自平衡復合式擋土墻結構及其在邊坡治理中的應用

王程 楊巍

摘 要：自平衡復合式擋土墻由斜樁、仰斜式擋土墻、面板等構件組成。工作原理：仰斜式擋土墻用自重產生彎距，以抵消土坡橫推力對斜樁產生的彎距。

關鍵詞：斜樁；仰斜式擋土墻；復合擋土墻

一、前言

邯鄲西部是山區地形，在山區建設中，房屋、道路、鐵路、橋梁等各種土木工程建設都少不了邊坡支護工程。如何使邊坡工程既安全又經濟，是一個亟待解決的問題。本文正是針對這種情況，試圖提出一種新型的自平衡復合式擋土墻的設計方法，以降低工程造價，提高工程施工效率。

二、結構型式及特點[ 1 ] [ 2 ]

自平衡復合式擋土墻由斜樁、仰斜式擋土墻、面板等構件組成，斜樁和仰斜式擋土墻組成承載體系，面板為構造體系。自平衡復合式擋土墻的工作原理：仰斜式擋土墻用自重產生彎距，以抵消土坡橫推力對斜樁產生的彎距；面板主要是圍護樁間土體，使其不致塌落，以保持墻面美觀；樁斜置和采用仰斜式擋土墻主要為增大力臂，使結構自身產生足夠的彎距，抵消土坡橫推力對結構產生的彎距。它大大減少了支護結構所耗材料，降低了施工難度，有十分明顯的經濟價值和綜合效果。

三、工程實例

某小區回遷安置房共分A、B兩棟，房屋層數均為9層。安置房南側為公路，北側為幾棟新建居民樓。安置房與北側居民樓距離較近，中間為一較高土坡，并無道路相通。根據建筑消防規范的要求，須緊靠安置房在東北兩側修建一條消防通道，但由于安置房建于一斜坡上，使其北側形成較高且較松散的土質邊坡。為修建該消防通道，并保證其正常使用，須對該土質邊坡進行支護。

（一）支護工程場地地質環境特征

場地總體屬剝蝕淺丘斜坡地貌，地表高程55.46～68.52m，最大相對高差13.06m，原始地形總體向北東傾斜，無斷層通過，地質構造簡單。場地范圍內大部分被填土及殘坡積土層覆蓋。場地抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15g。場地內地形起伏較大，因人工開挖形成較高的巖土混合邊坡，屬于抗震不利的地段。該場地為Ⅱ類場地。場地現狀基本穩定，在人工邊坡處土體有局部滑塌，不良地質作用不發育，未見滑坡、崩塌及危巖等地質災害，場地內不存在對工程不利的埋藏物。

場地水文地質條件簡單，未見地表水體和地下水露頭，地下水位深度在3.6～7.0m，根據地質條件及相鄰場地水質檢測結果判斷，地下水對混凝土無腐蝕性。

巖土物理力學指標：1）素填土：天然重度取17kN/m3（經驗數據）。2）粘性土：天然重度取19.5kN/m3；極限地基承載力標準值為348kPa；粘聚力C取35kPa，內摩擦角取14.8°。3）強風化粉砂質泥巖：天然重度取19.5kN/m3；地基承載力標準值為400kPa。4）中風化粉砂質泥巖：天然重度取20kN/m3；地基承載力標準值為3.12MPa。

（二）工程地質評價

該擬建場地為一小丘坡，場地狹窄，地形地貌復雜，邊坡長約200m。按設計標高整平后，將形成5～11m的土質填方邊坡，經計算邊坡穩定性系數Ks平均值小于1.0，不穩定，因此必須進行支護。

總體來看，場地的穩定性較好，無不良地質作用，地質環境基本未受破壞，局部出現上部土體坍塌，水文地質條件簡單，地下水對擬建工程無影響，巖石地基穩定，基本適宜擬建工程項目的建設。

（三）前期設計情況

某設計公司對邊坡采取的主要支護方案為：樁板擋土墻結構。該工程場區土層較厚，邊坡較高，土壓力很大，同時，因為樁板擋土墻結構自身的特點，樁類似于懸臂梁，邊坡水平推力對結構產生的剪力和彎距主要由樁截面和其配筋來承擔，因而造成樁截面過大（1500×3000mm），配筋過多（66φ25+10φ20+18φ16），嵌巖深度過深（嵌入中風化巖層8.8m）。綜上所述，對該邊坡采用樁板擋土墻結構勢必會引起該工程造價高，施工周期長，施工難度大等不利影響。

（四）采用自平衡復合式擋土墻方案[ 3 ] [ 4 ]

在規劃消防車道外邊緣設置自平衡復合式擋土墻，其中抗滑樁間距5m，樁徑1000×1500mm，經計算樁身配置縱向鋼筋15φ25，樁嵌入中風化巖層2m，重力式擋墻平均厚度1.9m，高6.8m，該邊坡抗滑樁根數共計11根。

對比原設計方案（懸臂式抗滑樁擋墻），由于自平衡復合式擋土墻自身的特點，重力式擋土墻在自身重力的作用下，使得抗滑樁嵌固端處總的彎距、剪力減小，因此，樁截面尺寸、樁身配筋及嵌巖深度都相應減小，工程造價顯著降低。

（五）效益評估

1.經濟效益

經濟效益主要是由降低工程成本獲得的，降低工程成本體現在兩個方面：一方面節省了支護結構直接成本費用，另一方面是縮短工期所節省的費用和降低施工技術難度所節省的費用。以該工程為例，原設計采用樁板擋土墻結構，其造價為167.63萬元；采用自平衡復合式擋土墻結構的造價僅為55.44萬元。采用自平衡復合式擋土墻比樁板擋墻節約工程造價60%～70%。

2.社會效益

社會綜合效益可體現如下：該工程采用自平衡復合式擋土墻在保證結構安全穩定的同時，降低了施工難度，縮短了施工周期，加快了回遷小區的基礎工程建設，并將因施工對周圍居民的影響降到了最低。

四、結語

由于自平衡復合式擋土墻降低了高大土坡支擋設計的技術難度和工程造價，使該種支擋結構可普遍地應用于高填土和大挖方邊坡工程中， 這對于提高城市建設和地質災害治理的速度具有十分重要的意義；自平衡復合式擋土墻可望發展成為一種安全可靠，成本低，施工簡便，易于普及的擋土結構型式，其應用前景十分廣闊。

參考文獻：

[1] 黃求順，張四平，胡岱文.邊坡工程.重慶大學出版社，2003.

[2] 崔政權，李寧.邊坡工程——理論與實踐最新進展.中國水利水電出版社，1999.

[3] 雷曉燕.巖土工程數值計算.中國鐵道出版社，1999.

[4] 尉希成.支擋結構設計手冊.中國建筑工業出版社，1995.

作者簡介：王程（1981-），男，遼寧阜新人，2006年畢業于遼寧工程技術大學，現在中煤天津設計工程有限責任公司從事結構設計工作。