K75+532段擋土墻按抗滑擋墻進行重新設計，墻身采用M7.5漿砌片石砌筑，墻背設置50 cm厚砂夾卵石反濾層，墻體高度及墻身厚度根據(jù)計算所得出的下滑推力進行驗算?？够瑩鯄A埋設在滑動面以下1.5 m。

2)天溝及排水設計。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，K75+457～K75+742右側(cè)天溝基本坍塌或者堵塞，設計要求對沿線天溝重新進行施工，并保證天溝質(zhì)量。

另外，由于坍塌段(K75+482～K75+532)地面較兩端低，天溝水無法通過兩側(cè)正常排出，因此必須將該段天溝水引至鐵路路基側(cè)溝排放。設計在50 m范圍內(nèi)設置兩個沉淀池收集雨水，并通過PVC-U室外排水管排至側(cè)溝。

3)邊坡防護及處理。

擋土墻以上的土體應進行削坡處理，并根據(jù)削坡情況進行鋪砌。坡頂土體翻挖1 m再夯實，裂縫用粘土填補并夯實，防止雨水下滲。

4)公路截水溝。

為防止特大暴雨襲擊時，山頂雨水匯入本次設計擋土墻地段，在擋土墻頂部上游的公路邊設置梯形截水溝，收集山頂?shù)乃?/p>

4.5 施工要點

1)擋土墻施工時應注意與原擋墻的銜接，新老擋墻之間應設置沉降縫?；娱_挖采用跳槽開挖。

2)排水管埋設應與擋土墻一起施工，避免重復開挖，施工過程應注意彎頭的連接，保證排水順暢。

3)坍塌土體進行翻挖后必須分層壓實，防止雨水往下滲透。

4.6 治理效果

該滑坡治理完工兩年多，經(jīng)歷了雨季的考驗，目前滑坡體穩(wěn)定，治理效果良好，這充分說明采用抗滑擋墻與截、排水相結(jié)合的治理方案是正確合理的，切合工程實際。

5 結(jié)語

抗滑擋土墻結(jié)構簡單，施工方便，是中、小型滑坡治理常用的支擋結(jié)構，且行之有效。

[1] 鐵道部第一勘測設計院.鐵路工程設計技術手冊(路基)[M].北京:中國鐵道出版社，1995.

[2] 李海光.新型支擋結(jié)構設計與工程實例[M].第2版.北京:人民交通出版社，2011.

[3] 王恭先，王應先，馬慧民.滑坡防治100例[M].北京:人民交通出版社，2008.

[4] 霍建平，張衛(wèi)東，蘇 華.平告鐵路專用線路塹滑坡分析與整治[J].安全與環(huán)境工程，2003，10(S1):42-44.