仰斜式擋土墻在地質災害防治中的設計及應用

王凱　雷奇果

摘要：隨著我國經濟的高速發展，大規模基礎設施建設隨之興起，引發的巖土工程問題愈加嚴重，仰斜式擋土墻憑借其在處理此類問題中的諸多優勢，愈加受到研究人員的關注。本文著重分析仰斜式擋土墻在地質災害防治中的設計方法以及應用，并說明其適用條件以及局限性。

關鍵詞：仰斜式擋土墻；地質災害；局限性

引言

地質災害的出現將會嚴重威脅人們的生命、財產安全，并帶來深遠的社會影響，因此，人們越來越關注地質災害的防治。仰斜式擋土墻作為一種行之有效的防災減災措施，在斜坡地質災害防治中有著極其廣泛的應用，因此，在設計過程中必須重視設計流程，確保設計質量，以達到預期的防治效果。

1.仰斜式擋土墻的設計分析

擋土墻墻身的穩定與整個斜坡場地的安全息息相關，其破壞后果往往非常嚴重。仰斜式擋土墻因其具有諸多優點，廣泛應用于斜坡地質災害防治中[1][2]。但目前關于仰斜式擋土墻的設計方法和算例較少，常規計算尚存在諸多不合理之處，因此，必須加強驗算、分析。

1.1土壓力的計算

土壓力的計算一般采用庫倫土壓力公式和朗肯土壓力公式，仰斜式擋土墻墻背傾斜，因此，采用庫倫主動土壓力公式：

Ea=12γH2cos2（φ-a）cos2acos（a+δ）[1+sin（φ+δ）sin（φ-β）cos（a+δ）cos（a-β）]2

式中：Ea為主動土壓力，單位（kN）；γ為土的重度，單位（kN/m3）；H為擋土墻高，單位（m）；φ為土的內摩擦角，單位（°）；α、β、δ含義如圖示，單位（°），其中δ取負值。主動土壓力值需乘以增大系數，墻高5～8m取11；墻高>8m取12。

1.2穩定性、地基承載力驗算

（1）抗傾覆穩定性驗算：擋土墻在主動土壓力Ea作用下可能繞墻趾傾覆，抗傾覆安全系數計算公式為：K0=（WZW+EyZx）/ExZy，式中：K0為抗傾覆穩定安全系數，必須>15；W為墻身自重，Ex、Ey分別為土壓力水平、垂直分量，單位（kN）；ZW為W對墻趾的力臂，Zx、Zy分別為Ey、Ex對墻趾的力臂，單位（m）。

（2）抗滑移穩定性驗算：擋土墻在主動土壓力Ea作用下易沿基底滑動，抗滑安全系數Kc計算公式為：Kc=μ（W+Ey）/Ex，式中：Kc為抗滑穩定安全系數，必須>1.3；μ為基底摩擦系數；W為墻身自重，Ex、Ey分別為土壓力水平、垂直分量，單位（kN）。

墻身設計時，滑動穩定常較傾覆穩定難以滿足，通常將基底做成逆坡，但坡度不宜大于1：5，以防止墻身連通基底下一塊三角形土體一起滑動。

（3）地基承載力驗算：地基承載力驗算需考慮荷載偏心的影響，偏心距計算公式為：e=B/2-Zn=B/2-（WZw+EyZx-ExZy）/（W+Ey），式中：e為偏心距，Zn為荷載作用點至墻趾的垂直距離，B為擋土墻基底寬，單位（m）；其他符號意義同上。對于土質地基e≤B/6；軟巖地基中e≤B/5；硬質巖石地基e≤B/4。

基底平均壓應力0=W+Eyf，式中：f為持力層地基承載力設計值，單位（kPa）；其他符號意義同上。e≤B/6時，墻趾、墻踵壓應力為min，max=（W+Ey）（1±6e/B）/B1.2f。e>B/6時，基底局部將因出現拉應力而脫開，導致基底應力重新分布，此時僅驗算最大壓應力，計算公式為：max=2（W+Ey）/3Zn1.2f。如果基底出現負偏心，應將上述公式中的Zn調整為B-Zn后帶入計算。

1.3采取的措施分析

（1）基礎加固措施。墻身設計時，隨著墻高的增加，基底壓力逐漸成為控制因素，為滿足擋土墻對地基承載力的要求，較為可行的方法是增加墻趾臺階，以擴大基底寬度，同時還可提高墻身的抗傾覆穩定性，墻趾臺階寬度必須>20cm，高寬比通常采用2：1。此外，如果擋土墻地基持力層巖性軟弱，可采用碎石土、礫砂等質量較好的材料進行換填，也可在一定程度上滿足設計要求。

（2）排水措施。斜坡地段往往因擋土墻的修建而排水不暢，因此，須在墻身布設適量泄水孔，同時泄水孔入口應鋪設易于滲水的濾水層以防堵塞，最下層泄水孔下部鋪設黏土隔水層并夯實，以防雨水下滲軟化地基。

（3）沉降縫以及伸縮縫的設置。為了避免因地基不均勻沉降而導致墻身開裂，必須根據墻高以及地基土性質的變化，進行沉降縫的設置；同時，為了減少因圬工砌體收縮以及溫度的周期性變化而導致墻身的脹縮，還必須進行伸縮縫的設置。擋土墻的沉降縫以及伸縮縫，通常每10～15m設置一道，縫隙寬度2～3cm，并采用瀝青、麻絮等對其內、外側及頂部進行填塞，深度一般≥15cm。

2.仰斜式擋土墻的應用分析

仰斜式擋土墻墻身截面較為經濟，但同時也存在一些不足之處。譬如，如果在填方地段砌筑墻體，墻背填土夯實困難，難以與邊坡緊密結合；如果墻背坡度過緩，將會存在模板支立困難，混凝土難以澆筑等問題；如果墻前地形較陡，為了保證墻趾嵌入地下必須加高墻身，反而增加砌筑工作量。因此，仰斜式擋土墻的應用有其局限性，須綜合考慮各方面因素以選擇最合理的截面形式，通常情況下應考慮以下因素：

（1）根據土壓力理論，主動土壓力以仰斜式擋土墻最小，俯斜式最大，直立式居中，因此，就土壓力大小而言，仰斜式最為合理，但為了避免施工困難，墻背坡度不宜緩于4：1，墻面坡應盡量與墻背坡平行。（2）從墻前地形陡緩來看，如果墻前地形平緩，則采用仰斜式較為經濟、合理。（3）挖方邊坡砌筑擋土墻時，采用仰斜式較為合理，如果采用俯斜式擋土墻還須在墻背回填土；而對于填方邊坡筑墻，則采用俯斜式、直立式較為合理。（4）對于一些水利工程，由于設置的限制，必須將擋土墻做成垂直時，俯斜式最為合理。（5）對于狹窄溝谷兩岸的護坡，由于地形的限制，又必須確保溪溝的過流，選擇仰斜式較為合理。

總結

通過對上述內容的分析可知，在仰斜式擋土墻設計的過程中，必須對其設計思路以及構造要求有著充分的掌控；同時在其應用時，必須采取科學有效的應用方式，并進行合理的設置，這樣才能最大限度的減輕地質災害所造成的危害，取得最佳的治理效果。

參考文獻：

[1]陳志偉.地震作用下仰斜式擋墻的動力響應分析[J].四川建筑科學研究，2014，02：178-183.

[2]陳瓊，胡新麗，崔德山.強風化高邊坡治理中仰斜式擋土墻的設計方法及應用[J].巖土工程界，2006，10：58-59.endprint