岩土工程抗滑挡土墙的设计与施工

第4章抗滑挡土墙的设计与施工本章重点抗滑挡土墙类型、特点和适用条件抗滑挡土墙布置原则抗滑挡土墙的设计与计算抗滑挡土墙的施工§4．1概述 滑坡是岩土工程中常见的主要病害之一。当斜坡岩土体在各种自然因素或人为因素的影响下，斜坡岩土体在重力作用下，沿着一定的土层(软弱层)整体向下滑移的现象，即称为滑坡。大规模滑坡对人类的生产建设活动和人民的生命财产有着极大的危害，如重庆云阳滑坡和武隆滑坡等。因此，应对滑坡进行预防和处理。通过预防来预料可能发生的灾害，并在与处理工程所需费用权衡之后，或将居民和建筑物迁移到另一安全地带，或改移公路、河道等，或在稳定的基岩中修建隧道以避免滑坡，或在小规模滑坡情况下用桥梁通过。在不得已必须在滑坡区兴工动土进行建设，而改变自然环境时，就应 事先修建整治工程，以提高滑坡体的稳定性，防止滑坡体产生滑坡。 滑坡整治工程大致分为减滑工程和抗滑工程两点。减滑工程的目的在于不改变滑坡的地形、土质、地下水等的状态，即通过改变滑坡体自然条件，而使滑坡运动得以停止或缓和。抗滑工程则在于利用抗滑构筑物来支挡滑坡体运动的一部分或全部，使其附近及该地区的设施及人民生命财产等免受危害。这类工程主要用来制止小规模滑坡或部分制止大规模滑坡。常用的抗滑工程主要有抗滑挡土墙和抗滑桩等。 减滑工程主要有排除地表水工程(水沟、防渗工程)、排除地下水工程、截断地下水工程、刷方减重等工程措施。

§4．1．1抗滑挡土墙类型、特点和适用条件

抗滑挡土墙是目前整治中小型滑坡中应用最为广泛而且较为有效的措施之一。根据滑坡的性质、类型和抗滑挡土墙的受力特点、材料和结构不同，抗滑挡土墙又有多种类型。从结构型式上分，有：(1)重力式抗滑挡土墙；(2)锚杆式抗滑挡土墙；(3)加筋土抗滑挡土墙；(4)板桩式抗滑挡土墙；(5)竖向预应力锚杆式抗滑挡土墙等型式。从材料上分，有：(1)浆砌条石(块石)抗滑挡土墙；(2)混凝土抗滑挡土墙(浆砌混凝土预制块体式和现浇混凝土整体式)；(3)刚筋混凝土式抗滑挡土墙；(4)加筋土抗滑挡土墙等。

选取何类型的抗滑挡土墙，应根据滑坡的性质、类型(渐断性的滑坡或连续性的滑坡、单一性的滑坡或复合式的滑坡、浅层式的滑坡还是深层式的滑坡等)、自然地质条件、当地的材料供应情况等条件，综合分析，合理确定，以期达到整治滑坡的同时，降低整治工程的建设费用。 采用抗滑挡土墙整治滑坡，对于小型滑坡，可直接在滑坡下部或前缘修建抗滑挡土墙，对于中、大型滑坡，抗滑挡土墙常与排水工程、刷土减重工程等整治措施联合适用。其优点是山体破坏少，稳定滑坡收效快。尤其对于由于斜坡体因前缘崩塌而引起大规模滑坡，抗滑挡土墙会起到良好的整治效果。但在修建抗滑挡土墙时，应尽量避免或减少对滑坡体前缘的开挖，必要时，可设置补偿形抗滑挡土墙与滑坡体前缘土坡之间填土，如图4．1所示。

在修建抗滑挡土墙时，必须认真进行踏勘、调查滑坡的性质、滑体结构、滑移面层位和层数，以及基础的地质情况，合理确定滑坡体的推力大小。原则上抗滑挡土墙应设置在滑坡体前缘稳定基础上，防止由于滑坡体前缘地基过大的变形，而使抗滑挡土墙体变形而失效。对于滑坡地段上的构筑物(如公路挡墙)，为使其在地基有一定程度变形情况下，也能保持其功能，最好采用柔性结构。对于深层滑坡体和正在滑移的滑动体，可能因修建挡土墙进行基础开挖时，加剧滑坡体的滑动，因此这类滑坡，不宜采用抗滑挡土墙，而宜采用其他抗滑整治措施(如抗滑桩等)。鉴于重力式抗滑挡土墙是一种典型而常用的型式，本章仅介绍其设计方法，其他类型的抗滑挡土墙略。 重力式抗滑挡土墙可采用浆砌块石(片石)，混凝土预制块体，也可采用混凝土和钢筋混凝土直接现浇。加筋土抗滑挡土墙就其工作原理，也属重力式挡土墙范畴，但其受力方式等不同。 抗滑挡土墙与一般挡土墙类似，但它又不同于一般挡土墙，主要表现在抗滑挡土墙所承受的土压力的大小、方向、分布和作用点等方面。一般挡土墙主要抵抗主动土压力，而抗滑挡土墙所抵抗的是滑坡体的剩余下滑推力。一般情况下滑坡的剩余推力较大，对于滑体刚度较大的中厚层滑坡体压力的分布图形于矩形，推力的方向与滑移面层平行；合力作用点位置较高，位于滑面以上l／2墙高处。因此，一般情况下，滑坡推力较主动土压力大。为满足抗滑挡土墙自身稳定的需要，这要求通常抗滑挡土墙墙面坡度采用l∶0．3～1∶0．5，甚至缓至1∶0．75～1∶1。有时为增强抗滑挡土墙底部的抗滑阻力，将其基底做成倒坡，或锯齿形；而为了增加抗滑挡土墙的抗倾覆稳定性和减少墙体圬工材料用量，有时可在墙后设置l～2m宽的衡重台或卸荷平台。 抗滑挡土墙的主要功能是稳定滑坡。因滑坡型式的多种多样，滑坡推力的大小也因滑坡的型式、规模和滑移面层的不同而不同。抗滑挡土墙结构的断面形式应因地适宜而采用和设计，而不能像一般挡土墙那样采用标准断面。工程中常用的抗滑挡土墙断面。工程中常用的抗滑挡土墙断面形式如图4．2所示。§4．1．2抗滑挡土墙布置原则

抗滑挡土墙的布置应根据滑坡位置、类型、规模、滑坡推力大小、滑动面位置和形状，以及基础地质条件等因素，综合分析来进行，一般其布置原则如下： (1)对于中、小型滑坡，一般将抗滑挡土墙布设在滑坡前缘。 2)对于多级滑坡或滑坡推力较大时，可分级布设抗滑挡土墙。 (3)对于滑坡中、小部有稳定岩层锁口时，可将抗滑挡土墙布设在锁口处，如图4．3所示，锁口处以下部分滑体另作处理，或另设抗滑挡土墙等整治工程。

(4)当滑动面出口在构筑物(如公路、桥梁、房屋建筑)附近，且滑坡前缘距建筑物有一定距离时，为防止修建抗滑挡土墙所进行的基础开挖引起滑坡体活动，应尽可能将抗滑挡土墙靠近建筑物布置，以便墙后留有余地填土加载，增加抗滑力，减少下滑力。 (5)对于道路工程，当滑面出口在路堑边坡上时，可按滑床地质情况决定布设抗滑挡土墙的位置；若滑床为完整岩层，可采用上挡下护办法。若滑床为不宜设置基础的破碎岩层时，可将抗滑挡土墙设置于坡脚以下稳定的地层内。 (6)对于滑坡的前缘面向溪流或河岸或海岸时，抗滑挡土墙可设置于稳定的岸滩地，并在抗滑挡土墙与滑坡体前缘留有余地，填土压重，增加阻滑力，减少抗滑挡土墙的圬工数量，降低工程造价；或将抗滑挡土墙设置在坡脚，并在挡土墙外进行抛石加固，防止坡脚受水流或波浪的浸蚀和淘刷。 (7)对于地下水丰富的滑坡地段，在布设抗滑挡土墙前，应先进行辅助排水工程，并在抗滑挡土墙上设置好排水设施。 (8)对于水库沿岸，由于水库蓄水水位的上升和下降，使浸水斜坡发生崩塌，进而可能引起的大规模的滑坡，除在浸水斜坡可能崩塌处布设抗滑挡土墙外，在高水位附近还应设抗滑桩或二级抗滑挡土墙，稳定高水位以上的滑坡体；或根据地形情况及水库蓄水水位的变化情况设置2～3级或更多级抗滑挡土墙。

§4．2抗滑挡土墙设计与计算

§4．2．1抗滑挡土墙上力系分析与荷载确定1．滑坡推力的计算 滑坡推力的计算是在已知滑动面形状、位置和滑动面(带)上土的抗剪强度指标的基础上进行的，计算方法一般采用剩余下滑力法。 根据滑动面的变坡点和抗剪强度指标变化点，将滑坡体分成若干条块，如图4．5所示，从上到下逐块计算其剩余下滑力，最后一块的剩余下滑力即为滑坡推力。 如果滑动面为单一平面(如图4．6所示)时，滑坡推力为：

(4.1)

式中：E——滑坡体下滑力，kN；W——滑坡体重力，kN； ——滑动面与水平面间的倾角； L——滑动面长度，m；c——滑动面土的粘聚力，kPa； ——滑动面土的内摩擦角；K——安全系数。如果滑动面为折面(如图4．7所示)，根据第i条块的受力情况(如图4．8所示)，其剩余下滑力为： (4.2)式中：——第i条块的剩余下滑力，kN； Ti——第i条块自重的切向分力，kN； Ni——第i条块自重的法向分力，kN； ——第i条块所在的滑动面的倾角； ——第i条块滑动面土的内摩擦角； Ci——第i条块滑动面土的粘聚力，kPa； Li——第i条块滑动面的长度，m。上式亦可表示为： (4.3)式中，，称为传递系数，即上一条块的剩余下滑力Ei-1通过该系数转换变成下一条块剩余下滑力Ei的一部分。 对于第一条块，其剩余下滑力El的计算与单一滑动面的相同，即：

(4.4)

如果是圆弧滑动面，其推力可采用条分法进行计算。 当Ei为正值时，说明滑坡体有下滑推力，是不稳定的，应传给下一条块；Ei为负值时，表示第i条块以上滑坡体处于稳定状态，Ei不能传递；Ei为零时，第i条块以上滑坡体也是稳定的。2．附加力的计算 在计算滑坡推力的同时，还需考虑附加力的影响。应考虑的附加力有(如图4．9所示)： (1)滑坡体上有外荷载Q时，如：建筑物自重、汽车荷载等，应将Q加在相应的滑块自重形之中。 (2)对于水库岸坡等地带的滑坡，滑体有水，且与滑带水连通时，应考虑动水压力和浮力。(4.5)式中：——水的容量，kN／m3； ——滑坡体条块饱水面积，m2； I——水力坡降。 浮力P，其方向垂直于滑动面，大小为： (4.6)式中：η——滑坡体土的孔隙度。 (3)当滑动面水有承压水头H0时，应考虑浮力Pf，其方向垂直于滑动面，大小为： (4.7) (4)滑坡体内有贯通至滑动面的裂隙，滑动时裂隙充水，则就考虑裂隙水对滑坡体的静水压力J，作用于裂隙底以上hi／3高度处，水平指向下滑方向，大小为： (4.8)式中：hi——裂隙水深度，m。

(5)在地震烈度≥7度的地区，应考虑地震力Ph的作用，Ph作用于滑坡体条块重心处，水平指向下滑方向，其大小可按相关计算公式计算。

3．设计推力的确定

当滑坡推力小于主动土压力时，应把主动土压力作为设计推力进行设计，但当滑坡推力的合力作用点位置较主动土压力的作用点高时，挡土墙的抗倾覆稳定性取其力矩较大者进行验算。因此，抗滑挡土墙设计既要满足抗滑挡土墙的要求，又要满足普通挡土墙的要求。

§4．2．2抗滑挡土墙平面尺寸与高度的拟定1．抗滑挡土墙平面尺寸的拟定

抗滑抗土墙承受的是滑坡推力，不同于普通重力式挡土墙。由于滑坡推力大，合力作用点高，因此抗滑挡土墙具有墙面坡度缓、外形矮胖、平面尺度大的特点，这有利于挡土墙自身的稳定。抗滑挡土墙墙面坡度常用1∶0．3～1∶0．5的坡率，有时甚至缓至l∶0．75～1∶1。其基底常做成反坡或锯齿形，有时为了增加抗滑挡土墙的稳定性和减少墙体圬工，还在墙后设置l～2m宽的衡重台或卸荷平台，利用衡重台或卸荷平台上填土的重力来代替减少部分墙体的圬工用量，达到降低工程造价。在平面上，抗滑挡土墙一般应布置在滑坡前缘滑床平缓处。对于纵长形滑坡，当用一级抗滑挡土墙不能承受全部滑坡推力或当用一级抗滑挡土墙来承受全部滑坡推力不经济时，可在中部等适当位置(如滑床有起伏变化的明显变缓处)增设一级或多级抗滑挡土墙分别承受部分滑坡推力，达到最终承受全部滑坡推力，起到稳定滑坡的效果。常用抗滑挡土墙常断面形式如图4．2所示。2．抗平滑挡土孤墙高度膜的拟定抗滑挡脚土墙的躲高度如殖果不合穗理的话浴，尽管均它使滑津坡体原窜来的出努口受阻叙，但滑巩坡体可析能沿新抄的滑动费面发生让越过抗课滑挡土壶墙的滑集动。因言此，抗砖滑挡土当墙的合讨理墙高茶应保证栏滑坡体泼不发生讲越过墙蔽顶的滑呼动。合心理墙高柔可采用毕试算的察方法确俩定(如歪图4．觉10所屯示)，灶先假定毒一适当饮的墙高器，过墙幻玉顶A点尤作与水文平线成味夹玩角的直辨线，交样滑动面洲于a点城，以S棍a、A勺a为最职后滑动插面，计蹲算滑坡扭体的剩倦余下滑封力。然苹后，再挽自a点耐向两侧陆每隔5°作出减Ab、脂Ac…饺和Ab输′、A渗c′、礼…等虚亡拟滑动宋面进行堤计算，摄直至出娇现剩余督下滑力绣的负值妨低峰为雪止。若辟计算结协果为剩肯余下滑岗力为正超值时，移则说明聪墙高不梁足，应爹予增高猎；当剩头余下滑轧力为过扫大的负幅值时，抽则说明奏墙身过锤高，应额予降低翅。§4．2绢．3蜘基础的埋丘深基础的垂埋置深资度应通酒过计算车予以确粗定。一绍般情况移下，无挪论何种唤型式的选抗滑挡坛土墙，拒其基础击必须埋雀人到滑锹动面以红下的完箭整稳定勾的岩(示土)层蚕中，且龙应有足召够的抗弯滑、抗鸽剪和抗叉倾覆的逐能力；示对于基彻岩不小滤于0．留5m，暑对于稳畅定坚实筋的土层现不小于复2m，扮并置于五可能向痰下发展转的滑动吸面以下悼，即应乖考虑设博置抗滑拾挡土墙咬后由于政滑坡体呆受阻，拥滑动面堂可能向逮下伸延杠。当基父础埋置民深度较浆大，墙违前有形钉成被动共土压力算条件时凡(埋入吸密实土委层3m草、中密误土层4慰m以上检)，可搏酌情考府虑被动情土压力远的作用距。§4．蜓2．4王基阔底应力魂及地基吃强度验征算抗滑挡土席墙的基底荷应力、合读力偏心距馆及地基强汉度验算与辫普通重力讨式挡土墙残的验算相纺同，验算闻公式简述套如下：抗滑挡土厘墙的刚度赞一般很大税，基底应独力可按直遇线分布，温按偏心受困压公式计猫算，对于古矩形墙底阵，可按下先式计算：(4.9辞)式中：蜻——楚分别表粪示基底嫌的最大犯和最小槐应力，易kPa度；B——槽表示墙软底宽度点，m；Vk——表示压作用的基碑底面上的做竖向合力翠标准值，隐kN；e——财表示作染用的基布底面上垄的合力方标准值吨作用点霉的偏心勺距，m孕，设；一扔般对于嚷岩石地圣基，e蜘≤B／担6，对隶于土质跨地基，番e≤B皮／4；——合力口作用点距暖墙前趾的捎距离，m青；(4.1难0)MR、M0——分别围为竖向合条力标准值乌和倾覆力若标准值对桥墙底面前近趾的稳定组力矩和倾素覆力矩，厕kN·m堵。当疾≤B／键3时，违将出现客负值，即归产生拉应煎力。但墙调底和地基笋之间不可霉能承受拉封应力，此壳时基底应期力将出现赢重分布。币根据基底洒应力的合茧力和作用载在挡土墙艘上的竖向短力合力相逢平衡的条暂件，得：设计时要庙求基底最捷大应力应章小于地基土承载力，覆即(4.1窑1)式中：公——地冠基承载帖力设计骂值，k误Pa。§4．拔2．5姥抗可滑挡土档墙的稳父定性及但强度验拨算1．挡伐土墙的热稳定性分验算抗滑挡土纵墙的稳定催性验算与籍普通重力岸式挡土墙稠的稳定性超验算相同剃，仅由设窜计推力替旗代主动土关压力。验点算内容包毁括：抗滑笨稳定性验秤算和抗倾赖覆稳定性企验算。2．挡朝土墙截浅面强度饿验算为保证墙洪身的安全坡可靠，要月求挡土墙润墙身应有伍足够的强鹊度。设计核时应对墙磨身截面承规载力进行蓝验算，验疗算的内容驻包括：偏看心压缩承呢载力验算山和弯曲承宰载力验算沾。一般可灶取一、二暗个控制截筑面进行强近度验算。在进行妹抗滑挡鲁土墙设展计时，吼还应注冠意：①若在墙惰后有两层河以上滑动穗面存在时泽，则应视危其活动情菜况，将沿拐各层滑动华面的滑坡约推力绘制跟出综合推尊力图形(叙取各图形刑之包络线写)进行各会项验算，泊特别应注枣意上面中渣央几层滑惨动面处挡锄土墙截面筑的验算。②如原建功挡土墙不总足以稳定笼或已被滑赔坡破坏而竞需要加固豆时，可经明过验算另绩加部分圬保工，使新罚旧墙成一崖整体共同究抗滑。加传固墙的设钥计计算与钓新墙基本定相同，但绝应特别注捕意新旧墙款的衔接与潮截面验算箩，必要时枝可另加钢访筋及其他桐材料，以较保证新旧朵墙联成整滚体共同发问挥作用。③原滑坡拘的滑动面兴受挡土墙伴的阻止后向，应防止始滑动面向币下延伸，鹅致使挡土娱墙结构失晃效，必要毁时，应对迎墙基以下直可能产生刑的新滑动术面进行稳祥定性验算忌。§4．3闹抗滑折挡土墙的书施工§4．3喝．1肝填料选择为保证净抗滑挡崇土墙既安能安全肢正常工齐作，又蠢减少其财断面尺臭度，降普低工程罪造价，勉其墙后据填料的蜓选择也蒜是一项乞重要的仇工作。由土压曲力理论岁知道，剑填土容读重越大洋，土压旦力也越术大；填据土的内砍摩擦角秩越大，舟土压力杂则越小静。因此瓣墙后应临选择容曲重小，躺而内摩饲擦角又壤大的填肢料，一葡般以块榴石、砾防石为好贯。这样泥的填料晶透水性科也强，货抗剪强圾度稳定烫，易排鱼水。因粘性土炕的压实性端和透水性腿都较差，窗并且又常攀具有吸水通膨胀性和产冻胀性，舌产生侧向咬膨胀压力答，影响挡妄土墙的稳帖定性。当乳不得不采辰用粘性土奔作填料时吐，应适当壳加以块石汗或碎石。崭任何时候蛮不能采用糟淤泥、膨妖胀土作墙敏后填料。迹对季节性隙冻土地区坑，不能用春冻胀性材掌料作为填愁料。填土禁必须分层贵夯实，达每到要求强垃度，保证流质量。另外为晴降低工发程造价将，选择升填料时酬，宜就摘近取材桨，充分乡丰利用刷休方减载誓的弃土厘，必要绘时可对酷弃土进腥行改善咐处理，仓以满足茫墙后填纹料的需肢要。§4．卖3．2匀墙在身材料盆选择墙身材料战的选择应冬与抗滑挡捕土墙的结第构型式相精适应。对于重眠力式抗关滑挡土批墙，墙舰身材料体一般采回用条石摊、块石级或块石愉混凝土县或素混肤凝土。闲条石或榜块石应翁质地坚撕实，未鄙风化，樱风化程绞度弱，确强度较璃高，一敢般应选泊择Mu痛30号锈以上的兆条石或侵块石；译采用混战凝土时箭，混凝下土强度猾等级一嫩般不应饰低于C美l5。对于锚疫杆式抗暂滑挡土壁墙、板盛桩式抗疾滑挡土钓墙、竖洒向预应行力锚杆摊式抗滑蜂挡土墙摩等型式吗，其墙淡身材料答最好采缘瑞用混凝卫土或钢娇筋混凝梨土，混著凝土强战度等级丧不宜低腾于C2捡0。对补预应力泊锚杆的潮锚固区择域，其筐混凝土呼等级不笼宜低于窜C30顾，锚固其区域的蝴大小应渴通过计租算合理冒确定，订防止施址加预应云力时锚患固区域谈被压坏绑。对于加筋蹦土抗滑挡槐土墙，其衬墙身材料养一般采用陡级配良好降的砂卵石丢或级配良雕好的碎石逆土作为加歌筋体部分收的填料，小筋带最好畏采用钢塑循复合带，却加筋挡土证墙的面板观宜采用钢拢筋混凝土协面板。§4．箩3．3愉施聚工注意尽事项(1)心抗滑挡详土墙应质尽可能圈在滑坡便变形前变设置，堤或在坡应脚土体年尚未全貌面开挖层前，以凭较陡的蜜临时边劣坡分段键开挖设塘置。根益据施工沉过程中汉建筑物计的受力凯情况，挑施工时登采取“俯步步为课营”分字段、跳金槽、马拴口开挖关，并及港时进行堡抗滑挡帖土墙的应修建。(2)在坡滑坡地段言修建挡土释墙前，应舱事先作好抖排水系统泉，合理编合制施工组粮织设计，温集中施工暑力量，作撕好施工准小备，尽