自平衡复合式挡土墙结构及其在边坡治理中的应用

王程 杨巍

摘 要：自平衡复合式挡土墙由斜桩、仰斜式挡土墙、面板等构件组成。工作原理：仰斜式挡土墙用自重产生弯距，以抵消土坡横推力对斜桩产生的弯距。

关键词：斜桩；仰斜式挡土墙；复合挡土墙

一、前言

邯郸西部是山区地形，在山区建设中，房屋、道路、铁路、桥梁等各种土木工程建设都少不了边坡支护工程。如何使边坡工程既安全又经济，是一个亟待解决的问题。本文正是针对这种情况，试图提出一种新型的自平衡复合式挡土墙的设计方法，以降低工程造价，提高工程施工效率。

二、结构型式及特点[ 1 ] [ 2 ]

自平衡复合式挡土墙由斜桩、仰斜式挡土墙、面板等构件组成，斜桩和仰斜式挡土墙组成承载体系，面板为构造体系。自平衡复合式挡土墙的工作原理：仰斜式挡土墙用自重产生弯距，以抵消土坡横推力对斜桩产生的弯距；面板主要是围护桩间土体，使其不致塌落，以保持墙面美观；桩斜置和采用仰斜式挡土墙主要为增大力臂，使结构自身产生足够的弯距，抵消土坡横推力对结构产生的弯距。它大大减少了支护结构所耗材料，降低了施工难度，有十分明显的经济价值和综合效果。

三、工程实例

某小区回迁安置房共分A、B两栋，房屋层数均为9层。安置房南侧为公路，北侧为几栋新建居民楼。安置房与北侧居民楼距离较近，中间为一较高土坡，并无道路相通。根据建筑消防规范的要求，须紧靠安置房在东北两侧修建一条消防通道，但由于安置房建于一斜坡上，使其北侧形成较高且较松散的土质边坡。为修建该消防通道，并保证其正常使用，须对该土质边坡进行支护。

（一）支护工程场地地质环境特征

场地总体属剥蚀浅丘斜坡地貌，地表高程55.46～68.52m，最大相对高差13.06m，原始地形总体向北东倾斜，无断层通过，地质构造简单。场地范围内大部分被填土及残坡积土层覆盖。场地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g。场地内地形起伏较大，因人工开挖形成较高的岩土混合边坡，属于抗震不利的地段。该场地为Ⅱ类场地。场地现状基本稳定，在人工边坡处土体有局部滑塌，不良地质作用不发育，未见滑坡、崩塌及危岩等地质灾害，场地内不存在对工程不利的埋藏物。

场地水文地质条件简单，未见地表水体和地下水露头，地下水位深度在3.6～7.0m，根据地质条件及相邻场地水质检测结果判断，地下水对混凝土无腐蚀性。

岩土物理力学指标：1）素填土：天然重度取17kN/m3（经验数据）。2）粘性土：天然重度取19.5kN/m3；极限地基承载力标准值为348kPa；粘聚力C取35kPa，内摩擦角取14.8°。3）强风化粉砂质泥岩：天然重度取19.5kN/m3；地基承载力标准值为400kPa。4）中风化粉砂质泥岩：天然重度取20kN/m3；地基承载力标准值为3.12MPa。

（二）工程地质评价

该拟建场地为一小丘坡，场地狭窄，地形地貌复杂，边坡长约200m。按设计标高整平后，将形成5～11m的土质填方边坡，经计算边坡稳定性系数Ks平均值小于1.0，不稳定，因此必须进行支护。

总体来看，场地的稳定性较好，无不良地质作用，地质环境基本未受破坏，局部出现上部土体坍塌，水文地质条件简单，地下水对拟建工程无影响，岩石地基稳定，基本适宜拟建工程项目的建设。

（三）前期设计情况

某设计公司对边坡采取的主要支护方案为：桩板挡土墙结构。该工程场区土层较厚，边坡较高，土压力很大，同时，因为桩板挡土墙结构自身的特点，桩类似于悬臂梁，边坡水平推力对结构产生的剪力和弯距主要由桩截面和其配筋来承担，因而造成桩截面过大（1500×3000mm），配筋过多（66φ25+10φ20+18φ16），嵌岩深度过深（嵌入中风化岩层8.8m）。综上所述，对该边坡采用桩板挡土墙结构势必会引起该工程造价高，施工周期长，施工难度大等不利影响。

（四）采用自平衡复合式挡土墙方案[ 3 ] [ 4 ]

在规划消防车道外边缘设置自平衡复合式挡土墙，其中抗滑桩间距5m，桩径1000×1500mm，经计算桩身配置纵向钢筋15φ25，桩嵌入中风化岩层2m，重力式挡墙平均厚度1.9m，高6.8m，该边坡抗滑桩根数共计11根。

对比原设计方案（悬臂式抗滑桩挡墙），由于自平衡复合式挡土墙自身的特点，重力式挡土墙在自身重力的作用下，使得抗滑桩嵌固端处总的弯距、剪力减小，因此，桩截面尺寸、桩身配筋及嵌岩深度都相应减小，工程造价显著降低。

（五）效益评估

1.经济效益

经济效益主要是由降低工程成本获得的，降低工程成本体现在两个方面：一方面节省了支护结构直接成本费用，另一方面是缩短工期所节省的费用和降低施工技术难度所节省的费用。以该工程为例，原设计采用桩板挡土墙结构，其造价为167.63万元；采用自平衡复合式挡土墙结构的造价仅为55.44万元。采用自平衡复合式挡土墙比桩板挡墙节约工程造价60%～70%。

2.社会效益

社会综合效益可体现如下：该工程采用自平衡复合式挡土墙在保证结构安全稳定的同时，降低了施工难度，缩短了施工周期，加快了回迁小区的基础工程建设，并将因施工对周围居民的影响降到了最低。

四、结语

由于自平衡复合式挡土墙降低了高大土坡支挡设计的技术难度和工程造价，使该种支挡结构可普遍地应用于高填土和大挖方边坡工程中， 这对于提高城市建设和地质灾害治理的速度具有十分重要的意义；自平衡复合式挡土墙可望发展成为一种安全可靠，成本低，施工简便，易于普及的挡土结构型式，其应用前景十分广阔。

参考文献：

[1] 黄求顺，张四平，胡岱文.边坡工程.重庆大学出版社，2003.

[2] 崔政权，李宁.边坡工程——理论与实践最新进展.中国水利水电出版社，1999.

[3] 雷晓燕.岩土工程数值计算.中国铁道出版社，1999.

[4] 尉希成.支挡结构设计手册.中国建筑工业出版社，1995.

作者简介：王程（1981-），男，辽宁阜新人，2006年毕业于辽宁工程技术大学，现在中煤天津设计工程有限责任公司从事结构设计工作。