文繼濤

（自貢市城市規(guī)劃設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，四川 自貢643000）

0 引 言

在中國西南地區(qū)，巖石高邊坡是工程建設(shè)中的主要地質(zhì)環(huán)境和工程載體[1]，受多期構(gòu)造地質(zhì)作用和強烈的河谷動力學(xué)過程，邊坡形成了眾多特殊的變形破裂現(xiàn)象[2]，而受河流下切和地質(zhì)構(gòu)造影響外部影響，巖體風(fēng)化、卸荷和地下水等因素內(nèi)部影響，單斜順層破碎構(gòu)成了該類巖體的主要特征。四川大渡河流域畔的漢源新縣城是該類地質(zhì)條件的典型的代表。對于該類巖質(zhì)地層情況下，重力式擋墻結(jié)構(gòu)設(shè)計基本由抗滑移控制，故做好擋墻的抗滑移構(gòu)造設(shè)計是決定擋墻工程安全、經(jīng)濟的主要因素，為使設(shè)計更加經(jīng)濟合理，在擋墻設(shè)計時對擋墻抗滑移進行了多方案的比選，提出更為合理的技術(shù)措施，為以后類似工程積累經(jīng)驗。

1 模型建立

首先建立以12 m 高的衡重式路肩擋墻為模型，考慮土壓力、場地頂部荷載的工況：土壓力水平分力（EX+EX1）為345.7 kN，土壓力豎向分力（EY+EY1）為178.6 kN，擋墻加衡重臺上填土總重力（W+W1）=828.6 kN，基底摩擦系數(shù)取f=0.5；基底以中風(fēng)化巖石為持力層。

1.1 擋墻基底為水平基底

計算擋墻示意見圖1。

圖1 水平基底衡重式擋墻抗滑計算

滑移力=EX+EX1=345.7 kN，

抗滑移系數(shù)= 抗滑移力/滑移力=503.6/345.7=1.458。

1.2 擋墻基底為傾斜基底

對于帶單向外傾的巖質(zhì)地層往往發(fā)育有一定程度的軟弱結(jié)構(gòu)面，為減小擋墻自重和水平推力在順層方向的分力，避免沿軟弱夾層滑動，擋墻基底傾斜度不宜太陡，經(jīng)驗算取1∶0.1 較合適，即傾斜基底與水平面夾角為5.71°，計算示意見圖2。

圖2 傾斜基底衡重式擋墻抗滑計算示意圖

抗滑移力=[（W+W1+EY+EY1）+（EX+EX1）·tanα]·f=（178.6+828.6+345.7·0.1）·0.5=538.2 kN，

滑移力=EX+EX1-（W+W1+EY+EY1）·tan α=345.7-1 007.2·0.1=245 kN，

抗滑移系數(shù)= 抗滑移力/ 滑移力=538.2/245=2.196。

通過對擋墻基底為水平和傾斜時的抗滑移計算看出,采用傾斜基底可以大大的增加擋墻的抗滑移穩(wěn)定性，故也是目前國內(nèi)擋墻設(shè)計時采取最為廣泛和最為有效的保證措施。

1.3 擋墻基底為臺階基底

根據(jù)漢源新縣城工程地質(zhì)報告：“場地內(nèi)基巖主要為三疊系上統(tǒng)須家河組（T3X）砂巖、頁巖和碳質(zhì)頁巖和奧陶系下統(tǒng)（O1）砂巖夾泥巖，淺表部巖體內(nèi)層間錯動帶局部較發(fā)育，深部微新巖體內(nèi)錯動帶閉合不顯現(xiàn)，中等風(fēng)化下限以上巖體受風(fēng)化卸荷等改造，局部錯動帶弱化形成軟弱夾層，在三疊系砂頁巖中等風(fēng)化巖體內(nèi)為泥夾碎屑型夾層，奧陶系砂巖中等風(fēng)化下限以上局部存在紫紅色泥巖軟弱夾層。擬建場地為順向坡，巖體以薄層～中厚～厚層狀砂巖和泥質(zhì)砂巖為主，巖層傾角在10°～15°，礦物成份以長石、石英為主，次為巖屑及云母碎片，泥質(zhì)膠結(jié)，節(jié)理裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)面可見鐵、錳質(zhì)浸染，所取巖芯大部呈碎塊狀，部份地段有軟弱夾層（泥質(zhì)或泥夾碎屑）存在[3]?！?/p>

由以上地質(zhì)報告內(nèi)容可見，場地的巖土均為單向、傾斜并帶有軟弱結(jié)構(gòu)面的斜坡地層，其巖層傾角在10°～15°。該特殊的地質(zhì)構(gòu)造就決定了實際施工不能達到設(shè)計要求的擋墻基底為水平或傾斜的狀態(tài)。在工程施工過程中由于巖體本身的層狀特性，擋墻基槽很難形成滿足設(shè)計要求的傾斜基底，實際開挖基槽多形成臺階狀，見圖3。由1.2 擋墻基底為傾斜基底計算可以看出，傾斜基底確實為擋墻抗滑移的非常有效措施，但由于單斜地層往往層厚較薄、巖體內(nèi)部節(jié)理裂隙發(fā)育，施工中難以形成逆坡。 臺階基礎(chǔ)衡重式擋墻抗滑計算示意見圖4。

圖3 擋墻基槽開挖后基底圖

圖4 臺階基礎(chǔ)衡重式擋墻抗滑計算示意圖

抗滑移力=（W+EY）·f+ep·h=（828.6+178.6）·0.5+287.3·0.4=618.52 kN，ep=0.5λ（σ1+σ2）tg2（45°+φ/2）=0.5·0.3·（395+243.3）·tg2（45°+15°）=287.3 kN/m，滑移力=EX+W·sin15°=（295.7+828.6·0.259）=510.3 kN，抗滑移系數(shù)= 抗滑移力/ 滑移力=618.52/510.3=1.21。其中：凸榫提供抗力：σ·h=316.9·0.4=126.8 kN，

由于基底為順向坡增加滑移力：W·sin15°=828.6·0.259 =214.5 kN。

上述公式中：h為臺階高度，取0.4 m；λ 為被動土壓力系數(shù)，取0.3；σ1、σ2、σ3分別為墻趾、墻踵、臺階處基底的壓應(yīng)力（kPa）；φ 為臺階處地基土的內(nèi)摩擦角（°），取30°。

1.4 擋墻基底為錨桿基礎(chǔ)

在擋墻基底增加錨桿，既可以增加擋墻基礎(chǔ)抗滑移阻力，同時又可以加固地基多層巖層的整體性。

采用φ25 的錨桿, 沿?fù)鯄S線方向間距1.5 m、共布置4 排，錨入基巖3 m、擋墻1.5 m。故4 根錨桿截面積Ag= 1962.5（mm2）。

錨桿增加的抗滑力：Ng=Agτg/1.5=1962.5·120/（1000·1.5）=157 kN

其總的抗滑力為：（W+EYW）·f+Ng=（178.6+828.6）·0.5+157=660.6 kN,

抗滑移系數(shù)=抗滑移力/滑移力=660.6 /510.3=1.29。

錨桿基礎(chǔ)衡重式擋墻抗滑計算示意見圖5。

1.5 增加基底埋置深度

假設(shè)增加1.5 m 的埋置深度：

抗滑移力=（W+EYW）·f+Ep=（178.6+828.6）·0.5+196.6=700.2 kN，

增加1.5 m 的埋置深度所增加的墻前被動土壓力：

圖5 錨桿基礎(chǔ)衡重式擋墻抗滑計算示意圖

Ep=1/2γh2（h2+2d）tg2（45°+φ/2）= 0.5·25·1.5·（1.5+2·1）·tg2（45°+15°）=196.6 kN/m。

抗滑移系數(shù)=抗滑移力/滑移力=700.2 /510.3=1.37。式中：γ 為地基土容重，取25 kN/m；h2為假設(shè)地面下的埋置深度，取1 m；d為假設(shè)地面的深度，取1 m。

1.6 擋墻基底為臺階加錨桿聯(lián)合基礎(chǔ)

由于臺階式基礎(chǔ)抗滑移穩(wěn)定性不足，擬增設(shè)φ25 的錨桿,沿?fù)鯄S線方向間距1.5 m、共布置2排，錨入基巖3 m、擋墻1.5 m。故2 根錨桿截面積Ag= 981.3（mm2）。

抗滑移力=（W+EY）·f+ep·h+Ng=（828.6+178.6）·0.5+287.3·0.4+78.5=697 kN，

錨桿增加的抗滑力：Ng=Agτg/1.5=981.3·120/（1000·1.5）=78.5 kN

抗滑移系數(shù)= 抗滑移力/ 滑移力=697/510.3=1.37。

上述公式中所有符合意義同前。

臺階加錨桿基礎(chǔ)衡重式擋墻抗滑計算示意見圖6。

2 比較結(jié)果

通過以上計算結(jié)果可得出：

（1）由于于漢源新縣城特殊的地質(zhì)情況，采用水平基底和傾斜基底均很難達到設(shè)計的要求，故不能適用于漢源新縣城單傾地層的地質(zhì)特點。

（2）采用臺階基底時不能滿足規(guī)范要求的抗滑移系數(shù)，若采用增加擋墻重力來解決，則需要增加4 m3毛石混凝土，每延米增加造價18 80 元。

（3）采用φ25 的錨桿,縱向1.5 m，橫向4 排的錨桿基礎(chǔ)時，每延米增加造價1 566 元。

圖6 臺階加錨桿基礎(chǔ)衡重式擋墻抗滑計算示意圖

（4）通過增加基底埋置深度1.5 m 時，每延米增加9.2 m3毛石混凝土，每延米增加4 324 元。

（5）若結(jié)合臺階基礎(chǔ)和錨桿聯(lián)合使用，每延米增加造價僅783 元，取得的經(jīng)濟效益是十分顯著的。根據(jù)對新縣城總長15 km 高度超過12 m 的擋墻統(tǒng)計，采用臺階和錨桿基礎(chǔ)聯(lián)合處理的方式，相對傳統(tǒng)的依靠增加擋墻重力的方式，可以節(jié)約投資約1 600 萬元。

3 結(jié) 論

（1）許多地質(zhì)和設(shè)計人員在現(xiàn)場驗槽工作中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場開挖地質(zhì)情況比原設(shè)計較差時，大多處理方式均是要求下挖，通過本文計算表明，該處理方式值得商榷，由于土壓力隨擋墻高度成平方關(guān)系增加，而被動土壓力所作貢獻僅為10%～30%，增加投資30%～80%。故加深基礎(chǔ)埋深不是較好的方式，建議超挖深度不宜大于2 m。

（2）錨桿基礎(chǔ)不僅可以適當(dāng)增加抗滑力，且可增加抗傾覆力矩，根據(jù)12 m 高衡重式擋墻，基底增設(shè)2 排錨桿的計算結(jié)果：錨桿可增加18%的抗滑移富裕度，增加16%的抗傾覆富裕度，增加地錨后占造價比例僅為4.6%。因此，對于單斜地層應(yīng)推廣使用。

（3）通過對六種基礎(chǔ)處理的技術(shù)經(jīng)濟性比較可以得出：對于一般地質(zhì)情況，采用傾斜基底的經(jīng)濟性和安全性最好，其次為臺階式，加大埋置深度經(jīng)濟效益最差；對于單斜地層, 臺階和錨桿聯(lián)合使用的方式經(jīng)濟性和安全性最好，其次是錨桿基礎(chǔ)式，加大埋置深度的處理方式經(jīng)濟效益任然最差。

4 結(jié) 語

本文是作者根據(jù)漢源新縣城擋墻設(shè)計時的一些體會和總結(jié)，工程設(shè)計中對于處理擋墻抗滑移方式是多樣的，這里不在贅述，但應(yīng)提醒的是擋墻抗滑移方式對于不同地質(zhì)條件均有一定的適應(yīng)性，應(yīng)注意區(qū)分對待，不可盲目套用標(biāo)準(zhǔn)圖集,應(yīng)在實際工程中，結(jié)合工程地質(zhì)情況，選擇較為合理的基礎(chǔ)處理方式。由于作者水平有限，錯誤之處難免，歡迎指正。