抗滑挡土墙

4边坡工程防治技术—抗滑挡土墙设计与施工减滑工程1概述滑坡整治工程通过排除地表水工程(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，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。常用的抗滑工程主要有抗滑挡土墙和抗滑桩等。抗滑工程1.1抗滑挡土墙的类型、特点和适用条件抗滑挡土墙是依靠挡墙的自身重量来抵抗滑坡体的推力。一般情况下，挡墙设在滑坡体的前缘或坡脚部位。要求挡墙有足够的进入稳定基岩的深度，以确保在挡墙根部不会产生新的滑动面而失去抗滑作用，同时要保证不会产生越过墙顶的滑体。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。重力式抗滑挡土墙结构形式锚杆式抗滑挡土墙加筋土抗滑挡土墙板桩式抗滑挡土墙浆砌条石抗滑挡土墙材料混凝土抗滑挡土墙钢筋砼抗滑挡土墙加筋土抗滑挡土墙1.类型应根据滑坡的性质、类型、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。重力式抗滑挡土墙墙背倾斜仰斜式挡土墙直立式挡土墙衡重式挡土墙俯斜式挡土墙其它组合式挡土墙常用抗滑挡土墙的断面形式俯斜式挡墙仰斜式挡墙直立式挡墙衡重式挡墙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1:0.3～1:0.5，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(逆坡)，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1～2m宽的衡重台或卸荷平台。2.特点及适用条件用抗滑挡土墙整治滑坡，对于小型滑坡(5m)，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。1.2抗滑挡土墙的设计程序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，而宜采用其它抗滑整治措施（如抗滑桩等）。对于多级滑坡或滑坡推力较大时，可分级布设抗滑挡土墙。2.1抗滑挡土墙上力系分析与荷载确定通常将作用于抗滑挡土墙上的力系分为基本力系和附加力系。基本力系是指由滑坡体和抗滑挡土墙本身产生的下滑力和阻滑力，它与滑体的大小、容重、滑动面形状和滑面(带)的抗剪强度指标c、φ值等因素有关。附加力系是作用于抗滑挡土墙上除基本力系外的其他力，主要包括：2抗滑挡土墙的设计计算力系分析（1）作用于滑体上的外加荷载：如：建筑物自重、汽车荷载等；（可加入自重中）（2）对于水库岸坡，水库蓄水时滑体有水，且与滑带水连通时，应考虑的动水压力和浮力；（3）滑体两端有贯通主滑带的充水裂隙，则应考虑裂隙水对滑体的静水压力；（4）其他偶然荷载：如地震力和其他特殊力。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。如果滑动面为单一平面时，滑坡推力为式中：E—滑坡体下滑力，kN；W—滑坡体重，kN；α—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；φ—滑动面土的内摩擦角；K—安全系数。sin(costan)EKWWcL如果滑动面为折面，根据第i条块的受力情况，剩余下滑力为1111cos()[sin()]taniiiiiiiiiiiiEKTENEcL式中：Ei—第i条块的剩余下滑力，kN；Ti—第i条块自重Wi的切向分力，kN；Ni—第i条块自重Wi的法向分力，kN；αi—第i条块滑动面的倾角；ci—第i条块滑动面土的粘聚力，kPa；φi—第i条块滑动面土的内摩擦角；Li—第i条块滑动面的长度，m。siniiiTWcosiiiNW1(tan)iiiiiiiiEKTNcLE11cos()sin()taniiiiii当Ei为正值时，说明滑坡体有下滑力，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，即下条块计算时按上一条块的推力为零考虑；Ei为零时，第i条块以上滑坡体也是稳定的。计算断面中有反坡时，由于滑动面倾角为负值，因而分块Wisinαi也为负值，即它已不是下滑力，而是抗滑力了。在计算推力时，Wisinαi项就不应乘安全系数K。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。即，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。由于一般情况下，滑坡推力较主动土压力大，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，以有利于抗滑挡土墙自身的稳定。故抗滑挡土墙墙面坡度常采用1:0.3～1:0.5，甚至缓至1:0.75～1:1，其基底常做成反坡(倒坡、逆坡)或锯齿形，有时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，还在墙后设置1～2m宽的衡重台或卸荷平台。在平面上，抗滑挡土墙一般应布置在滑坡前缘滑床平缓处。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2.抗滑挡土墙高度的拟定抗滑挡土墙的高度如果不合理的话，尽管它使滑坡体原来的出口受阻，但滑坡体可能沿新的滑动面发生越过抗滑挡土墙的滑动。因此，抗滑挡土墙的合理墙高应保证滑坡体不发生越过墙顶的滑动。合理墙高可采用试算的方法确定(如图所示)，先假定一适当的墙高，过墙顶A点作与水平线成(45o-φ/2)夹角的直线，交滑动面于a点，以Sa、Aa为最后滑动面，计算滑坡体的剩余下滑力。然后，再自a点向两侧每隔5°作出Ab、Ac和Ab′、Ac′…等虚拟滑动面进行计算，直至出现剩余下滑力的负值低峰为止。若计算结果为剩余下滑力为正值时，则说明墙高不足，应予增高；当剩余下滑力为过大的负值时,则说明墙身过高，应予降低。如此反复调整墙高，经几次试算直至剩余下滑力为不大的负值时，即可认为是安全、经济、合理的挡土墙高度。2.3地基强度验算抗滑挡土墙的基底应力、合力偏心距及地基强度验算与普通重力式挡土墙的验算相同。max/min61kVeBB6Bemax23kVmin06Be式中：σmax/σmin—分别表示基底的最大和最小应力，kPa；B—表示墙底宽度，m；Vk—表示作用在基底面上的竖向合力标准值，kN；e—表示作用在基底面上的竖向合力标准值作用点的偏心距，m；ξ—合力作用点与墙前趾的距离，m；MR—竖向合力标准值对墙底面前趾的稳定力矩，kN.m；MO—倾覆力标准值对墙底面前趾的倾覆力矩，kN.m。ROkMMVσγ—地基承载力设计值，kPa设计时要求基底最大应力应小于地基承载力，即max在通常情况下，滑坡推力一般大于主动土压力，但对于一些中小型滑坡，有可能出现主动土压力大于滑坡推力的情况。因此在抗滑挡墙设计时，除计算滑坡推力外，还应计算支挡部位的主动土压力，在两者之间取其大值进行抗滑挡墙的验算。2.4抗滑挡土墙的稳定性及强度验算作用在挡土墙上的土压力1.静止土压力合力如果挡土墙静止不动，在土压力的作用下不向任何方向发生移动或转动（墙后土体处于弹性平衡状态），此时作用在墙背上的土压力称静止土压力合力。0E刚度很大的挡土结构如果建筑在坚硬的岩基上(如岩基上的重力式挡土墙)，或由于结构构造特点使墙身在土压力作用下不能移动和转动(如连底的船闸、涵洞的边墙等)，墙身变形极小，墙后填土的变形也极小。2.主动土压力合力aE如果挡土墙向离开土体方向移动或转动，墙后土压力逐渐减小。当位移达到一定值时，墙后土体即将出现滑裂面（墙后填土处于主动极限平衡状态），此时作用在墙背上的土压力称为主动土压力合力。3.被动土压力合力PE挡土墙在外力作用下，向墙背方向移动或转动时，墙挤压土体，墙后土压力逐渐增大，当达到某一位移量时，土体即将上隆（墙后土体处于被动极限平衡状态），此时土压力达到最大值，该土压力称为被动土压力合力。相同条件下0EPE＜aE＜土压力系数与墙变位的关系朗肯土压力理论朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土体极限平衡理论建立的，即将土中某一点的极限平衡条件应用到挡土墙的土压力计算中，其基本假设为：(W.J.M.Rankine,1857)1）挡土墙是无限均质土体的一部分；2）墙背垂直光滑；3）墙后填土面是水平的(也可是倾斜平面)。在墙无任何位移的情况下，K值约为0.40，称为静土压力系数，用K0表示。填土可视为半无限弹性体1.静止土压力及合力zk00静止土压力系数K0值土类砂土轻亚粘土亚粘土粘土K00.43～0.540.54～0.670.67～0.820.82～1.0020012EHK4522.主动土压力及合力当挡土墙移离土体，土中发挥的剪应力使土压力降低，K值下降，直至土的抗剪强度全部发挥出来，土体发生剪切破坏，达到朗肯主动状态，而K达到Ka，称主动土压力系数。较为常见。245tan2245tan231c245tan2245tan213c245tan231245tan2133aa2aaazkck2tan452akaazk粘性土：无粘性土：——主动土压力,单位为（kPa）；c——填土的粘聚力，单位为（kPa）；ak——主动土压力系数，；——填土的内摩擦角，单位为（°）。02aczk粘性土主动土压力包括两部分：一部分是由粘聚力引起的负侧压力（△ade），一部分是由土的自重引起的正侧压力（△abc）。0122aaaEHzHkck221222aacHkcHkaE通过三角形压力分布图abc的形心，即作用在离墙底3/0zH0122aaaEHzHkck221222aacHkcHk无粘性土的主动土压力与z成正比，沿墙高的土压力是三角形分布。Ea的作用点通过三角形压力分布图ABC的形心，距墙底H/3处。21122aaaEHkHHk当无粘性土的填土表面为倾斜平面时(其倾角为β)，主动土压力σa可按下式计算：上式算得的σa系作用于过墙踵的铅直截面上，z为在此截面上的填土表面至考察点的距离(即深度)，σa的方向假定与填土面平行。2222coscoscoscoscoscoscosaz若墙背倾斜，可从墙踵作一竖线与填土表面相交，可将此认为是虚设的垂直光滑的挡土墙墙背，求出AC面上的主动土压力E1，而后按静力平衡条件计算作用在实际倾斜墙背上的土压力。ABCE1EaG若水平填土表面有局部均布超载。()2aaazqkck45o+φ/2q45o+φ/2q∞3.被动土压力及合力当挡土墙受到被动土压力作用时，墙后一定范围内填土达到被动极限平衡状态。为使土中产生被动破坏状态需要有很大的位移，而当位移达到这种数量时，往往己为建筑物的安全所不能允许。245tan2245tan231c245tan2245tan213c245tan231245tan2131Ppk2pppzkckppkz粘性土：——为朗肯被动土压力系数；p——被动土压力,单位为（kPa），其余符号同前。无粘性土：2122PPPEHkcHk2tan(45)2Pk无粘性土的被动土压力合力作用点距墙