黃土高邊坡支護(hù)中樁板擋墻的應(yīng)用研究

顧 軍

（甘肅博通工程咨詢有限公司， 甘肅 蘭州 730030）

0 引言

既往黃土邊坡建設(shè)中，如果邊坡高度超過30m時(shí)，建議在局部建設(shè)加工工程進(jìn)行收坡，減少邊坡開挖過高而滋生出較高不良因素而降低邊坡穩(wěn)定性；若自然邊坡較平緩，通過適當(dāng)設(shè)置寬平臺(tái)也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，但是在較陡峭的自然邊坡端，若寬平臺(tái)導(dǎo)致人工邊坡高度增速過快時(shí)，要嚴(yán)謹(jǐn)選用。為有效應(yīng)對(duì)既往西北黃土地區(qū)邊坡“寬平臺(tái)，陡坡率”的設(shè)置與黃土錨索錨固力問題，筆者提出盡量應(yīng)用自穩(wěn)方式去維持黃土邊坡穩(wěn)定性的建議。

1 邊坡主要物質(zhì)構(gòu)成及變形破壞特征

某斜坡段全長724m左右，坡底、坡頂高程分別978m、1090m左右，地貌上屬于黃土梁區(qū)。斜坡坡腳發(fā)成高度、坡度分別約20～40m、60～80讀的陡坡，且逐漸以緩坡形式朝梁頂過度。

1.1 物質(zhì)構(gòu)成

結(jié)合野外勘察、鉆探及探井資料，本斜坡頂部覆蓋厚3～19m的馬蘭黃土，普遍表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)疏松，根系、蟲孔均較發(fā)育。離石黃土是斜坡主體的主要構(gòu)成，厚度達(dá)到70～90m,能探查到5～10層古土壤，分別發(fā)育出NWz、SW，節(jié)理。黃土的下方是寶塔山段砂巖，實(shí)測(cè)傾角 1～3°，砂巖頂面的高程達(dá)到980m，僅在局部區(qū)段出現(xiàn)裸露[1]。

1.2 變形破壞特征

本斜坡前、后緣高程分別992m、1056m，坡高達(dá)63m。由于局部滑坡出現(xiàn)了“圈椅狀”

凹坡。當(dāng)下只殘留下局部滑體（15500m3左右），其他都被人工搬運(yùn)或整改成平臺(tái)。后緣留下一高度大概40m近乎直立的陡壁。勘察發(fā)現(xiàn)壁頂形成了兩條弧狀裂縫，寬度集中在6～12㎝，最大能達(dá)到65㎝，人工已經(jīng)削除變形土體，打造出兩級(jí)臺(tái)坎，陡壁黃土體中發(fā)育出兩組垂直節(jié)理，走向依次是SW220°和NW315°。

綜合分析地質(zhì)勘探結(jié)果后，可以確認(rèn)壁頂張裂縫尚未貫通，但陡壁土體卻垂直節(jié)理發(fā)育，多雨時(shí)節(jié)市場(chǎng)出現(xiàn)局部崩塌與掉塊情況，如果遇到豐水年或者劇烈的人工活動(dòng)，很可能導(dǎo)致坡體出現(xiàn)大范圍滑動(dòng)，當(dāng)下穩(wěn)定性明顯不足，相關(guān)部門應(yīng)加大監(jiān)測(cè)力度，盡早整頓治理。

2 樁板擋墻的設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 計(jì)算內(nèi)容與參數(shù)選擇

2.1.1 內(nèi)容

（1）土壓力的荷載；

（2）測(cè)算出板樁的入土深度、抗傾覆等。分析到本滑坡工程存在的現(xiàn)實(shí)意義，設(shè)定其在正常投用階段抗滑、抗傾穩(wěn)定分別是1.35、1.5[2]。

2.1.2 參數(shù)選擇

（1）土層參數(shù)：可供選擇的方法有m、k、c法等。M取值的偏差基本不會(huì)對(duì)墻體受力與變形形成較大影響；k法對(duì)基底被動(dòng)土壓力的取值情況表現(xiàn)出較高的敏感性；m法主要分析在樁板的內(nèi)力變形工況下對(duì)坑底土質(zhì)形成的影響。

（2）物理參數(shù)：樁砼強(qiáng)度等級(jí) C30，樁縱筋合力點(diǎn)至外皮距離控制182mm；擋土墻類型：普通擋土墻，后墻填土內(nèi)摩擦角33°，墻后填土容重達(dá)19.8kN/m3，板厚0.36m，板寬0.5m。

2.2 “m”法的計(jì)算設(shè)計(jì)

本文懸臂13m、截面尺寸2×3.5m工況進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

2.2.1 基本數(shù)據(jù)：樁體全長、嵌入深度分別達(dá)到30m、17m；截面形狀設(shè)計(jì)成方樁（樁寬、高、間距分別是2m、3.5m、4.5m）[3]。

2.2.2 庫侖土壓力：測(cè)算高度達(dá) 13m處的庫侖主動(dòng)土壓力，第一破裂角42.4°，Ea、Ex、Ey分別達(dá)到674.1kN、646.4kN、191.5kN。作用點(diǎn)高度Zy達(dá)4.0m。

2.2.3 計(jì)算樁身內(nèi)力：利用m法計(jì)算，背側(cè)是擋土側(cè)，面?zhèn)仁欠菗跬羵?cè)；面、背側(cè)最大彎矩分別是0kN、30592.7kN，分別和樁頂相距1m、19m；剪力最大4295.1kN，距樁頂26m[4]。

2.2.4 計(jì)算擋土板內(nèi)力配筋：選擇1#板進(jìn)行分析，板厚60mm，板下緣和頂相距 12m，土壓力最大值 139.4kPa，單塊板挖掘 176.5kN/m，單塊板所有縱筋面積2538.2mm2。

2.3 “k”法設(shè)計(jì)計(jì)算

2.3.1 懸臂13m、截面2×3.5m

經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得k=11MN/m3。

測(cè)算高 13m位置的庫侖主動(dòng)土壓力，第 1破裂角 42.4°，Ea、Ex、Ey分別達(dá)是674.2kN、646.5kN、191.5kN。作用點(diǎn)高度Zy是4.1m。

樁身內(nèi)力：背側(cè)、面?zhèn)确謩e是擋土、非擋土側(cè)；面、背側(cè)最大彎矩分別0kN、22538.2kN/m，分別和樁頂相距0m、16.6m；剪力最大3927.1kN，距樁頂13m，樁頂位移98mm。

2.3.2 懸臂11m、截面2×3.5m

經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得k=10MN/m3。

測(cè)算高 11m位置的庫侖主動(dòng)土壓力，第 1破裂角 44.0°，Ea、Ex、Ey分別達(dá)是473.2kN、453.7kN、134.4kN。作用點(diǎn)高度Zy是3.4m。

樁身內(nèi)力：背側(cè)、面?zhèn)确謩e是擋土、非擋土側(cè)；背側(cè)最大彎矩12854.1kN/m，和樁頂相距13.9m；剪力最大2756.1kN，距樁頂11m，樁頂位移99mm。

2.3.3 懸臂9m、截面2×3.5m

k=9MN/m3。

計(jì)算9m處的庫侖主動(dòng)土壓力，第1破裂角44.8°，Ea、Ex、Ey分別達(dá)是303.1kN、290.6kN、86.4kN，高度Zy對(duì)應(yīng)值2.84.1m。

樁身內(nèi)力：背側(cè)、面?zhèn)确謩e作為擋土、非擋土側(cè)；背側(cè)最大彎矩6525.1kN/m，和樁頂相距11.4m；剪力最大1765.5kN，距樁頂9m，樁頂位移92mm。

2.3.4 懸臂9m、截面2×3m

k=8.6MN/m3。

9m 處的庫侖主動(dòng)土壓力，第 1破裂角 44.9°，Ea、Ex、Ey分別達(dá)是303.1kN、290.5kN、86.4kN，高度Zy對(duì)應(yīng)值2.84.1m。

樁身內(nèi)力：背側(cè)、面?zhèn)确謩e作為擋土、非擋土側(cè)；背側(cè)最大彎矩6525.1kN/m，和樁頂相距11.3m；剪力最大1765.6kN，距樁頂9m，樁頂位移99mm。

2.4 比較兩組方法的計(jì)算結(jié)果

即在符合現(xiàn)行規(guī)范樁頂位移量的狀況下，分別應(yīng)用“m”法與“k”法計(jì)算不同樁截面與樁長。匯總并對(duì)比計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)“k”法的取值和懸臂高度值增減過程呈正比例關(guān)系；伴隨懸臂長度的增加，樁身的最大挖掘與剪力位置均增加，從這個(gè)角度分析，“k”法和現(xiàn)實(shí)受力情況之間有更高的吻合度；。比較這兩種方法計(jì)算出的最大彎矩與剪力，發(fā)現(xiàn)“k”法明顯小于“m”法，有助于減少工程建設(shè)成本[5]。

綜合分析以上論述的內(nèi)容，認(rèn)定在符合規(guī)范準(zhǔn)許的位移量大小的工況下，從受力狀態(tài)與造價(jià)兩個(gè)方面分析，選用懸臂9m、截面2X3.om的方案更具合理性、經(jīng)濟(jì)性。

3 實(shí)例分析

3.1 案例一

黃土坡體土質(zhì)構(gòu)成是馬蘭黃土（Q3eol）與離石黃土（Q2eol），下伏白堊系（K）強(qiáng)～中風(fēng)化砂巖。擬定在本坡體內(nèi)應(yīng)用1:0.5～1:0.75陡坡率，并布置數(shù)級(jí)8～18m寬平臺(tái)進(jìn)行治理，邊坡高77.86m。分析到土方大范圍挖掘與多級(jí)邊坡坡面防護(hù)，工程造價(jià)A元左右。

擬采方案有如下不足

（1）挖掘邊坡時(shí)會(huì)增加邊坡坡腳的黃土與下伏砂巖間被揭穿的風(fēng)險(xiǎn)，很容易造成黃土沿下伏砂巖界面出現(xiàn)滑坡。

（2）開挖后邊坡出現(xiàn)顯著的“剝山皮”現(xiàn)象，對(duì)植被形成較大破壞，人工挖掘面大范圍裸露，容易引起邊坡坡面沖刷、剝落與坡體失穩(wěn)等情況。

（3）需要挖掘處理的邊坡較高，增加后續(xù)工程建設(shè)階段坡面防護(hù)和土方工程養(yǎng)護(hù)壓力。

為了有效規(guī)避以上不良情況，筆者建議把長度達(dá)20m抗滑樁布置在坡腳，起到固腳的作用，能夠全面提升坡體的穩(wěn)定性，隨后按照坡率 1:0.5在樁后離石黃土（Q2eol）內(nèi)進(jìn)行收坡。為進(jìn)一步增強(qiáng)高邊坡的穩(wěn)定性及減少減少坡面沖刷問題，決定配合使用錨桿框架去加固邊坡。通過以上方法調(diào)整最初的設(shè)計(jì)方案后，邊坡高度由初設(shè)計(jì)77.86m降到26.4m。整體分析此時(shí)的工程造價(jià)大概0.8A元，不僅減少了工程成本，還明顯提升施工安全性和環(huán)保性。

圖4是建議應(yīng)用的工程地質(zhì)斷面圖。

圖4 建議應(yīng)用的工程地質(zhì)斷面圖

3.2 實(shí)例二

某坡體黃土由馬蘭黃土（Q3eol）、離石黃土（Q2eol）組成，下伏白堊系（K）強(qiáng)～中風(fēng)化泥巖。技術(shù)工人巨鼎在白堊系（K）強(qiáng)～中風(fēng)化泥巖與黃土坡體內(nèi)應(yīng)用1:1坡率與各級(jí)2m寬平臺(tái)建設(shè)，邊坡高度82m。估計(jì)其工程造價(jià)C元。

以上方案執(zhí)行時(shí)暴露出如下缺點(diǎn)：（1）邊坡設(shè)置情況出現(xiàn)了較顯著的“剝山皮”情況，破壞植被生長環(huán)境不利于生態(tài)保護(hù)，大范圍人工開挖作業(yè)面裸露，容易導(dǎo)致坡面沖刷、剝落及降低坡體的穩(wěn)定性。

（3）邊坡挖掘高度達(dá)到了82m，形成了較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，并且后續(xù)施工中邊坡坡面防護(hù)面積、土石方建設(shè)規(guī)模均較大。

鑒于以上實(shí)際情況，決定在第三系（N）泥巖依照1:0.5的坡率進(jìn)行收坡，且利用12m錨桿對(duì)一級(jí)邊坡進(jìn)行固腳處理，把長度20m錨索項(xiàng)目布置在黃土與泥巖界面上，能夠?qū)Ω哌吰掳l(fā)揮“強(qiáng)腰”作用。上部馬蘭和離石黃土統(tǒng)一應(yīng)用1：0.75坡率進(jìn)行挖掘直接綠化防護(hù)。通過以上形式調(diào)整設(shè)計(jì)方案后，邊坡高由最初82m降到設(shè)計(jì)調(diào)整后，邊坡的36.06m，此時(shí)其工程造價(jià)大概是0.5C元（圖5）。

圖5 建議應(yīng)用的工程地質(zhì)斷面圖

4 結(jié)束語

總之，為完善黃土地區(qū)高邊坡設(shè)計(jì)，應(yīng)依照實(shí)際的坡體巖土體組成及黃土和下伏巖體的力學(xué)性質(zhì)開展整體分析。盡量先考慮嘗試使用陡坡率，并依照高邊坡加固理念有針對(duì)性的對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)防護(hù)，借此方式合理降低邊坡高度，提升人造工程與自然之間的和諧度，將對(duì)植被造成的破壞程度降到最低，減少后續(xù)邊坡的養(yǎng)護(hù)成本，創(chuàng)造出更多的工程效益。