生態(tài)擋土墻在土質(zhì)邊坡治理中的應(yīng)用

李永新，楊 杰，張友軍

(1.南寧市勘察測(cè)繪地理信息院有限公司，廣西 南寧 530022；2.廣西華藍(lán)巖土工程有限公司，廣西 南寧 530001；3.建材桂林地質(zhì)工程勘察院有限公司，廣西 桂林 541004)

0 引 言

土質(zhì)邊坡是人與自然的生態(tài)鏈接，尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然，是土質(zhì)邊坡治理中應(yīng)有之意。生態(tài)擋土墻結(jié)合了生態(tài)功能和擋土功能，在邊坡治理、環(huán)境整治等方面得到了一定的應(yīng)用[1，2]。生態(tài)擋土墻在土質(zhì)邊坡治理中的應(yīng)用，要根據(jù)邊坡具體的功能目標(biāo)和地質(zhì)與巖土特征等要求，并結(jié)合工程周?chē)h(huán)境等進(jìn)行。將生態(tài)建設(shè)的理念融入到土質(zhì)邊坡治理工程的擋土墻結(jié)構(gòu)中，使人類(lèi)活動(dòng)與自然環(huán)境良好融合在一起的畫(huà)面，正是我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的最好體現(xiàn)。

1 工程概況

憑祥市屬于亞熱帶季風(fēng)性氣候，雨量充沛，某土質(zhì)邊坡?lián)跬翂ξ挥谠撌斜杯h(huán)路東側(cè)。場(chǎng)地為山間凹地，東、南、北三面為山體，風(fēng)景秀麗。場(chǎng)地西面為建設(shè)用地，邊坡處于山間凹地的西側(cè)下邊緣。暴雨期間，三面山坡上的降雨將匯集到擬建邊坡處排泄。按照?qǐng)龅夭贾靡螅瑪M建邊坡長(zhǎng)約110 m，高約8 m。該邊坡2011年采用了錨桿抗滑樁擋土板墻支護(hù)，2014年7月在威馬遜臺(tái)風(fēng)期間垮塌，現(xiàn)予以重建，并具有綠化效果。

2 地質(zhì)與巖土特征

鉆探揭示[3]，擬建場(chǎng)地巖土層由紅黏土及石灰?guī)r組成。其中紅黏土全場(chǎng)地分布，厚度4.40～14.60 m，平均厚度為10.38 m；可塑至硬塑狀，呈典型的上硬下軟特征；弱透水性，滲透系數(shù)為K=4.0×10-5cm/s；膨脹土，膨脹性中等。石灰?guī)r全場(chǎng)分布，未揭穿，揭露厚度為6.00～8.00 m；中-微風(fēng)化，中厚層；較硬巖，較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)；鉆探時(shí)未見(jiàn)溶洞或土洞。鉆探深度范圍未見(jiàn)地下水水位，地質(zhì)調(diào)查范圍內(nèi)未見(jiàn)泉點(diǎn)出露。雨季期間有地表水下滲，但地表水順坡排泄條件好，地下水蘊(yùn)藏能力差。

資料收集和現(xiàn)場(chǎng)踏勘揭示，該場(chǎng)地匯水區(qū)域的東西寬約150～180 m，南北長(zhǎng)約160～200 m，匯水坡長(zhǎng)約30～200 m；分水嶺與邊坡頂面高差約為25～60 m，匯水區(qū)域坡度約30°～45°，局部接近60°；植被發(fā)育一般，對(duì)降雨徑流能量消減不明顯。2014年7月威馬遜臺(tái)風(fēng)期間，憑祥市所有測(cè)站雨量全部達(dá)到暴雨，局部特大暴雨，最大降雨量為209.2 mm，引發(fā)憑祥市多次山體滑坡、道路崩塌等災(zāi)害[4]，該處抗滑樁擋土板墻也因而損毀。

3 生態(tài)擋土墻設(shè)計(jì)

3.1 擋墻型式選擇

我國(guó)于1979年開(kāi)始推廣加筋土技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于邊坡治理、環(huán)境整治等方面[5，6]。生態(tài)擋土墻是加筋擋土墻的一種新型型式，主要由面板、基礎(chǔ)、加筋材料、填料四部分組成。其中面板部分，即生態(tài)擋墻外露砌塊，與加筋材料的連接。由砌塊重量所提供的摩擦力、轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)提供的卡鎖抗拔力、填筑結(jié)構(gòu)提供的錨固抗拔力等三部分作用，使面板具有足夠的連接能力和穩(wěn)固性。基礎(chǔ)為面板的底座，也作為生態(tài)擋土墻底部構(gòu)造措施。由于留孔疏砌成擋土墻后整體的密度僅為17～19 kN/m3，與土的密度相當(dāng)，對(duì)地基承載力要求較低，因此也可以采用素混凝土作為基礎(chǔ)。加筋材料一般為土工格柵，它依靠受力格柵與層間填土料的摩擦阻力有效增加土體的抗力；同時(shí)，土工格柵改善了土的特性，使土的剛度和強(qiáng)度都大為提高。土工格柵和土共同作用，可提高擋土墻的穩(wěn)定性[5]。

生態(tài)擋土墻在排水方向上由三道不同的材料組成。由內(nèi)而外的第一道是與土質(zhì)邊坡直接接觸部分，一般采用透水性較強(qiáng)的砂礫石等透水材料。第二道是由加筋材料與填料組成的填筑材料，填料由透水性較好的回填材料碾壓而成，可保證其透水性。第三道是生態(tài)溢水面板，由相鄰砌塊疏砌后形成，有很好的溢水性能，可結(jié)合綠化。生態(tài)面板的孔洞加上眾多的豎縫和橫縫，孔隙率25%～30%，使生態(tài)擋土墻成為名副其實(shí)的溢水擋土墻。這三道排水材料，可以顯著減少降雨對(duì)土質(zhì)邊坡的含水量變化的影響，可以迅速排出入滲擋土墻體內(nèi)的雨水。達(dá)到降低土坡的漲縮性、削減水壓力的目的，因此提高了生態(tài)擋土墻的穩(wěn)定性。

眾所周知，良好的環(huán)境必須是開(kāi)放的而不是封閉的。由于溢水面板生態(tài)孔眾多，水流通暢，生長(zhǎng)環(huán)境良好，藤本、草本、小灌木等都可種植或自由生長(zhǎng)，長(zhǎng)出植物能布滿(mǎn)整個(gè)墻面，遮蓋砌塊、美化墻體。在邊坡治理或環(huán)境整治中，生態(tài)擋土墻溢水面板作為一種名副其實(shí)的綠色擋土墻，悄然將墻體融入到自然背景中。

查詢(xún)相關(guān)設(shè)計(jì)資料，2011年完工的邊坡支護(hù)工程采用錨桿抗滑樁擋土板墻，抗滑樁嵌固端均處于紅黏土地層內(nèi)。2014年7月在威馬遜臺(tái)風(fēng)期間垮塌，抗滑樁都有不同程度的傾斜和倒塌，部分甚至斷裂；抗滑樁鋼筋裸露甚至斷裂；擋土板墻上的泄水孔大部分被堵塞，無(wú)法正常排水；抗滑樁錨固段也已經(jīng)破壞。若采用原方案，須將抗滑樁錨固于穩(wěn)固巖石中，上端應(yīng)與擋土板墻同高，樁長(zhǎng)需達(dá)18～26 m；且需擴(kuò)大截面面積、增加配筋。經(jīng)初步測(cè)算，工程造價(jià)約為生態(tài)擋土墻方案的2.5倍，明顯超過(guò)了建設(shè)方預(yù)算。現(xiàn)場(chǎng)踏勘也顯示，原擋土板墻綠化效果不理想。

生態(tài)擋墻具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、排水通暢、環(huán)境友好的特點(diǎn)，可滿(mǎn)足建設(shè)需求，適合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)與巖土特征，實(shí)現(xiàn)生態(tài)化效果，造價(jià)在建設(shè)方預(yù)算范圍內(nèi)。基于此，我們建議采用生態(tài)溢水擋土墻方案重建。

3.2 擋墻斷面布置

斷面布置方案包括地下部分和地上部分，是一個(gè)有機(jī)結(jié)合的整體。吸收上次邊坡垮塌的教訓(xùn)，針對(duì)紅黏土厚度較大且呈典型的上硬下軟狀態(tài)的特征，首先在地面以下設(shè)置抗滑樁，樁端嵌入基巖(石灰?guī)r)，形成固端約束。抗滑樁采用圓樁，樁徑為1.5 m，樁中心距為4.0 m；樁長(zhǎng)12～16 m，其中嵌入基巖不少于4 m。樁頂采用冠梁相互連接，增強(qiáng)整體性。樁頂冠梁高1.0 m，寬1.5 m，冠梁也做為面板的基礎(chǔ)。其次，根據(jù)擋土墻面板與加筋土體的荷載特征，以及對(duì)變形的要求，該場(chǎng)地?zé)o需做地基處理。再次，地面以上采用生態(tài)溢水擋土墻。生態(tài)溢水擋土墻高8 m，寬6 m，長(zhǎng)約110 m。地下抗滑樁為擋土墻地基穩(wěn)定提供了保障；地上擋土墻隔斷了雨水入滲，增加了邊坡坡腳自重，增強(qiáng)了地下部分的穩(wěn)定性。

紅黏土具有明顯的吸水膨脹和失水收縮特性，是影響邊坡穩(wěn)定的重要因素。治理膨脹土有降低坡率、換土、改良土質(zhì)、隔水、設(shè)置抗滑樁等。基于建筑紅線(xiàn)限制和環(huán)保要求，降低坡率、換土、改良土質(zhì)方案難以實(shí)施；采用錨桿抗滑樁造價(jià)太高。因此，良好的透水設(shè)計(jì)成為斷面設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。生態(tài)擋土墻通常在填筑體后部設(shè)置一道透水體。為了更好的排出紅黏土中的滲水，我們將透水體設(shè)置成L形，并形成排水通道。此設(shè)置可大大減少擋土墻后一定區(qū)域紅黏土(膨脹土)吸水量和失水量，從而減少紅黏土的漲縮性，增強(qiáng)擋土墻的穩(wěn)定性。

墻面可采取市面上成熟的干砌體[1]。標(biāo)準(zhǔn)主砌塊砌成的墻體，后仰角度一般為10°～13°，也可調(diào)整基礎(chǔ)頂面的角度。當(dāng)同層砌塊之間預(yù)留110 mm間距疏砌、墻面形成標(biāo)準(zhǔn)的種養(yǎng)孔時(shí)，每平方米的擋土墻含有約13個(gè)砌塊，自重約500 kg，墻體厚度與單個(gè)砌塊的寬度一樣，密度約為17～19 kN/m2。這種密度與填筑土的密度接近，無(wú)需對(duì)基礎(chǔ)做專(zhuān)門(mén)的處理。

3.3 擋墻穩(wěn)定分析

為了驗(yàn)證生態(tài)擋土墻+抗滑樁的穩(wěn)定性，我們選取代表性的斷面進(jìn)行分析，工程地質(zhì)剖面圖如圖1所示。該剖面紅黏土厚度為10.5～13.8 m，石灰?guī)r未揭穿。

圖1 典型地質(zhì)剖面圖

采用勘察報(bào)告建議巖土參數(shù)，如表1所示。其中滑動(dòng)體以飽和重度計(jì)算，如式(1)所示。即：

表1 巖土參數(shù)建議值

(1)

式中：Gs為土的比重;e為孔隙比;γw，kN/m3。

綜合邊坡類(lèi)型、邊坡高度、破壞嚴(yán)重程度等，確定邊坡的安全等級(jí)為二級(jí)，一般工況下穩(wěn)定安全系數(shù)為1.30，地震工況下穩(wěn)定安全系數(shù)為1.10[7]。

首先，以滑坡推力方式計(jì)算，在不設(shè)置抗滑樁情況下，單位寬度滑塊剩余下滑力為 60.09 kN，滑塊下滑力角度為35.98°。因此，有設(shè)置嵌固于巖石中的抗滑樁的必要性。

在設(shè)置抗滑樁條件下，按照滑坡推力作用情況和庫(kù)侖土壓力(一般情況)兩種模型計(jì)算，邊坡抗滑穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。

采用加筋土式擋土墻計(jì)算模型[8]，如圖2所示。分別計(jì)算整體穩(wěn)定、滑移穩(wěn)定、傾覆穩(wěn)定等內(nèi)容。計(jì)算表明，整體穩(wěn)定驗(yàn)算的最小安全系1.76>1.30。同時(shí)也滿(mǎn)足滑移、傾覆穩(wěn)定等要求。計(jì)算也表明，未做處理的地基也滿(mǎn)足承載力要求。

圖2 整體穩(wěn)定計(jì)算圖示

根據(jù)穩(wěn)定計(jì)算分析，生態(tài)擋土墻滿(mǎn)足該土質(zhì)邊坡治理的穩(wěn)定要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)本文綜合考慮項(xiàng)目的功能目標(biāo)、地質(zhì)與巖土特征，以及周?chē)h(huán)境等因素，采用生態(tài)擋土墻對(duì)土質(zhì)邊坡進(jìn)行了整治設(shè)計(jì)。該生態(tài)擋土墻于2017年建成以來(lái)，順利地經(jīng)歷了“山竹”臺(tái)風(fēng)等極端天氣考驗(yàn)，依然穩(wěn)固如初。

(2)經(jīng)過(guò)多年自然生長(zhǎng)，生態(tài)擋土墻綠葉成蔭，融入到了周?chē)淖匀伙L(fēng)景中。生態(tài)入墻，墻入生態(tài)，成為一個(gè)休閑的好去處。

(3)本文對(duì)生態(tài)擋土墻的應(yīng)用，為土質(zhì)邊坡治理和環(huán)境整治工程提供了一定的工程經(jīng)驗(yàn)，具有一定的參考價(jià)值。