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(jiǎn)單，性能可靠，便于施工的斷面形式，并對(duì)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(duì)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(shí)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(jià)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(shí)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(jià)較貴，本地點(diǎn)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(jià)較低?？紤]施工現(xiàn)場(chǎng)的出土困難與施工效果決定采用線型簡(jiǎn)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(jì)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(dòng)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(dòng)土壓力Ep=0，則：

在不考慮被動(dòng)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(jì)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(shí)，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(duì)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(shí)，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(dòng)土壓力：

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

2.6.2 剪應(yīng)力計(jì)算。

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

對(duì)于不同坡率擋墻的計(jì)算結(jié)果如下：

表2 不同坡率對(duì)應(yīng)的檢驗(yàn)系數(shù)

從表1可以看出對(duì)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(duì)于陡于1:1.5邊坡有失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，施工時(shí)應(yīng)刷坡至坡度緩于1:1.5，同時(shí)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(shí)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(jì)的擋墻在經(jīng)過兩個(gè)雨季的使用后效果良好[3]。

表1 坡度1:1.5時(shí)不同坡長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的檢驗(yàn)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(zhǎng)至σ1=σH時(shí)，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(dòng)土壓力不再變化。

3 結(jié)束語

對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)增大至一定程度，應(yīng)力不再變化。但是在實(shí)際自然環(huán)境中，隨著時(shí)間的變遷，雨水對(duì)邊坡長(zhǎng)時(shí)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(duì)長(zhǎng)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(duì)于超長(zhǎng)邊坡還可以通過刷方減載設(shè)置多次平臺(tái)的方式穩(wěn)固土體。同時(shí)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(shí)大量棄土可能無法安置，此時(shí)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(shí)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。