短卸荷板式挡土墙及边坡加固.docx

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短卸荷板式挡土墙及边坡加固

边坡加固技术综述

随着我国铁道建设及公民建设的发展，边坡加固技术日新月异。

20世纪80年代，我国公路建设主要为低级道路建设，没有进行大量的高削低填工程，边坡加固技术处于相对落后的水平，而此时，欧洲一些国家经过了工业革命，大兴土木建设，由此边坡加固技术登上了历时的舞台。

20世纪90年代，国民经济迅速发展，交通发达程度控制着区域经济发展，公路、高速公路、铁路、隧道及城市地铁等设施建设穿越各种地形地貌，克服各类地质条件，布满我国大西南北，成为这个时代实现小康社会，建设现代化国家的主导力量，然而边坡稳定性问题也开始大量渗入这个领域，滑坡、崩塌、地面沉降、地面塌陷等治理工程不断优化，成为边坡加固技术发展的核心时期，跨入21世纪，新型的高架桥、高铁、地下商场等重大工程的建设成功，一次次证明了我国迅速发展的科技力量和现代化建设的趋势，边坡加固技术也跨入了新的台阶。

对我国主要的边坡加固技术进行讨论，深入掌握边坡加固各项技术适用的地理条件、地质条件、环境条件，了解边坡破坏机制，深刻认识边坡加固目的和必然性。

1、支挡式工程

《铁路路基支挡结构设计规范》将边坡加固支挡工程分为重力式挡土墙、衡重式挡土墙、卸荷板、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、锚杆挡土墙、锚定板挡土墙、加筋土挡土墙、抗滑桩、桩板式挡土墙、土钉墙、预应力锚索，下面对主要的工程结构做定义、使用条件及检算方法等方面概述。

（1）重力式挡土墙

图1重力式挡墙

重力式（含衡重式）（gravityretainingwall）挡土墙按墙背的坡度分为仰斜、俯斜、直立三种类型（图1），当墙前原有地形比较平坦，用仰斜墙比较合理；若原有地形较陡，用仰斜墙会使墙身增高很多，此时宜采用垂直墙或俯斜墙。

重力式挡墙适用于一般地区、浸水地区和地震地区的路肩、路堤和路堑等，其墙身材料可采用石砌体、片石混凝土或混凝土。

计算作用在挡土墙上的力，一般可只计算主力，在浸水地区、地震动峰值加速度为0.2g（原为8度）及以上地区及有冻胀力等情况下，尚应计算附加力合特殊力。

墙身结构设计参数是在掌握区域地质条件基础上结合相关规范而得出，挡墙截面强度一般需进行以下检算：

①检算截面的合心偏心距e′；

②检算截面的法向压应力，不应大于所用材料的容许压应力；

③必要时墙身截面应作剪应力检算。

另外，根据不同情况，挡墙埋深、墙顶宽度、泄水孔、墙背填土等都有具体规定，在不同地质环境条件下，应采用合理的，符合地质条件且满足抗滑、抗倾覆检算的墙身截面参数作为设计尺寸。

（2）短卸荷板式挡土墙

图2卸荷板式挡土墙（a卸荷板重力式码头b混合式c拉杆卸荷板式挡土墙d短卸荷板路肩挡土墙e长卸荷板式挡土墙f短卸荷板—高托盘路肩挡土墙）

地基强度较大，墙高大于6m，小于等于12m的路肩墙可采用短卸荷板式挡土墙（图2），当墙高大于12m时不宜采用。

短卸荷板式挡土墙由上、下墙和卸荷板组成，上下墙高度比例一般为4:

6，墙身可采用石砌体。

短卸荷式挡土墙需进行墙背上的主

动土压力计算，其中上墙可按第二破裂面

法计算；下墙可按多边形法计算，土压力

强度按矩形分布，作用点为下墙墙高的1/2处。

在进行墙身截面强度检算中，需获得上墙墙背土压力值。

（3）悬臂式和扶壁式挡土墙

图3悬臂式、扶壁式挡土墙

悬臂式挡土墙（cantileverretainingwall）由立壁、趾板、踵板三个钢筋混凝土悬臂构件组成。

钢筋混凝土悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙，宜在石料缺乏较低的路堤段采用，能适应较松软的地基。

悬臂式挡土墙高度不宜大于6m，当墙高大于4m时，宜在墙面板前加肋。

墙高在6~9m之间时，墙高较大，力壁下部的弯矩较大，钢筋与混凝土的用量剧增，影响这种结构形式的经济效益，宜采用扶壁式挡土墙。

扶壁式挡土墙（counterretainingwall）强高度不宜大于10m，墙顶宽度不应小于0.2m。

悬臂式挡土墙各部分均按悬臂梁计算，防滑键嵌固在地基中，主要承受在滑动过程中的剪力作用，故只需检算剪应力。

键的前面承受被动土压力，键的高度应确保键前面的土体不被挤出，计算键的被动土压力时应考虑底板竖向压力的影响。

（4）锚杆挡土墙

锚杆挡土墙（）可用于一般地区岩质路堑地段。

设计锚杆挡土墙时，根据地质及工程具体情况，可选用肋柱式结构形式，肋柱式挡土墙根据地形可采用单级或多级。

在多级墙上、下两级墙之间应设置平台，平台宽度不宜2m。

图4锚杆挡土墙

肋柱式锚杆挡土墙的肋柱间距宜为2.0~2.5m，肋柱可采用预制单根整柱，也可采用分段拼装或就地灌注。

每级肋柱上的锚杆层数，可设计为多层或多层。

锚杆可按弯矩相等或支点反力相等的原则布置，向下倾斜，每层锚杆与水平面的夹角不宜大于45°一般在15°~20°之间，间距不小于2.0m。

挡土墙主动土压力可按库伦理论计算其水平分力，锚杆挡土墙为多级时，应分别计算墙背土压力。

肋柱截面可采用矩形或T形，截面宽度不得小于30cm。

（5）锚定板挡土墙

锚定板挡土墙（anchorslabwall）由基础、立柱、挡土板、拉杆、锚定板及填料组成（图5）。

锚定板挡土墙可用于一般地区，墙高不大于10m的路肩或路堤墙，锚定板挡土墙可选用肋柱式或无肋柱式结构形式，锚定板挡土墙可根据地形采用单级或双级。

单级墙的高度不宜大于6m，双级墙的高度不宜大于10m。

双级墙上、下两级之间设置平台，平台宽度不宜小于2.0m。

墙面板所受的土压力按重力式挡土墙有关规定计算。

锚定板挡土墙的整体稳定性可采用折线裂面方法或整体土墙方法计算，稳定系数不应小于1.8。

肋柱设计荷载的计算跨度为两相邻肋柱中至中的距离，肋柱接受弯构件计算，承受由墙面板传来的土压力，肋柱与拉杆及肋柱与基础连接为反力支点。

图5锚定板挡土墙

（6）加筋土挡土墙

加筋土挡土墙（reinforcedsoilwall）由墙面系、拉筋和填土共同组成的挡土结构（图6）。

加筋土挡土墙是在土中加入拉筋，利用拉筋与土之间的摩擦作用，改善土体的变形条件和提高土体的工程特性，从而达到稳定土体的目的。

图5锚定板挡土墙

加筋土挡土墙可在一般地区用作路肩墙，高度在一级干线上不宜大于10m，当墙高大于10m时应作特殊设计。

加筋土挡土墙的拉筋材料宜采用钢筋混凝土板条、钢带、复合土工带或土工格栅、拉筋材料有以下性能：

①抗拉强度大，拉伸变形和蠕变小，且不易产生脆性破坏；②与填料之间有足够的摩擦力；③有一定的柔性；④有较好的耐腐蚀性和耐久性。

作用在加筋土挡土墙整体假想墙背上的荷载及土压力计算应符合公式：

式中，

为填料产生的水平土压力（kpa）；γ为填料重度（kN/m³）；hi为墙顶填土距第i层墙面板中心的高度（m）；λi为加筋土挡土墙内hi深度处的土压力系数；λo为静止土压力系数；λa为主动土压力系数。

（7）土钉墙（soilnailingretainingwall）

在土质或破碎软弱岩质路堑边坡中设置钢筋土钉，靠土钉拉力维持边坡稳定的挡土结构（图6）。

在地下水较发育或边坡土质松散时，不宜采用土钉墙。

土钉墙高度控制在20m以内，根据地形地质条件，边坡较高时宜设多级。

图6土钉墙

作用于土钉墙墙面板上的土压应力呈梯形分布，墙高上部三分之一和墙高下部三分之二处计算公式不同，土钉拉力、土钉锚固去与非锚固区分界面距墙面距离计算、土钉墙内部稳定性计算（包括土钉抗拉断检算、土钉抗拔稳定检算）均有特定的公式进行验算。

土钉墙实测受力为中部大、上下小，且中部呈现膨肚子特征；数值分析结果表明，土钉墙坡脚存在应力集中问题，故提出“保住中部、稳定坡脚”的设计施工原则，并强调边坡中部土钉宜适当加强。

（8）抗滑桩（slide-resistantpile）

由锚固段侧向地基抗力来抵抗悬臂段的土压力或滑坡下滑力的横向受力桩（图7、8）。

抗滑桩可用于稳定滑坡、加固山体及加固其他特殊路基，抗滑桩的设置必须满足：

①提高滑坡体的稳定系数，达到规定的安全值；②保证滑坡体不越过桩顶或桩间滑动；③不产生新的深层滑动。

抗滑桩的桩位应设在滑坡体较薄、锚固段地基强度较高的地段，其平面布置、桩间距、桩长和截面尺寸等的确定，应综合考虑达到经济合理，桩间距宜为6~10m。

作用于抗滑桩的应力，应计算滑坡推力、桩前滑体抗力和锚固段地层的抗力，桩侧摩阻力和粘聚力以及桩身重力和桩底反力可不计算，作用于每根桩上的滑坡推力应按设计的桩间距计算，滑坡推力应根据其边界条件和滑带土的强度指标由计算确定。

图7抗滑桩示意图

抗滑桩上滑坡推力的分布图形可为矩形、梯形或三角形，应根据滑体的性质和厚度等因素确定。

滑坡推力可采用传递系数法计算，滑动面以上桩前的滑体抗力，可由极限平衡时滑坡推力曲线或桩前被动土压力确定，设计时选用其中小值，当桩前滑坡体可能滑动时，不应计及其抗力。

滑坡面以下的地基系数应根据地层的性质和深度按下列条件确定：

①桩前滑动面以上无滑坡体和超载时，地基系数应为三角形分布；②桩前滑动面以上有滑坡体和超载时，地基系数应为梯形分布。

抗滑桩桩底支承可采用自由端或铰支端，抗滑桩锚固深度计算，主要应根据地基的横向容许承载力确定，当桩的变位需要控制时，应考虑最大变位不超过容许值。

图8锚索抗滑桩

抗滑桩推力的分布对抗滑桩的设计影响很大，由于影响因素很多，很难给出各类滑坡推力的分布图形，在计算滑坡推力时，通常假定滑坡体沿滑动面均匀下滑。

当滑体为砾石类土或块石类土时，下滑力采用三角形分布；当滑体为黏性土时，采用矩形分布；介于两者之间时，采用梯形分布。

（9）桩板式挡土墙（pile-sheetretaniningwall）

图9桩板式挡土墙

在桩间设挡土板或土钉等其他结构来稳定土体的挡土结构（图9）。

桩板式挡土墙可用于一般地区、侵水地区和地震区的路堑和路堤支挡，也可用于滑坡等特殊路基的支挡。

桩板式挡土墙的桩间距、桩长和截面尺寸的确定，应考虑综合因素。

桩的自由悬臂长度不宜大于15m，桩的截面尺寸不宜小于1.25m，截面形式可采用矩形或T型，桩间距宜为5~8m，桩板墙顶位移应小于桩悬臂端长度的1/100，且不大于10cm。

锚固桩必须锚固在稳定的地层中，加锚索（杆）的锚固桩必须保证桩与锚索（杆）的变形协调。

设计荷载计算中，作用于桩板式挡土墙的荷载包括活载和岩（土）产生的土压力或滑坡推力；水的浮力；地下水的渗透压力；地震力；施工临时荷载；滑坡路基上的桩板式挡土墙按滑坡推力和土压力的最不利者作为计算荷载，桩的重力可不记算。

桩设计荷载的附加安全系数为1.05~1.10。

设置于路肩（堤）的锚索（杆）桩防止由于填料下沉而使锚索（杆）产生次应力是十分重要的，从理论上说，只要很小一个荷载竖向压在锚索（杆）上，在其上产生的拉力就是无穷大，因此要力求避免填料压在锚索（杆）上。

（10）预应力锚索（prestressedanchoredcalles）

通过对锚索施加张拉力以加固岩土体使其达到稳定状态或改善结构内部应力状况的支挡结构（图10、11）。

预应力锚索可用于土质、岩质地层的边坡及地基加固，其锚固段宜属于稳定岩层内。

预应力锚索注浆水泥应采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

作用在锚索结构物上荷载种类有：

土压、水压、上覆荷载、滑坡荷载、地震荷载、其他荷载等。

进行预应力锚索设计时，一般情况可只计算主力，在浸水和地震等特殊情况下，尚应计算附加力和特殊力。

图11预应力锚索

图10锚索示意图

锚固力、锚固间距都有其特定的公式进行计算，锚固体设计计算主要应确定锚索锚固段长度、孔径和锚固类型。

锚固体的承载能力由锚固体与锚孔壁的抗剪强度、钢绞线束与水泥砂浆的粘结强度及钢绞线强度3部分控制，设计时应取其小值。

锚索锚固段形成枣核状后，可以改善锚固体受力性状，确保锚固段有足够的摩阻力。

采用分次逐级张拉，可使锚索逐步受力，均匀受荷，同时可减少地层徐变引起的预应力损失，当单孔锚索束数较小时，锚索张拉可采用整体张拉，但必须分次逐级进行。

2、护坡工程

（1）锚杆喷射混凝土

锚杆设计应根据隧洞围岩地质情况、工程断面和使用条件等，分别选用下列类型的锚杆：

全长粘结型锚杆；端头锚固型锚杆；摩擦型锚杆；预应力锚杆；自钻式锚杆。

喷射混凝土法分为素喷法和锚喷法，素喷法为直接将高标号砂浆喷射在大致平整的岩面上，使坡面易松散的颗粒得以稳固，它用于表层易松散的风化岩面。

锚喷法其工作原理是利用锚杆将滑动体固定在山体上，以锚杆约束山体的滑动，并在滑动体表面锚头上加挂钢筋网并喷射混凝土，在滑动体表面形成钢筋混凝土板体结构。

锚喷法适用于大部分岩石土和碎石土等地质结构山体和易产生滑坡地段。

（2）拱式、网格防护

这种防护方式最大限度的绿化坡面，外观较好，在高填方、长直线的护坡段，能达到美化，绿化的双重效果，是近年来公路防护常用的方法之一，缺点是施工较繁琐，劳动强度大，对坡面要求严格，拱内必须填土植草或进行其他工程防护，否则易被雨水冲蚀。

格构形式主要为四种混合方式：

①方型：

指顺边坡倾向和沿边坡走向设置方格状格构（图12）；

②菱型：

沿平整边坡坡面斜向设置格构（图13）；

③人字型：

按顺边坡倾向设置浆砌块石条带，沿条带之间向上设置人字型浆砌块石拱或钢筋混凝土（图14）；

④弧型：

按顺边坡倾向设置浆砌块石或钢筋混凝土条带，沿条带之间向上设置弧型浆砌块石拱或钢筋混凝土（图15）。

（

图15弧型格构

图14人字型格构

图12方型格构

图13菱型格构

3）预制块铺砌防护

这是目前高速公路上应用较多的护坡方法之一，由于预制块的规格一致，易于施工，外观整齐，最大限度地减少了坡面防护对植草绿化的依赖性，即使坡面绿化效果不好，也不容易造成太严重的冲刷现象。

缺点是造价高，施工难度大。

（4）植草防护

植物防护则是在边坡上种植草或植树，以减缓边坡上的水流速度，利用植物根系固结边坡表层土壤以减轻防护排水抗冲刷，从而达到保护边坡的作用。

植物防护不仅可以美化公路环境，调节边坡的湿温，起到固结和稳定边坡的作用，而且又比较简单、经济，植物防护应选择根系发达、茎矮叶茂耐旱草种，严禁采用生长在泥沼地的草皮，直接植草防护方法如下：

①在土质坡面上用草籽、肥料、水拌和，直接喷洒在坡面上，优点是方法简单、施工方便、成本较低，但易受风雨的侵蚀；

②在修整好的坡面上，将粘土、种子、肥料、水等混合物用喷浆机直接喷射于坡面，与原土壤粘合，种子发芽后便会植根于边坡土壤中，形成整体保护。

植草初期，应免受风雨的侵蚀，可覆盖纤维网，由于坡面没有任何的加筋处理，在暴雨和径流的冲蚀下极易导致坡面破坏，因此一般在每年3~5月进行。