公路高边坡病害分析治理

公路滑坡、高边坡病害治理 1工程概况： 本路段位于 XX高速公路 A5标段，高速公路从山腰通过，左边坡的里程为 K150+320K150+650，路堑边坡 57m高,每 10m设一个平台，1、2、3 级设计边坡为 1：0.5；4、5 级为 1：0.75；6 级为 1：1。 2 2主要病害情况： （1）该山体具有滑坡史：1995 年发生山体滑坡，造成 11人死亡，多处民房被毁。 （2）该坡面多处滑塌，上千立方滑坡存在两处，其里程为 K150+432K150+460 的 3、4、5 级边坡，长 29m,沿滑动面方向长约 27m，滑体深度 28m；K150+490K150+620 顶部出现滑坡，其中：K150+490K150+545 段 35 级坡 沿开挖轮廓线滑坡，K150+545K150+620 段为 2、3 级路堑边坡，滑体厚度 05m。 （3）滑坡后观察其滑动面与水平夹角 3550，滑体为残积亚粘土，砂质粘性土 和块石土。 （4）山体局部有渗水现象，土体含水量较大。 3 3病害原因分析 31 边坡稳定性分析 为了准确把握拟建挡土墙后土体的稳定性及土压力情况，首先要对边坡进行稳定 性分析。 由工程地质条件可知，拟建的挡土墙后土体为松散的碎砾石土，其粘聚力为零， 即该土坡为无粘性土土坡，必须按照无粘性土土坡的稳定性分析方法进行分析。 无粘性土形成的土坡，产生滑坡时其滑动面近似于平面，常用直线滑动面分析土 坡的稳定性。均质的无粘性土坡颗粒间无粘聚力，只要坡面上的土体能保持稳定，那 么整个土坡便是稳定的。 土坡的稳定性用土坡稳定安全系数来表示，抗剪力与抗切拉之比即为土坡稳定安 全系数： K= cosinTWtgA 抗 剪 力抗 切 力 根据规范，边坡工程等级为二级的土坡，采用直线式滑动法分析的土坡，安全稳定系 数 K取 1.30，故该土坡的稳定坡角可以求出： 310.462.tgt248 其中 为土坡的安全稳定坡角。 显然，所得的稳定坡角较小，与实际条件中约为 60度的边坡相距甚大，因此该 土坡是不稳定的，为了得到一个稳定的土坡，若不采取挡墙支护，则需要放缓坡，而 实际的工程地质条件给定的坡高较高，放缓坡所需要的挖方量巨大，明显不经济，所 以放缓坡不合适，必须采取挡墙支护。 3.1.1山体上覆坡残基层及强风化层的厚度大于 20m，土体松散，边坡具有不良地 质现象的地貌形态，稳定性差。岩体中的发育有倾向凌空的不利结构面，下伏为弱风 化、微风化凝灰熔岩。 4 3.1.2山体地下水丰富，局部有渗水现象，并且软硬土体变化界面明显，如岩土 界面是滑坡体的主要滑动面。 3.1.3“V”字形沟谷较多，山坡陡峭，地表水及溢流的冲刷及渗透严重。 3.1.4水文地质的影响：广泛分布于第四系冲积层、洪积层及残坡层中，前两者 水量丰富，后者水量较少，含水量接受大气降水的渗入补给。地下水水位及地表含水 量受降水控制，季节变化性很大。 基岩内潜水分布于基岩分化孔隙、裂隙中，由大气降水补给，水量较小，地下水 流向与地形坡向一致或于断层裂隙中成带状分布，对边坡有一定影响。 挡土墙可用以稳定路堤和路堑边坡，减少土石方工程量和占地面积，防止水流冲 刷路基，并经常用于整治坍方、滑坡等路基病害。在山区公路中，挡土墙的应用更为 广泛。 遇到下列情况时可考虑修建挡土墙： （1） 陡坡地段； （2） 岩石风化的路堑边坡地段； （3） 为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段； （4） 可能产生塌方、滑坡的不良地质地段； （5） 高填方地段； （6） 水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路基地段； （7） 为节约用地、减少拆迁或少占农田的地段。 在考虑边坡病害的设计方案时，应与其他方案进行技术经济比较。例如，采用路 堤或路肩挡土墙时，常与栈桥或填方等进行方案比较；采用路堑或山坡挡土墙时，常 与隧道、明洞或刷缓边坡等方案进行比较，以求工程技术经济合理。 3.2 挡土墙的类型及适用条件 挡土墙类型的划分方法较多，一般以挡土墙的结构形式分类为主，常见的挡土墙 形式有：重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚杆式和锚定板式。各类挡 土墙的适用范围取决于墙址地形、工程地质、水文地质、建筑材料、墙的用途、施工 方法、技术经济条件及当地的经济等因素。 32.1 重力式挡土墙 重力式挡土墙一般由块石或混凝土材料砌筑。重力式挡土墙是靠墙身自重保证墙 5 身稳定的，因此，墙身截面较大，适用于小型工程，通常墙高小于 8米，但结构简单， 施工方便，能就地取材，因此广泛应用于实际工程中。 322 悬臂式挡土墙 当地基土质较差或缺少石料而墙又较高时，通常采用悬臂式挡土墙，一般设计成 L型，由钢筋混凝土建造，墙的稳定性主要依靠墙踵悬臂以上土重来维持。墙体内设置 钢筋以承受拉应力，故墙身截面较小。 32.3 扶壁式挡土墙 由墙面板、墙趾板、墙踵板和扶肋组成，即沿悬臂式挡土墙的墙长方向，每隔一 定距离增设一道扶肋，把墙面板和墙踵板连接起来。适用于缺乏石料的地区或地基承 载力较差的地段。当墙高较高时，比悬臂式挡土墙更为经济。 32.4 锚定板及锚杆式挡土墙 锚定板挡土墙是由预制的钢筋混凝土立柱、墙面、钢拉杆和埋置在填土中的锚定 板在现场拼装而成，依靠填土与结构的相互作用力维持其自身稳定。与重力式挡土墙 相比，具有结构轻、柔性大、工程量少、造价低、施工方便等优点，特别适合用于地 基承载力不大的地区。设计时，为了维持锚定板挡土墙结构的内力平衡，必须保证锚 定板结构周围的整体稳定和土的摩阻力大于由土自重和荷载产生的土压力。锚杆式挡 土墙是利用嵌入坚实岩层的灌浆锚杆作为拉杆的一种挡土结构。 32.5 加筋土挡土墙 由墙面板、拉筋和填土三部分组成，借助于拉筋于填土间的摩擦作用，把土的侧 压力传给拉筋，从而稳定土体。即是柔性结构，可承受地基较大的变形；又是重力式 结构，可承受荷载的冲击、振动作用。施工简便、外形美观、占地面积小、而且对地 基的适应性强。适用于缺乏石料的地区和大型填方工程。 32.6 土钉墙 土钉墙是有面板、土钉与边坡相互作用形成的支挡结构。它适用于一般地区土质 及破碎软岩质地段，也可置于桩板挡土墙之间支挡岩土以保证边坡稳定。 土钉墙面层为喷射混凝土中间夹钢筋网，土钉要和面板有效连接，外端设钢垫板 或加强钢筋通过螺丝端杆锚具或焊接进行连接。 3.3 重力式挡土墙的设计 重力式挡土墙是以墙身自重来维持挡土墙在土压力作用下的稳定，它是我国目前 最常用的一种挡土墙形式。重力式挡土墙多用浆砌片石砌筑，缺乏石料地区有时可用 6 混凝土预制块作为砌体，也可直接用混凝土浇筑，一般不配钢筋，或只在局部范围配 置少量钢筋，这种挡土墙形式简单，施工方便，可就地取材，适用性强，因而应用广 泛。 3.3.1土压力计算 3.3.2抗滑移稳定性验算 3.3.3抗倾覆稳定性验算 3.3.4地基承载力验算 3.4 扶壁式挡土墙的设计 扶壁式挡土墙的设计内容主要包括墙身构造设计、墙身截面尺寸的拟定，墙身稳 定性和基底应力及合力偏心距验算、墙身配筋设计和裂缝开展宽度等。 34.1 墙身构造设计 扶壁式挡土墙墙高不宜超过 15m，一般在 910m左右，段长度不宜大于 20m，扶 肋间距应根据经济性要求确定，一般为 1/41/2墙高，每段中宜设置三个或三个以上 的扶肋，扶肋厚度一般为扶肋间距的 1/101/4，但不应该小于 0.3m。采用随高度逐 渐向后加厚的变截面，也可以采用等厚式，以便于施工。 墙面板宽度和墙底板的厚度与扶肋间距成正比，墙面板顶宽不得小于 0.2m，可采 用等厚的垂直面板。墙踵板宽一般为墙高的 1/41/2，且不小于 0.5m。墙趾板宽宜为 墙高的 1/201/5，墙底板板端厚度不小于 0.3m。 3.4.2 截面尺寸拟定 根据建筑边坡工程技术规范及工程地质条件，此扶壁式挡土墙墙高拟定为 H=10m,分段长度为 20m,扶肋间距 L=4m,扶肋宽度 0.6m。墙面板顶宽 b=300m,为了利于 施工，采用等厚垂直面板，墙底板板端厚度 0.4m,墙踵板宽度 B1=1m。扶壁式挡土墙墙 背垂直，BC 为开挖后的土坡坡面，作为第一破裂面，BC 与垂直方向的夹角为 25度， ADBC即为破裂棱体。这个棱体作用着三个力，即破裂棱体的自重 W，主动土压力的反 力 Ea，破裂面的反力 R。其中 Ea的方向与墙背成 角，由工程地质条件所给得 = ，且偏于阻止棱体下滑的方向。R 的方向与破裂面法线成 角，同样偏于阻止棱08 体下滑的方向。 3.4.3 墙面板设计计算 7 1.计算模型与计算荷载 墙面板计算通常取扶肋中到扶肋中或跨中到跨中的一段为计算单元，视为固支于 扶肋及墙踵板上的三向固支板，属于超静定结构，一般作简化近似计算。计算时，将 其沿墙高或墙长划分为若干单位宽度的水平板条与竖向板条，假设每一个单位条上作 用均布荷载，其大小为该条单位位置处的平均值，近似按支承于扶肋的连续板来计算 水平板条的弯矩和剪力，按固支于墙底板上的刚架梁来计算竖向板条的弯矩。 墙面板的荷载仅考虑墙后主动土压力的水平分力，而墙自重、土压力竖向分力及 被动土压力等均不考虑。 2. 水平内力 根据墙面板计算模型，水平内力分别为： 支点负弯矩、支点剪力、跨中正弯矩、边跨自由端弯矩。 墙面板承受的最大水平正弯矩及最大水平负弯矩在竖直方向上分别发生在扶肋跨 中的 1/2H1处和扶肋固支处的第三个 H1/4处，设计采用的弯矩值和实际弯矩值相比是 安全的，对于固端梁而言，当它承受均布荷载时，其跨中弯矩应为 ，但是，2/4pil 考虑到墙面板虽然按连续梁计算，然而它们的固支程度并不充分，为安全起见，故设 计值按式 确定。210piMl 3竖直弯矩 墙面板在土压力的作用下，除了上述的水平弯矩外，将同时产生沿墙高方向的竖 直弯矩。负弯矩出现在墙杯一侧底部 H1/4范围内，正弯矩出现在墙面一侧，最大值在 第三个 H1/4段内。 沿墙长方向（纵向） ，竖直弯矩呈抛物线形分布。设计时，可采用中部 2l/3范围 内的竖直弯矩不变，两端各 l/6范围内的竖直弯矩较跨中减少一半的阶梯形分布。 4. 扶肋外悬臂长度的确定 扶肋外外悬臂节长，可按悬臂梁的固端弯矩与设计用弯矩相等求得。 3.4.5 墙踵板设计计算 1. 计算模型和计算荷载 墙踵板可视为支承于扶肋上的连续板，不计墙面板对它的约束，而视其为铰支。内 力计算时，可将墙踵板顺墙长方向划分为若干单位宽度的水平板条，根据作用于墙踵 8 板上的荷载，对每一个连续板条进行弯矩，剪力计算，并假定竖向荷载在每一连续板 条上的最大值均匀作用在板条上。 将上述荷载在墙踵板上的引起的竖向应力叠加，即可得到墙踵板的计算荷载。由 于墙面板对墙踵板的支撑约束作用，在墙踵板与墙面板的衔接处，墙踵板沿墙长方向 板条的弯矩为零，并向墙踵方向变形逐渐增大。故可近似假设沿墙踵板的计算荷载为 三角形分布，最大值在踵点处。 2.纵向内力 墙踵板顺墙长方向板条的弯矩和剪力计算与墙面板相同，各内力分别为：支点负 弯矩、跨中正弯矩、边跨自由端弯矩、 3. 横向弯矩 墙踵板沿墙长方向（横向）的弯矩由两部分组成： 三角形分布荷载作用下产生的横向弯矩最大值出现在墙踵板的根部。由于墙踵板 的宽度通常只有墙高的 1/3左右，其值一般较小，对墙踵板横向配筋不起控制作用， 故不必计算此横向弯矩。 由于在荷载作用下墙面板与墙踵板有相反方向的移动趋势，即在墙踵板根部产生 与墙面板的竖直弯矩纵向分布的相同。 3.4.6 扶肋设计计算 1.计算模型与计算荷载 扶肋可视为锚固在墙踵板上的 T形变截面悬臂梁，墙面板则作为该 T形梁的翼缘 板，翼缘板的有效计算宽度由墙顶向下逐渐加宽，为了简化计算，只考虑墙背主动土 压力的水平分力，而扶肋和墙面板的自重以及土压力的竖向分力忽略不计。 2.剪力和弯矩 悬臂梁承受两相邻的跨中至跨中长度 lw与墙面板高 H1范围内的土压力。 3. 翼缘宽度 扶肋的受压区有效翼缘宽度 bi, 墙顶部 bi=b,底部 b1=Lw, 中间为直线变化。 3.4.7 容许应力验算 扶壁式挡土墙的验算内容包括抗滑移稳定性，抗倾覆稳定性，基底应力及合力偏 心距的验算。其验算方法与重力式挡土墙相同。 3.4.7.1抗滑移稳定性验算 挡土墙的抗滑移稳定性是指在土压力和其他的荷载作用下，基底摩阻力抵抗挡土 9 墙滑移的能力，用抗滑移稳定系数表示，即作用于挡土墙的抗滑力与实际下滑力之比。 3.4.7.2抗倾覆稳定性验算 挡土墙的抗倾覆稳定性是指它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力，用抗倾覆系 数 Ko表示，即对墙趾的稳定力矩之和与倾覆力矩之和的比值。 3.4.7.3地基承载力及偏心距的验算 为了保证挡土墙的基底应力不超过地基的容许承载力，应进行基底应力验算。为 了使挡土墙墙形结构合理和避免发生不均匀的沉降，还应控制作用于挡土墙基底的合 力偏心距。 3.4.8 配筋设计 扶壁式挡土墙墙面板，墙趾板按矩形截面受弯构件配筋，而扶肋按变截面 T形梁 配筋。 3.4.8.1墙面板的水平受拉钢筋分为内外侧钢筋两种。 （1）水平受力钢筋 内侧水平受拉钢筋 N2布置在墙面板靠填土一侧，承受水平负弯矩，以扶肋处支点 弯矩设计计算，全墙可分为 34段。 （2）竖向受力钢筋 内侧竖向收里钢筋 N4布置在靠填土一侧，承受墙面板的竖直负弯矩，该筋向下 伸入墙踵板不少于一个钢筋锚固长度，向上在距离墙踵板顶高 H1/4处加上一个钢筋锚 固长度处切断，每跨中部 2L/3范围内按跨中的最大竖直负弯矩 MD配筋，靠近扶肋两 侧各 L/6部分按 MD/2配筋。 （3）墙面板与扶肋的 U形拉筋 连接墙面板与扶肋的 U形拉筋 N6，其开口向扶肋的背侧，该钢筋每一支承受高度 为拉筋间距水平板条的支点剪力 Q，在扶肋水平方向通长布置。 3.4.8.2墙踵板 墙踵板顶面横向水平钢筋是为了墙面板承受竖直负弯矩的钢筋得以发挥作用而设 置的.该钢筋位于墙踵板顶面,垂直于墙面板方向,其布置与钢筋相同,该钢筋一端插入 墙面板一个钢筋锚固长度,另一端伸至墙踵端,作为墙踵板纵向钢筋的定位钢筋,如钢筋 的间距很小,可以将其中一半在距墙踵端减一个钢筋锚固长度处切断。 墙踵板的顶面和底面纵向水平受拉钢筋,承受墙踵板在扶肋两端的负弯矩和跨中 10 正弯矩.该钢筋的切断情况相同。 连接墙踵板与扶肋之间的 U形钢筋，其开口向上.可在距墙踵板顶面一个钢筋锚 固长度处切断,也可延至扶肋的顶面,作为扶肋两侧的分布钢筋,在垂直于墙面板方向的 钢筋分布与墙踵板顶面纵向水平钢筋相同. 3.4.8.3墙趾板 墙趾板的受力筋 N1设置于墙趾板的底面,为了方便施工,将墙面板外侧竖向受力 筋 N5弯曲作为墙趾板的受力筋. 3.4.8.4扶肋 扶肋背侧的受拉筋,应根据扶肋的弯矩图,选择 2-3个截面,分别计算所需的拉筋根 数.为了节省混凝土,钢筋可以多层排列,但不得多于 3层,其间距应满足规范要求,必要 时可采用束筋,各层钢筋上端应按不需此钢筋的截面再延长一个钢筋锚固长度,必要时 可将钢筋沿横向弯入墙踵板的底面. 除受力钢筋之外,还需要根据截面剪力配置箍筋,并按构造要求布置构造钢筋. 34.9 扶壁式挡墙结构加固措施 在选择了扶壁式挡土墙作为施工方案设计，完成了挡土墙截面设计及稳定、强度 验算之后，必须采取必要的措施，以保证挡土墙的安全性。 349.1 基底拓展 为减少基底压应力，增加抗倾覆的稳定性，在墙趾处伸出一台阶，以拓宽基底。 34.9.2 排水设计 挡土墙排水措施的作用在于疏干墙后土体和防止地表水下渗，以免墙后积水形成 静压力。良好的排水在寒冷地区可以减小回填土的冻胀压力。 排水措施主要包括 1截水沟。截 水 沟 又 称 天 沟 ， 设 置 在 挖 方 路 基 边 坡 挡 土 墙 坡 顶 以 外 ， 用 以 拦 截 并 排 除 在 山 坡 上 流 淌 的 地 面 径 流 ， 减 轻 边 沟 的 水 流 负 担 ， 保 证 挖 方 边 坡 不 受 流 水 冲 刷 ， 截 水 沟 采 用 梯 形 截 面 ， 内 边 坡 的 坡 度 为 1： 1， 采 用 25cm 厚 的 5 号 浆 砌 片 石 加 固 ， 并 设 置 15cm 厚 的 砂 砾 垫 层 。 2泄水孔。若已渗入墙后填土中的水，则应将其迅速排出，通常在挡土墙的下部设 置泄水孔。一般泄水孔的直径为 5-10cm,间距 2-3cm,泄水孔应高于墙前水位，以免倒 灌。此外，在泄水孔入口附近应用易渗的粗颗粒材料做反滤层，并在泄水孔入口下方 11 铺设粘土夯实层，防止积水渗入地基不利于墙的稳定性。泄水孔的布置应错开呈梅花 桩式，以免在某一个面上形成软弱层，影响挡土墙的稳定性。 3 排 水 沟 。 主 要 用 途 在 于 引 水 ， 将 路 基 范 围 内 的 各 种 水 源 水 流 引 至 桥 涵 或 路 基 范 围 内 的 指 定 地 点 。 采 用 梯 形 截 面 ， 25cm 厚 5 号 浆 砌 片 石 加 固 ， 并 设 15cm 厚 砂 砾 垫 层 。 349.3 沉降缝和伸缩缝的设置：为避免地基不均匀沉降引起墙身开裂，需按墙 高和地基性质的变异，设置沉降缝，同时，为了减少圬工砌体因收缩硬化和温度化作 用而产生裂缝，需设置伸缩缝。挡土墙的沉降缝和伸缩缝设置在一起，每隔 10m设置 一道，缝宽 3cm，自墙顶做至基底，缝内宜用沥青麻絮、沥青竹绒或涂以沥青的木板等 具有弹性材料，沿墙的内、外、顶三侧填塞，填塞的深度为 20cm. 3.5 扶壁式挡土墙的设计 扶壁式挡土墙的设计内容主要包括墙身构造设计、墙身截面尺寸的拟定，墙身稳 定性和基底应力及合力偏心距验算、墙身配筋设计和裂缝开展宽度等。 3.5.1 墙身构造设计 扶壁式挡土墙墙高不宜超过 15m，一般在 910m左右，段长度不宜大于 20m，扶 肋间距应根据经济性要求确定，一般为 1/41/2墙高，每段中宜设置三个或三个以上 的扶肋，扶肋厚度一般为扶肋间距的 1/101/4，但不应该小于 0.3m。采用随高度逐 渐向后加厚的变截面，也可以采用等厚式，以便于施工。 墙面板宽度和墙底板的厚度与扶肋间距成正比，墙面板顶宽不得小于 0.2m，可采 用等厚的垂直面板。墙踵板宽一般为墙高的 1/41/2，且不小于 0.5m。墙趾板宽宜为 墙高的 1/201/5，墙底板板端厚度不小于 0.3m。 3.5.2 截面尺寸拟定 根据建筑边坡工程技术规范及工程地质条件，此扶壁式挡土墙墙高拟定为 H=10m,分段长度为 20m,扶肋间距 L=4m,扶肋宽度 0.6m。墙面板顶宽 b=300m,为了利于 施工，采用等厚垂直面板，墙底板板端厚度 0.4m,墙踵板宽度 B1=1m。 3.5.3 土压力的计算 扶壁式挡土墙墙背垂直，BC 为开挖后的土坡坡面，作为第一破裂面，BC 与垂直方 向的夹角为 25度，ADBC 即为破裂棱体。这个棱体作用着三个力，即破裂棱体的自重 W，主动土压力的反力 Ea，破裂面的反力 R。其中 Ea的方向与墙背成 角，由工程地 12 质条件所给得 = ，且偏于阻止棱体下滑的方向。R 的方向与破裂面法线成 角，同08 样偏于阻止棱体下滑的方向。由于棱体处于平衡状态，因此力的三角形闭合。 3.5.4 墙面板设计计算 3.5.4.1.计算模型与计算荷载 墙面板计算通常取扶肋中到扶肋中或跨中到跨中的一段为计算单元，视为固支于 扶肋及墙踵板上的三向固支板，属于超静定结构，一般作简化近似计算。计算时，将 其沿墙高或墙长划分为若干单位宽度的水平板条与竖向板条，假设每一个单位条上作 用均布荷载，其大小为该条单位位置处的平均值，近似按支承于扶肋的连续板来计算 水平板条的弯矩和剪力，按固支于墙底板上的刚架梁来计算竖向板条的弯矩。 3.5.4.2. 水平内力 根据墙面板计算模型，水平内力为： 支点负弯矩、支点剪力、跨中正弯矩、边跨自由端弯矩。 3.5.4.3竖直弯矩 墙面板在土压力的作用下，除了上述的水平弯矩外，将同时产生沿墙高方向的竖 直弯矩。其扶肋跨中的竖直弯矩沿墙高的分布。 3.5.4.4. 扶肋外悬臂长度 l的确定 扶肋外外悬臂节长 l，可按悬臂梁的固端弯矩与设计用弯矩相等求得，即： 3.5.5 墙踵板设计计算 3.5.5.1 计算模型和计算荷载 墙踵板可视为支承于扶肋上的连续板，不计墙面板对它的约束，而视其为铰支。内 力计算时，可将墙踵板顺墙长方向划分为若干单位宽度的水平板条，根据作用于墙踵 板上的荷载，对每一个连续板条进行弯矩，剪力计算，并假定竖向荷载在每一连续板 条上的最大值均匀作用在板条上。 作用在墙踵板上的力有：计算墙背间与实际墙背的土重 W1；墙踵板自重 W2；作用 在墙踵板顶面上的土压力竖向分力 W3；作用在墙踵板端部的土压力竖向分力 W4；由墙 趾板固端弯矩 M1的作用在墙踵板上引起的等代荷载 W5；以及地基反力等。 将上述荷载在墙踵板上的引起的竖向应力叠加，即可得到墙踵板的计算荷载。由 于墙面板对墙踵板的支撑约束作用，在墙踵板与墙面板的衔接处，墙踵板沿墙长方向 板条的弯矩为零，并向墙踵方向变形逐渐增大。故可近似假设沿墙踵板的计算荷载为 13 三角形分布，最大值在踵点处。 3.5.5.2. 横向弯矩 墙踵板沿墙长方向（横向）的弯矩由两部分组成： 1.在三角形分布荷载作用下产生的横向弯矩最大值出现在墙踵板的根部。由于墙 踵板的宽度通常只有墙高的 1/3左右，其值一般较小，对墙踵板横向配筋不起控制作 用，故不必计算此横向弯矩。 2.由于在荷载作用下墙面板与墙踵板有相反方向的移动趋势，即在墙踵板根部产 生与墙面板的竖直弯矩纵向分布的相同。 3.5.6 扶肋设计计算 3.5.6.1.计算模型与计算荷载 扶肋可视为锚固在墙踵板上的 T形变截面悬臂梁，墙面板则作为该 T形梁的翼缘 板，翼缘板的有效计算宽度由墙顶向下逐渐加宽，为了简化计算，只考虑墙背主动土 压力的水平分力，而扶肋和墙面板的自重以及土压力的竖向分力忽略不计。 3.5.6.2.剪力和弯矩 悬臂梁承受两相邻的跨中至跨中长度 lw与墙面板高 H1范围内的土压力。在土压 力 中，作用在 AB面上的土压力的水平分力作用下，产生的剪力和弯矩为：1HE 3.5.7 容许应力验算 扶壁式挡土墙的验算内容包括抗滑移稳定性，抗倾覆稳定性，基底应力及合力偏 心距的验算。其验算方法与重力式挡土墙相同。 3.5.7.1抗滑移稳定性验算 挡土墙的抗滑移稳定性是指在土压力和其他的荷载作用下，基底摩阻力抵抗挡土 墙滑移的能力，用抗滑移稳定系数表示，即作用于挡土墙的抗滑力与实际下滑力之比。 3.5.7.2抗倾覆稳定性验算 挡土墙的抗倾覆稳定性是指它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力，用抗倾覆系 数 Ko表示，即对墙趾的稳定力矩之和与 倾覆力矩之和的比值。 3.5.7.3地基承载力及偏心距的验算 为了保证挡土墙的基底应力不超过地基的容许承载力，应进行基底应力验算。为 了使挡土墙墙形结构合理和避免发生不均匀的沉降，还应控制作用于挡土墙基底的合 14 力偏心距。 3.5.8 配筋设计 扶壁式挡土墙墙面板，墙趾板按矩形截面受弯构件配筋，而扶肋按变截面 T形梁 配筋。 3.5.8.1墙面板 墙面板的水平受拉钢筋分为内外侧钢筋两种。 1.水平受力钢筋 内侧水平受拉钢筋 N2布置在墙面板靠填土一侧，承受水平负弯矩，以扶肋处支点 弯矩设计计算，全墙可分为 34段。 外侧受拉钢筋布置在中间跨墙面板临空一侧，承受水平正弯矩，该钢筋沿墙长方 向通长布置。为方便施工，可在扶肋中心切断，沿墙高可分为几个 区段进行配筋，但 区段不宜分得太多。 2.墙面板与扶肋的 U形拉筋 连接墙面板与扶肋的 U形拉筋，其开口向扶肋的背侧，该钢筋每一支承受高度为 拉筋间距水平板条的支点剪力 Q，在扶肋水平方向通长布置。 3.5.8.3 墙趾板 墙趾板的受力筋 N1设置于墙趾板的底面,为了方便施工,将墙面板外侧竖向受力 筋 N5弯曲作为墙趾板的受力筋. 3.6 施工设计方案比选 为了使支挡结构的设计更加节约经济，科学合理，对前面的两种挡土墙设计所得 进行分析比较，选择一种造价、工程量、施工工艺更为合理的方案作为施工设计。 重力式挡土墙所需的混凝土用量比扶壁式的大得多，因此所花费的造价也要高， 而且工程量巨大，施工难度高。一般情况下，坡高大于 8米时不选择采用重力式挡土 墙作为支挡结构。 以上分析看出，该地段不宜采用重力式挡墙支护，而采用扶壁式挡墙支护，总体 造价不高，经济合理，又符合墙高要求。故此工程采用扶壁式挡土墙作为施工组织设 计方案。 3.7 扶壁式挡墙结构加固措施 在选择了扶壁式挡土墙作为施工方案设计，完成了挡土墙截面设计及稳定、强度 15 验算之后，必须采取必要的措施，以保证挡土墙的安全性。 3.7.1基底拓展 为减少基底压应力，增加抗倾覆的稳定性，在墙趾处伸出一台阶，以拓宽基底， 墙趾台阶宽度为 25mm,台阶高宽比为 3：2。 3.7.2排水设计 挡土墙排水措施的作用在于疏干墙后土体和防止地表水下渗，以免墙后积水形成 静压力。良好的排水在寒冷地区可以减小回填土的冻胀压力。 排水措施主要包括 3.7.2.1截水沟。截 水 沟 又 称 天 沟 ， 设 置 在 挖 方 路 基 边 坡 挡 土 墙 坡 顶 以 外 ， 用 以 拦 截 并 排 除 在 山 坡 上 流 淌 的 地 面 径 流 ， 减 轻 边 沟 的 水 流 负 担 ， 保 证 挖 方 边 坡 不 受 流 水 冲 刷 ， 截 水 沟 采 用 梯 形 截 面 ， 内 边 坡 的 坡 度 为 1： 1， 采 用 25cm 厚 的 5 号 浆 砌 片 石 加 固 ， 并 设 置 15cm 厚 的 砂 砾 垫 层 。 3.7.2.2泄水孔。若已渗入墙后填土中的水，则应将其迅速排出，通常在挡土墙的 下部设置泄水孔。一般泄水孔的直径为 5-10cm,间距 2-3cm,泄水孔应高于墙前水位， 以免倒灌。此外，在泄水孔入口附近应用易渗的粗颗粒材料做反滤层，并在泄水孔入 口下方铺设粘土夯实层，防止积水渗入地基不利于墙的稳定性。泄水孔的布置应错开 呈梅花桩式，以免在某一个面上形成软弱层，影响挡土墙的稳定性。 3.7.2.3排 水 沟 。 主 要 用 途 在 于 引 水 ， 将 路 基 范 围 内 的 各 种 水 源 水 流 引 至 桥 涵 或 路 基 范 围 内 的 指 定 地 点 。 采 用 梯 形 截 面 ， 25cm 厚 5 号 浆 砌 片 石 加 固 ， 并 设 15cm 厚 砂 砾 垫 层 。 3.7.3沉降缝和伸缩缝的设置：为避免地基不均匀沉降引起墙身开裂，需按墙高和 地基性质的变异，设置沉降缝，同时，为了减少圬工砌体因收缩硬化和温度化作用而 产生裂缝，需设置伸缩缝。挡土墙的沉降缝和伸缩缝设置在一起，每隔 10m设置一道， 缝宽 3cm，自墙顶做至基底，缝内宜用沥青麻絮、沥青竹绒或涂以沥青的木板等具有弹 性材料，沿墙的内、外、顶三侧填塞，填塞的深度为 20cm. 4边坡综合治理措施 为了边坡的安全稳定，采取以预应力锚索框架为主，辅助砌石挡墙、变截面护面 墙、孔窗式挡墙、网格骨架植草、调整边坡、增设排水措施等综合治理措施。 4.1锚索框架 16 4.1.1锚索框架措施 边坡开挖后，通过对坡体的分析，坡体存在潜在滑动面，为避免坡面产生滑动， 在 4级、5 级坡面上设置预应力锚索框架，锚索长度为 30m，锚固段长 14m；3 级坡面 因土石夹杂，采用预应力锚索框架与砌石变截面护面墙（高 10m，底宽 0.9m，顶宽 0.4m）交错设置，锚索长度为 30m和 28m，锚固长度 14m。锚索框架共 33片，单片框 架长 8m，斜长为 12.5m和 11.18m。每片框架设 4个锚孔，每孔 6根无粘结钢绞线，其 直径 15.24mm，每 2根为一单元，采用压力分散型锚索的形式施工，锚索框架施工应与 同级边坡开挖修坡同时进行，待锚索框架预应力张拉后进行下一级土石方开挖，以免 边坡面长时间不防护，产生新的滑坡，造成更大的施工困难，影响施工进度。 4.1.2锚索框架工作原理 预应力锚索框架是通过锚固在坡体深部稳定岩体上的锚索将力传给框架，再经框 架对不稳定坡体施加一个预应力，将不稳定松散岩体挤压，使岩体间的正压力和摩阻 力大大提高，增大抗滑力，限制不稳定坡体的发育，从而起到了加固边坡稳定坡体的 作用。锚索孔内高压注浆，使浆液填充了锚孔周围坡体内裂隙，防止锚索的预应力钢 丝锈蚀，紧密联结锚索与山体，提高坡体的整体稳定性。 4.1.3锚索框架施工流程 4.1.4预应力锚索框架主要参数的选取 （1）预应力钢绞线：选用直径 15.24mm,强度 1860MPa的高强度低松弛无粘结钢绞 线，延伸率3.5%。 （2）设计拉力：锚索设计拉力 700KN，每孔 615.24 预应力钢绞线。 施工准备 锚孔钻造 锚索制安 锚孔压浆 钢筋混凝土框架 锚索张拉锁定 验收封锚 17 （3）安全系数：锚索安全系数取 2.02.2。 （4）钻孔直径及设备：钻孔直径 130mm，设备采用 YM160步履式土锚钻机和各 种与坡体强度配套的岩锚钻机。 （5）锚索张拉力与锚固力：锚索采取差异分布张拉，每孔 6根分为 3个单元，根 据设计荷载和锚索长度计算确定差异荷载，锚索的预应力在补足差异荷载后分 5级按 设计荷载 700KN的 25%、50%、75%、100%和 110%进行施拉，每次持荷时间 25min，最 后一次持荷观测 10min以后按设计要求用专用锚具进行锁定，锁定后 48小时内没有出 现明显的应力松弛现象，即可进行封锚。 压力分散型锚索加荷等级与测读位移应遵守下列规定： 首先把所有的锚索一起拉到 Afptk的 0.1倍（A 为锚索的截面面积，fptk 为 锚索承载力标准值），使锚索拉直，然后放松；随后再采取循环加荷，每级加荷增量 取初始荷载 0.1Afptk+差异荷载。 在每级加荷等级观测时间内，测读锚头位移不得小于 3次。 在每级加荷等级观测时间内，锚头位移不大于 0.1mm时，可施加下一级荷载； 否则需延长观测时间，直至锚头位移增量 2h小于 2mm时，方可施加下一级荷载。 （6）张拉主要设备：千斤顶，油泵，专用锚具。 （7）锚索挤压套挤压设备：电动油泵，挤压器。 （8）锚索间距与倾角：单片框架（“井”字型架）锚索水平距 4.0m，斜向距 1：0.5 坡率为 5.6m，1：0.75 坡率为 6.25m，锚索倾角 20。 （9）锚固长度及胶结：锚固段嵌入坡体的长度为 14m，锚固段采用强度为 M40纯 水泥浆胶结，水灰比 0.40.5，水泥为普通硅酸盐 P.0 42.5R。 （10）锚索钢筋混凝土：采用 C25现浇钢筋混凝土“井”字型框架设计，框架梁 为 0.6m0.5m矩形截面，主筋为 22，箍筋为 12。 4.2设置护面墙 该边坡支挡工程的总体方案是：在保证工程质量的前提下，尽可能地优化方案， 18 节约支挡结构的造价，降低施工难度，加快施工进程。综合分析考虑建筑场地的地理 地质条件及工程特性，确定最为经济合理的挡土墙形式有重力式挡土墙和扶壁式挡土 墙两种。为了确保设计的节约经济，科学合理，将对这两种挡土墙形都进行设计计算， 确定其结构形式，以及所用材料、截面尺寸、配筋等，然后进行造价工程量的比较分 析，最终确定一种最佳方案作为施工设计。 4.2.1挡墙 K150+3