10挡土墙及支撑加固

第九讲挡土墙及支撑加固边坡防护技术讲义§4.1概述4.1.1抗滑挡土墙及其应用1.抗滑挡土墙是一种能够抵抗侧向土压力，防止墙后土体坍塌和增加其稳定性的建筑物。2.抗滑挡土墙作用抗滑挡土墙是目前边坡支护和处治中小型边坡中应用最为广泛而且较为有效的措施之一。抗滑挡土墙的主要作用就是稳定边坡，适用于牵引式滑坡(因挖去山坡坡脚失去支撑而引起的滑坡)。在交通工程中，抗滑挡土墙可用以支撑路堤或路堑边坡、隧道洞口，同时防止水流冲刷路基，同时也常用于处理路基边坡滑坡崩塌等路基病害。尤其广泛应用于山区边坡。§4.1概述4.1.1抗滑挡土墙及其应用3.抗滑挡土墙具体作用：公路上常用的挡土墙，按其设置的位置，也有其他称呼：路肩墙、路堤墙、路堑墙、山坡墙等。1)路肩墙；2)路堤墙——路肩墙或路堤墙设在高填路堤或陡坡路堤的下方，可以收缩路堤坡脚，减少填方数量，减少拆迁和占地面积，防止路基边坡或基底滑动，保证路堤稳定。3)路堑墙——设置在堑坡底部，主要用于支撑开挖后不能自行稳定的边坡，可降低挖方边坡的高度，减少挖方数量，防止陡坡路堤下滑，避免山体坍塌。4)山坡墙——设置在堑坡上部，用于支挡山坡上可能坍滑的覆盖层或破碎岩层，有的建有拦石作用。§4.1概述4.1.2抗滑挡土墙分类及选择1.挡土墙分类按结构型式分：1)重力式挡土墙；2)锚杆式挡土墙；3)加筋土挡土墙；4)板桩式挡土墙；5)竖向预应力锚杆式滑挡土墙。按结构型式分：1)浆砌条石(块石)挡土墙；2)素混凝土挡土墙；3)钢筋混凝土挡土墙；4)加筋土挡土墙。2.挡土墙种类的选择应根据滑坡的性质、类型(间断性还是连续性、单一性还是复合式、浅层还是深层)、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，以期达到即能治理滑坡，同时还能降低整治工程的建设费用。§4.1概述4.1.2抗滑挡土墙分类及选择采用抗滑挡土墙整治滑坡，对于小型滑坡，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。其优点是山体破坏少，稳定滑坡收效快。尤其对于由于斜坡体因前缘崩塌而引起大规模滑坡，抗滑挡土墙会起到良好的整治效果。但在修建抗滑挡土墙时，应尽量避免或减少对滑坡体前缘的开挖，必要时，可设置补偿形抗滑挡土墙与滑坡体前缘土坡之间填土，如图4.1所示。§4.1概述4.1.3抗滑挡土墙构造挡土墙一般由墙身、基础、排水设施、变形缝等几部分组成。1.墙身墙身包括墙背、墙面、墙顶和护栏四部分，墙身形式可见图4.2。墙顶的最小宽度不小于500mm。2.基础挡土墙的基础一般采用天然地基，基础埋深应按地基的性质、承载力要求、冻胀影响、地形、水文地质条件等确定。基底埋深应大于1.0m。§4.1概述4.1.3抗滑挡土墙构造3.排水设施挡土墙应设置排水设施，以疏干墙后填料中的水分，防止墙后积水导致墙身承受额外的静水压力。挡土墙后的排水是十分重要的。4.变形缝当有可能发生地基不均匀沉降而引起墙身开裂时，挡土墙应设置沉降缝；同时为了减少圬工砌体因收缩硬化和温度变化而产生裂缝，挡土墙也应设置温度缝。沉降缝和温度缝往往设置在一起，自墙顶做到墙底。§4.1概述4.1.4抗滑挡土墙特点1.受力特点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不仅是主动土压力，主要的还是滑坡体的剩余下滑推力。一般情况下滑坡的剩余推力较大，对于滑体刚度较大的中厚层滑坡体压力的分布图形于矩形，推力的方向与滑移面层平行，合力作用点位置较高，位于滑面以上l／2墙高处。而主动土压力的合力作用点一般位于滑面以上l／3墙高处。因此，一般情况下，滑坡推力较主动土压力对挡土墙影响大。§4.1概述4.1.4抗滑挡土墙特点2.形状特点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l∶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，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l～2m宽的衡重台或卸荷平台。抗滑挡土墙的主要功能是稳定滑坡。因滑坡型式的多种多样，滑坡推力的大小也因滑坡的型式、规模和滑移面层的不同而不同。抗滑挡土墙结构的断面形式应因地适宜而采用和设计，而不能像一般挡土墙那样采用标准断面。工程中常用的抗滑挡土墙断面形式如图4．2所示。§4.1概述4.1.4抗滑挡土墙特点§4.1概述4.1.5抗滑挡土墙的布置抗滑挡土墙的布置应根据滑坡位置、类型、规模、滑坡推力大小、滑动面位置和形状，以及基础地质条件等因素，综合分析来进行，一般其布置原则如下：1)对于中、小型滑坡，一般将抗滑挡土墙布设在滑坡前缘。2)对于多级滑坡或滑坡推力较大时，可分级布设抗滑挡土墙。3)对于滑坡中、小部有稳定岩层锁口时，可将抗滑挡土墙布设在锁口处，如图4．3所示，锁口处以下部分滑体另作处理，或另设抗滑挡土墙等整治工程。§4.1概述4.1.5抗滑挡土墙的布置4)当滑动面出口在构筑物(如公路、桥梁、房屋建筑)附近，且滑坡前缘距建筑物有一定距离时，为防止修建抗滑挡土墙所进行的基础开挖引起滑坡体活动，应尽可能将抗滑挡土墙靠近建筑物布置，以便墙后留有余地填土加载，增加抗滑力，减少下滑力。5)对于道路工程，当滑面出口在路堑边坡上时，可按滑床地质情况决定布设抗滑挡土墙的位置；若滑床为完整岩层，可采用上挡下护办法。若滑床为不宜设置基础的破碎岩层时，可将抗滑挡土墙设置于坡脚以下稳定的地层内。6)对于滑坡的前缘面向溪流或河岸或海岸时，抗滑挡土墙可设置于稳定的岸滩地，并在抗滑挡土墙与滑坡体前缘留有余地，填土压重，增加阻滑力，§4.1概述4.1.5抗滑挡土墙的布置减少抗滑挡土墙的圬工数量，降低工程造价；或将抗滑挡土墙设置在坡脚，并在挡土墙外进行抛石加固，防止坡脚受水流或波浪的浸蚀和淘刷。7)对于地下水丰富的滑坡地段，在布设抗滑挡土墙前，应先进行辅助排水工程，并在抗滑挡土墙上设置好排水设施。8)对于水库沿岸，由于水库蓄水水位的上升和下降，使浸水斜坡发生崩塌，进而可能引起的大规模的滑坡，除在浸水斜坡可能崩塌处布设抗滑挡土墙外，在高水位附近还应设抗滑桩或二级抗滑挡土墙，稳定高水位以上的滑坡体；或根据地形情况及水库蓄水水位的变化情况设置2～3级或更多级抗滑挡土墙。§4.1概述4.1.6抗滑挡土墙实例§4.1概述4.1.6抗滑挡土墙实例§4.1概述4.1.6抗滑挡土墙实例4.1.7支撑加固支撑加固主要用于加固危岩。支撑就是在凹崖腔内采用条石砌体或钢筋混凝土墙或柱进行支撑，以承受危岩体的重力，从而减少危岩中的剪切力，使危岩得以稳定。同时可将凹崖腔封闭，减缓凹崖腔的风化进程。支撑加固常用于危岩即将掉落处，或者是竖向位移即将发生的地方，是一种简单而又有效的处置这类边坡的稳定措施。§4.1概述§4.2挡土墙压力4.2.1抗滑挡土上的力系抗滑挡土墙上的力可分为基本力系和附加力系。1.基本力系基本力系是指由滑坡体和抗滑挡土墙本身的下滑力和阻滑力，它与滑体的大小、重量、滑动面形状和滑面的抗剪强度指标c、φ有关。2.附加力系附加力系是作用于抗滑挡土墙上除基本力系外的其他力系，包括：1)滑坡体的荷载(如建筑物自重、汽车荷载)；2)水库岸坡等地带的滑坡，应考虑动水压力和浮力；3)滑坡体内贯通主滑动面的裂隙水对滑坡体的静水压力；4)其他偶然荷载(如地震作用、爆炸荷载)。§4.2挡土墙压力4.2.2抗滑挡土墙上的基本力系作用在抗滑挡土墙上的基本力系，一是挡土墙提供的阻滑力，二是挡土墙上的侧压力。挡土墙上的侧压力为主动土压力或滑坡推力，二者在力的大小、方向、分布和合力作用点等方面都不一样，挡土墙设计时，需要依实际情况选择。1.力的大小作用在普通挡土墙上的土压力，是按库伦理论或朗金理论来计算，其破裂面与土压力的大小均随墙高和墙背形状的变化而变化。作用在抗滑挡土墙上的滑坡推力则在已知滑动面(如直线、折线或圆弧滑动面等)的情况下按剩余下滑力法来计算。一般情况下，滑坡推力远大于挡土墙上的主动土压力。§4.2挡土墙压力4.2.2抗滑挡土墙上的基本力系2.力的方向普通土压力的方向与墙背法线成δ角(墙背摩擦角)，它与墙背的形状及粗糙程度有关；对于朗金土压力来说，则与墙顶填土(或土体)表面平行。滑坡推力的方向与墙后滑动面(带)有关，并认为与紧挨墙背的一段较长滑动面平行。3.力的分布及合力作用点普通土压力为一般三角形分布，其合力作用点在墙踵以上1／3墙高处(如有车辆荷载作用或路堤墙，土压力为梯形分布)。滑坡推力分布和作用点则与滑坡的类型、部位、地层性质、变形情况等因素有关。§4.2挡土墙压力4.2.2抗滑挡土墙上的基本力系1)当滑坡体为粘聚力较大的土层时，滑坡推力分布近似为矩形；2)当滑坡体为以内摩擦角为主要抗剪特性的堆积体时，滑坡推力分布近似为三角形；3)介于以上两种情况之间，滑坡推力分布可近似假定为梯形。由于抗滑挡土墙滑坡推力具有以上分布特征，因此其合力作用点比普通土压力的合力作用点高，一般位于滑面以上l／2墙高处，且推力的方向与滑移面层平行。§4.2挡土墙压力4.2.3滑坡推力的计算滑坡推力的计算是在已知滑动面形状、位置和滑动面上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。计算滑坡推力时，做了下面的假定：1)滑坡体是不可压缩的介质，不考虑滑坡体的局部挤压变形；2)块间只传递推力不传递拉力；3)块间作用力(推力)以集中力表示，方向平行于前一块滑动面；一.计算方法与假定§4.2挡土墙压力4.2.3滑坡推力的计算4)垂直于主滑动方向取1m宽的土条作为计算单元，忽略土条两侧的摩阻力；5)滑坡体的每一计算块体的滑动面为平面，并沿滑动面整体滑动。在以上假定下进行计算。计算时，根据滑动面的变坡点和抗剪强度指标变化点，将滑坡体分为若干条块，然后从上到下逐块计算剩余下滑力，最后一块的下滑力就是滑坡推力。如右图所示分块。§4.2挡土墙压力4.2.3滑坡推力的计算见右图示，某滑动面为单一平面时，滑坡体上的力系如图所示，按照力的平衡条件，滑坡体上的滑坡推力E为：二.单一滑面cLWKWEtancossin三.圆弧滑面圆弧滑动面的滑坡推力采用条分法计算，如瑞典圆弧法或简化毕肖普(Bishop)法。§4.2挡土墙压力4.2.3滑坡推力的计算当滑动面如左上图(图4.7)为折线面时，其第i条块的受力情况如右上图(图4.8)所示，按照力的平衡条件，其剩余下滑力E为：四.折线滑面cLENEKTEiiiiiiiiitansincos1111§4.2挡土墙压力4.2.3滑坡推力的计算1.计算步骤按划分的条块，利用下面不平衡推力传递系数法的公式，从上到下逐块计算剩余下滑力，算到最后一块，则最后一块的下滑力就是滑坡推力。五.用不平衡推力传递系数法计算折面iiiii11sincosiiiiiiEcLNKTE1tan其中iiiiiiiEcLWKW1tancossin当Ei为正值时，说明滑坡体有下滑推力，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；Ei为零时，第i条块以上滑坡体也是稳定的。§4.2挡土墙压力4.2.3滑坡推力的计算2.注意事项1)当计算求得的某土条Ei为负值时，说明上面个条块在满足安全的情况下已经能够自身稳定。根据前面假定的第二条，负值的Ei(拉力)不应再往下传递。因此，下面条块计算时就要按照上一条块传来的推力等于零来考虑。2)计算断面中有反坡时，由于滑动面倾角为负值，因而条块的也为负值，即此时它已不是下滑力，而是抗滑力了。因此，在计算本条块的不平衡推力时，就不应该再乘安全系数K了。iiWsiniiWsin§4.2挡土墙压力4.2.4挡土墙上滑坡推力的确定如前所述，主动土压力和滑坡推力的大小、方向、作用点都不一样，而抗滑挡土