仰斜式挡土墙在地质灾害防治中的设计及应用

王凯　雷奇果

摘要：随着我国经济的高速发展，大规模基础设施建设随之兴起，引发的岩土工程问题愈加严重，仰斜式挡土墙凭借其在处理此类问题中的诸多优势，愈加受到研究人员的关注。本文着重分析仰斜式挡土墙在地质灾害防治中的设计方法以及应用，并说明其适用条件以及局限性。

关键词：仰斜式挡土墙；地质灾害；局限性

引言

地质灾害的出现将会严重威胁人们的生命、财产安全，并带来深远的社会影响，因此，人们越来越关注地质灾害的防治。仰斜式挡土墙作为一种行之有效的防灾减灾措施，在斜坡地质灾害防治中有着极其广泛的应用，因此，在设计过程中必须重视设计流程，确保设计质量，以达到预期的防治效果。

1.仰斜式挡土墙的设计分析

挡土墙墙身的稳定与整个斜坡场地的安全息息相关，其破坏后果往往非常严重。仰斜式挡土墙因其具有诸多优点，广泛应用于斜坡地质灾害防治中[1][2]。但目前关于仰斜式挡土墙的设计方法和算例较少，常规计算尚存在诸多不合理之处，因此，必须加强验算、分析。

1.1土压力的计算

土压力的计算一般采用库伦土压力公式和朗肯土压力公式，仰斜式挡土墙墙背倾斜，因此，采用库伦主动土压力公式：

Ea=12γH2cos2（φ-a）cos2acos（a+δ）[1+sin（φ+δ）sin（φ-β）cos（a+δ）cos（a-β）]2

式中：Ea为主动土压力，单位（kN）；γ为土的重度，单位（kN/m3）；H为挡土墙高，单位（m）；φ为土的内摩擦角，单位（°）；α、β、δ含义如图示，单位（°），其中δ取负值。主动土压力值需乘以增大系数，墙高5～8m取11；墙高>8m取12。

1.2稳定性、地基承载力验算

（1）抗倾覆稳定性验算：挡土墙在主动土压力Ea作用下可能绕墙趾倾覆，抗倾覆安全系数计算公式为：K0=（WZW+EyZx）/ExZy，式中：K0为抗倾覆稳定安全系数，必须>15；W为墙身自重，Ex、Ey分别为土压力水平、垂直分量，单位（kN）；ZW为W对墙趾的力臂，Zx、Zy分别为Ey、Ex对墙趾的力臂，单位（m）。

（2）抗滑移稳定性验算：挡土墙在主动土压力Ea作用下易沿基底滑动，抗滑安全系数Kc计算公式为：Kc=μ（W+Ey）/Ex，式中：Kc为抗滑稳定安全系数，必须>1.3；μ为基底摩擦系数；W为墙身自重，Ex、Ey分别为土压力水平、垂直分量，单位（kN）。

墙身设计时，滑动稳定常较倾覆稳定难以满足，通常将基底做成逆坡，但坡度不宜大于1：5，以防止墙身连通基底下一块三角形土体一起滑动。

（3）地基承载力验算：地基承载力验算需考虑荷载偏心的影响，偏心距计算公式为：e=B/2-Zn=B/2-（WZw+EyZx-ExZy）/（W+Ey），式中：e为偏心距，Zn为荷载作用点至墙趾的垂直距离，B为挡土墙基底宽，单位（m）；其他符号意义同上。对于土质地基e≤B/6；软岩地基中e≤B/5；硬质岩石地基e≤B/4。

基底平均压应力0=W+Eyf，式中：f为持力层地基承载力设计值，单位（kPa）；其他符号意义同上。e≤B/6时，墙趾、墙踵压应力为min，max=（W+Ey）（1±6e/B）/B1.2f。e>B/6时，基底局部将因出现拉应力而脱开，导致基底应力重新分布，此时仅验算最大压应力，计算公式为：max=2（W+Ey）/3Zn1.2f。如果基底出现负偏心，应将上述公式中的Zn调整为B-Zn后带入计算。

1.3采取的措施分析

（1）基础加固措施。墙身设计时，随着墙高的增加，基底压力逐渐成为控制因素，为满足挡土墙对地基承载力的要求，较为可行的方法是增加墙趾台阶，以扩大基底宽度，同时还可提高墙身的抗倾覆稳定性，墙趾台阶宽度必须>20cm，高宽比通常采用2：1。此外，如果挡土墙地基持力层岩性软弱，可采用碎石土、砾砂等质量较好的材料进行换填，也可在一定程度上满足设计要求。

（2）排水措施。斜坡地段往往因挡土墙的修建而排水不畅，因此，须在墙身布设适量泄水孔，同时泄水孔入口应铺设易于渗水的滤水层以防堵塞，最下层泄水孔下部铺设黏土隔水层并夯实，以防雨水下渗软化地基。

（3）沉降缝以及伸缩缝的设置。为了避免因地基不均匀沉降而导致墙身开裂，必须根据墙高以及地基土性质的变化，进行沉降缝的设置；同时，为了减少因圬工砌体收缩以及温度的周期性变化而导致墙身的胀缩，还必须进行伸缩缝的设置。挡土墙的沉降缝以及伸缩缝，通常每10～15m设置一道，缝隙宽度2～3cm，并采用沥青、麻絮等对其内、外侧及顶部进行填塞，深度一般≥15cm。

2.仰斜式挡土墙的应用分析

仰斜式挡土墙墙身截面较为经济，但同时也存在一些不足之处。譬如，如果在填方地段砌筑墙体，墙背填土夯实困难，难以与边坡紧密结合；如果墙背坡度过缓，将会存在模板支立困难，混凝土难以浇筑等问题；如果墙前地形较陡，为了保证墙趾嵌入地下必须加高墙身，反而增加砌筑工作量。因此，仰斜式挡土墙的应用有其局限性，须综合考虑各方面因素以选择最合理的截面形式，通常情况下应考虑以下因素：

（1）根据土压力理论，主动土压力以仰斜式挡土墙最小，俯斜式最大，直立式居中，因此，就土压力大小而言，仰斜式最为合理，但为了避免施工困难，墙背坡度不宜缓于4：1，墙面坡应尽量与墙背坡平行。（2）从墙前地形陡缓来看，如果墙前地形平缓，则采用仰斜式较为经济、合理。（3）挖方边坡砌筑挡土墙时，采用仰斜式较为合理，如果采用俯斜式挡土墙还须在墙背回填土；而对于填方边坡筑墙，则采用俯斜式、直立式较为合理。（4）对于一些水利工程，由于设置的限制，必须将挡土墙做成垂直时，俯斜式最为合理。（5）对于狭窄沟谷两岸的护坡，由于地形的限制，又必须确保溪沟的过流，选择仰斜式较为合理。

总结

通过对上述内容的分析可知，在仰斜式挡土墙设计的过程中，必须对其设计思路以及构造要求有着充分的掌控；同时在其应用时，必须采取科学有效的应用方式，并进行合理的设置，这样才能最大限度的减轻地质灾害所造成的危害，取得最佳的治理效果。

参考文献：

[1]陈志伟.地震作用下仰斜式挡墙的动力响应分析[J].四川建筑科学研究，2014，02：178-183.

[2]陈琼，胡新丽，崔德山.强风化高边坡治理中仰斜式挡土墙的设计方法及应用[J].岩土工程界，2006，10：58-59.endprint