自平衡復合式擋土墻結構及其在邊坡治理中的應用

【摘要】在現代水利工程建設中，擋土墻在水庫樞紐、引水樞紐、水電站及各種渠系建筑物工程應用十分廣泛，自平衡復合式擋土墻結構是建筑工程較為新型的設計方法，由面板、斜樁等構件共同組成，其工作原理為仰斜式的擋土墻用自身的重量產生彎距，從而消除土坡對斜樁產生的彎距，將其用于建筑工程的邊坡處理中，不但能提高工作效率，還能減少工程造價，增加企業效益。本文以實際工程為例，對自平衡復合式擋土墻結構及其在邊坡治理中的應用進行了詳細的探討。

【關鍵詞】自平衡復合式擋土墻；邊坡；應用

建筑工程的邊坡施工中，支護方案的設計是主要工作，該方案是否合理，和邊坡工程成敗關系密切，墻后土體流失，會導致經濟損失和社會損失。通常情況下，邊坡設計方案的合理性和這樣幾個方面相關：保證邊坡和周圍環境安全，滿足邊坡的使用功能，降低工程造價。在這種要求的影響下，自平衡復合式擋土墻結構問世，并憑借諸多優勢被用于邊坡施工中，取得一定成效。因此掌握擋土墻施工技術有著十分重要的意義。

1、自平衡復合式擋土墻簡介

無論是重型擋土墻結構，還是輕型擋土墻結構，都有著自己的優缺點和使用范圍，在當前高邊坡問題持續嚴重的基礎上，使用單一、傳統的支護手段已無法滿足建筑工程需求。近年來，伴隨著科學技術的不斷發展，越來越多的新型支護形式問世，并憑借諸多優勢廣泛應用。其中，自平衡復合式擋土墻在使用各種力學、巖土理論上創造斜樁，并將其作為支擋結構用于邊坡工程中，從某種程度上解決著高邊坡施工難題，這種類型的擋土墻綜合著輕型、重型擋土結構優勢，具有使用范圍廣、受力均勻的特征，應用前景相對廣闊。

一般來講，自平衡復合式擋土墻結構由面板、斜樁等構件共同組成，其中，面板屬于構造體系，斜樁屬于承載體系。工程設計期間，上部面部的重力設計和傳統的擋土墻重力基本相同，設計內容科學、合理的選擇擋墻形式，實施傾覆、滑移等計算。唯一不同的是，承載力驗算過程中，自平衡復合式擋土墻上部結構重力能直接作用于斜樁頂端，其地基承載力驗算則通過斜樁底部的承載力考核。通常情況下，可在擋土墻標準圖基礎上直接選擇，一般重力式擋墻高度在8米以內，衡重式的高度在12米以內。自平衡復合式擋土墻工作原理：仰斜式的擋土墻用自身的重量產生一定的彎距，來消除土坡推力對斜樁彎距；面板作為圍護樁中間的土體，能預防土體塌落，維持墻面美觀；斜樁能增強力臂，使相應結構產生足夠的彎距，消除土坡推力對結構的彎距。面板和傳統的擋土墻基本一致，只是由原本的天然地面轉換成了鋼筋混凝土斜樁，只要斜樁能滿足承載需求，就能計算重力式的擋土墻，進而滿足全部的承載需求。但斜樁就無法和一般抗滑樁那樣僅受推力，還受摩擦力。特點：能從某種程度上減少支護結構材料消耗量，降低邊坡工程的施工難度，增加經濟效益。

2、工程實例

某小區有兩棟樓，樓層10層，樓房南側是公路，北側是新建居民樓。這兩棟樓和北側居民樓距離比較近，且中間存在比較高的土坡，無相通的道路。根據相關的要求，應在樓房東側、北側修建消防通道，然因房屋建在斜坡上，使北側成為相對松散的邊坡。為保證消防通道的正常建設，應實施邊坡支護處理。

2.1 地質環境

工程場地屬于淺丘斜坡，地表高度處于55-68m之間，最大高差13m，原始的地形向東北方傾斜，無斷層，地質構造簡單，場地中的大部分區域用殘留積土、填土層覆蓋。場地防震等級為7級，基本的地震加速值初步設計為0.12g；地形明顯起伏，因人工開挖形成混合的邊坡，是不利于抗震的地段。從場地類型上來看，該場地屬于II類，基本現狀比較穩定，人工邊坡出現輕微的局部滑塌現象，不良的地質作用未明顯發育，未出現崩塌、滑坡等災害，且場地內部也不存在影響建筑工程的危險物。水文地質條件簡單，未出現地下水露出情況，地下水位36m，根據地質條件判定，地下水不會腐蝕混凝土。

從工程場地的巖土物理力學指標上來看，主要包括這樣幾種：粘性土，天然重度為每立方米19.6kN，極限地基的承載力標準為345kPa，內摩擦角度處于14.5-14.8度之間；素填土，天然重度為每立方米17.0kN；強風化粉砂質泥巖，天然重度為每立方米19.7kN，地基的承載力標準為399.0kPa；中風化粉砂質泥巖，天然重度為每立方米20kN，地基的承載力標準為3.15kPa。

2.2 工程地質評價

該場地擬建小型丘坡，地貌條件復雜，邊坡長度在200m左右。按照設計標準調整標高后，形成5-10m的方形邊坡，經由邊坡穩定性系數計算得知（），K的平均值在1.0以內，不是很穩定。因此，需實施邊坡支護處理。

從工程場地整體來看，穩定性較好，不存在不良的地質，其基本的地質環境也未遭受到破壞，僅局部出現土體坍塌現象；水文地質條件簡單，不會影響到擬建筑的工程，巖石地基穩定，基本滿足工程建設需求。

2.3 前期的設計情況

某公司根據場地實際情況為其制定了支護方案：樁板擋土墻結構。該工程場地土層厚，邊坡高，壓力大。并且，因該支護結構的自身特點，樁類似于懸臂梁，邊坡水平推力對工程結構所產生的彎距、剪力大多由配筋承擔，導致樁截面相對較大，通常為1500×3000mm。同時，還會增加配筋總量，加深嵌巖深度。由此可見，將樁板擋土墻結構用于該工程的邊坡施工中，不僅會增加工程造成，延長工程的施工周期，還會加大工程施工難度，造成嚴重影響。

2.4 自平衡復合式擋土墻結構

建筑工程施工中在所規劃的消防通道處設置自平衡復合式擋土墻結構，將抗滑樁之間的距離控制在5m以內，樁徑為1000×1500mm，通過對樁身的計算，將縱向的鋼筋量控制在15φ25左右，樁嵌入巖層2m左右。同時，將擋墻的平均厚度設置為2m，擋墻高度為7m，并設置11根抗滑樁。（見下圖）

通過和懸臂式抗滑樁擋墻支護方案的比對，發現自平衡復合式擋土墻結構因自身優勢的存在，能直接減少抗滑樁嵌固端剪力、彎距，并同時減小樁截面尺寸、配筋總量、巖層的嵌入深度，降低整個工程造價，在保證工程施工質量的情況下，在規定周期竣工。

2.5 效益評估

①經濟效益。建筑工程施工中的經濟效益是在工程施工成本的降低上獲得的，通常來講，工程施工成本的降低主要表現為這樣幾個方面：一方面節約著坡工程支護結構成本，另一方面是在工程施工周期縮短、施工技術難度降低中節約的成本。將本文工程作為例子，原本設計的邊坡支護方案造價168萬元，而自平衡復合式擋土墻支護方案的造價則為55萬元，兩種支護方案相比，后者能節約至少68.0%的工程造價；②社會效益。工程施工中的社會效益體現在：自平衡復合式擋土墻結構在保證邊坡穩定性的基礎上，降低工程的施工難度，縮短工程的施工周期，加快回遷區的基礎設施建設速度，將工程施工中對周圍居民的危害將至最低。

3、結語

在建筑業不斷發展的現階段，施工手段、施工技術得以更新，推動建筑業的可持續發展。但從邊坡工程的施工情況上來看，因邊坡工程的特殊性，相對傳統的支護方案已無法滿足需求，甚至引發安全隱患，造成嚴重影響。這種情況下，自平衡復合式擋土墻結構問世，不但能降低邊坡支擋設計難度，還能減少工程造價，更加適用于大挖方、高填土的邊坡工程中，對治理地質災害意義重大。另外，該結構操作簡便、價格低廉，未來的應用前景廣闊。

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