汪明玉

中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司 上海 200071

引言

邊坡失穩(wěn)，處理方案多樣，重力式擋墻截面形式多樣，本文提出一種較經(jīng)濟(jì)、受力簡單，性能可靠，便于施工的斷面形式，并對此截面擋墻的抗傾覆穩(wěn)定、抗滑穩(wěn)定、合力偏心矩、墻身截面進(jìn)行檢算，分析擋墻背后土體的應(yīng)力分布規(guī)律，并對相似工況提出參考處理方案。

1 線路既有狀態(tài)

合九線某段，單線區(qū)段，自然地貌山巒起伏，該區(qū)段內(nèi)路塹高度2～4m不等，自然坡率1∶1～1∶1.5，較陡，黏性土體。坡面植被發(fā)育線路斷面如圖1。連續(xù)強(qiáng)降雨造成此區(qū)段路塹邊坡發(fā)生局部溜坍，溜坍土體阻塞水溝正常排水，需進(jìn)行復(fù)舊加固。

2 方案比選

在處理滑坡，坍塌病害時常采用一些加固措施，如改良邊坡或地基的土質(zhì)，設(shè)置支擋建筑物等。改良土質(zhì)由于出土困難、造價高昂等原因不予考慮。支擋結(jié)構(gòu)可以不減少水溝排水截面，同時減少開挖量且收回坡腳，工程經(jīng)濟(jì)合理故考慮采用支擋結(jié)構(gòu)。支擋結(jié)構(gòu)分為重力式擋土墻與輕型擋土墻，像錨桿擋土墻、預(yù)應(yīng)力錨索、抗滑樁等的輕型擋土墻措施考慮到施工復(fù)雜性與造價較貴，本地點采用重力式擋土墻。重力式擋土墻通常有干砌片石、漿砌片石、混凝土及磚等土石圬工建造，不需要復(fù)雜的施工設(shè)備和技術(shù)，造價較低?？紤]施工現(xiàn)場的出土困難與施工效果決定采用線型簡單的梯形直線墻背式重力式擋土墻加固，墻身為片石混凝土,初擬尺寸如圖1[1]。

圖1 初擬尺寸（單位為厘米）

2.1 計算參數(shù)

翻閱相關(guān)資料可知：擋土墻基底與地基間的摩擦系數(shù)f=0.4，地基為黏性土質(zhì)，容許承載力[σ]土=200kN/m2，土體內(nèi)摩擦角φ0=35o，土與墻背間的摩擦角δ=φ0/2 =17.5o，墻后填土重度γ=18.0KN/m3，墻身圬土重度γ=23.0KN/m3，外墻豎直α=0。以a=2m,b=3m為列，擋墻高，墻身截面積S=1.7325m2。

2.2 滑動穩(wěn)定性檢算

已知破裂角公式：

令ψ=φ0+δ-α=35 +17.5 =52.5o故tanψ=1.3

水平方向分力：E x=Eacos(δ-α)=18.05KN/m

豎直方向分力：E y=Easin(δ-α)=5.69KN/m

2.3 抗滑穩(wěn)定性檢算

墻身自重：G=1.7325 ×23 = 39.8475(kN/m)，設(shè)被動土壓力Ep=0，則：

在不考慮被動土壓力的情況下，所擬尺寸不滿足抗滑穩(wěn)定性要求，故將基底傾斜，令tanα00.2。由于擋墻高H的變化，故極限破裂角發(fā)生變化按上述方法得出：tanθ=0.805，Ea=22.47KN/m，Ex=21.43KN/m，Ey=6.75KN/m。

2.4 計算修改尺寸后的擋墻抗傾覆穩(wěn)定性檢算

抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)0K為穩(wěn)定力矩之和，與傾覆力矩之和的比值。即：

傾覆穩(wěn)定性系數(shù)：

2.5 合力偏心距及基底應(yīng)力檢算

基地應(yīng)力不允許超過地基容許承載力。為避免擋土墻發(fā)生顯著不均勻沉降，還應(yīng)控制作用于墻基底的合力偏心距：

其中：

e—基底合力的偏心距（m）：當(dāng)為傾斜基底時，為傾斜基底合力的偏心距，土質(zhì)地基不應(yīng)大于B/6，巖石地基不應(yīng)大于B/4；

B—基底寬度（m），傾斜基底為其斜寬；

Zn—作用于基底上的垂直分力對墻趾的力臂（m）；

∑N—作用于基底的總垂直力（KN）[2]。

當(dāng)為傾斜基底時，作用于其上的總垂直力為：

基底應(yīng)力：

2.6 擋土墻墻身H/2截面強(qiáng)度檢算（如圖3）

圖3 墻身H/2土壓應(yīng)力圖

2.6.1 法向應(yīng)力檢算。墻身H/2截面處距墻頂1.05米處應(yīng)力：

擋墻上半部分所受到的主動土壓力：

當(dāng) 時，墻身圬工出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過容許值時，壓應(yīng)力應(yīng)按三角形重新分布計算。

2.6.2 剪應(yīng)力計算。

所擬定的擋土墻尺寸滿足穩(wěn)定要求。按以上計算方法，不同的坡長按上述計算方法得出的結(jié)果如下：

對于不同坡率擋墻的計算結(jié)果如下：

表2 不同坡率對應(yīng)的檢驗系數(shù)

從表1可以看出對于1:1.5的坡率，此擋墻尺寸各種檢算系數(shù)符合要求。從表二可以看出對于陡于1:1.5邊坡有失穩(wěn)風(fēng)險，施工時應(yīng)刷坡至坡度緩于1:1.5，同時運(yùn)出棄土。故此段邊坡溜坍位置擋墻可以采用圖示尺寸，并預(yù)埋排水管同時設(shè)置10cm厚碎石反濾層防止土體流失造成坡體空洞。重做60cm寬、30cm厚漿砌片石溝底。方案如圖4所示。按以上所設(shè)計的擋墻在經(jīng)過兩個雨季的使用后效果良好[3]。

表1 坡度1:1.5時不同坡長對應(yīng)的檢驗系數(shù)

圖4 采用尺寸

根據(jù)圖2可以看出當(dāng)a持續(xù)延長至σ1=σH時，出現(xiàn)圖5應(yīng)力圖b，并通過如下方程可求得a、b值如下：

圖5 土壓應(yīng)力圖b

即當(dāng)a=6.2m，b=9.3m開始，隨著a的增加擋土墻上的主動土壓力不再變化。

3 結(jié)束語

對于邊坡坡率較陡發(fā)生溜坍的地段，擋墻的設(shè)置可以減少開挖量并收坡至1：1.5以上，并且坡率越緩擋墻越穩(wěn)定。

從上述結(jié)論中雖然看出隨著坡長的增加，擋墻尺寸均滿足各種理論數(shù)據(jù)的檢算，并且坡長增大至一定程度，應(yīng)力不再變化。但是在實際自然環(huán)境中，隨著時間的變遷，雨水對邊坡長時間的浸泡造成土體內(nèi)摩擦角變小，易造成邊坡溜坍。故針對長邊坡，通常設(shè)置天溝將水流引開防止雨水浸泡土體，設(shè)置漿砌片石護(hù)坡與拱柱拱圈防止水流沖刷維持邊坡整體穩(wěn)定性。對于超長邊坡還可以通過刷方減載設(shè)置多次平臺的方式穩(wěn)固土體。同時應(yīng)在擋墻中埋設(shè)排水管防止雨水截留在土體中。

從表1數(shù)據(jù)中可以看出C20片石砼擋墻墻身截面檢算安全余量較大，在石材豐富的地區(qū)，考慮到工程經(jīng)濟(jì)型經(jīng)過檢算可以選取漿砌片石擋墻代替C20片石砼擋墻。

在山區(qū)鐵路中路塹與路堤的路基斷面形式經(jīng)常出現(xiàn)。在建設(shè)開挖后邊坡大面積暴露在大氣中，受水和溫度變化等自然因素的影響，極易招致失穩(wěn)，同時大量棄土可能無法安置，此時可在邊坡的坡腳修建擋墻，減少土方開挖，陡坡上的路堤，在下坡一側(cè)要收縮路堤邊坡，此時可在邊坡的坡腳設(shè)置擋土墻，承受山體壓力，減少開挖量或收回坡腳，使工程經(jīng)濟(jì)合理。