边坡地质灾害防治工程支挡结构简介

边坡地质灾害防治工程-支挡结构简介第一节 支挡结构的发展和展望 支挡结构包括挡土墙、抗滑桩、预应力锚索等支撑和锚固结构，是用来支撑、加固填土或山坡土体、防止坍滑以保持其稳定的一种建筑物。在铁路、公路路基工程中、支挡结构主要用于承受土体侧向土压力，它被广泛应用于稳定路堤、路堑、隧道洞口以及桥梁两端的路基边坡等，近几年在高速铁路建设工程中，在软土或松软土地基地段也采用了一种新型的路基桩板结构，用来支承铁路上部结构和路堤填方。在水利、矿场、房屋建筑等工程中，支挡结构主要用于加固山坡、基坑边坡和河流岸壁的稳定等。当以上工程或其它岩土工程遇到不良地质灾害时，支挡结构主要用于加固或拦挡不良地质体。例如，加固滑坡、崩塌、岩堆体，拦挡落石、泥石流等 。支挡结构是岩土工程中的一个重要组成部分，随着我国国民经济水平的提高，基本建设的不断发展，支挡结构技术水平的提高以及减少环境破坏、节约用地观念的加强等，支挡结构在岩土工程中的使用越来越广泛，特别是在铁路、公路路基及建筑基础工程中所占的比重也越来越大。一、重力式挡土墙由于我国在一些地区石料来源丰富，就地取材方便，再加上施工方法简单，因此，在过去很长一段时间内，石砌的重力式挡土墙是我国岩土工程中广泛采用的主要支挡结构。这种挡土墙形式简单，设计一般采用库仑土压力理论，当墙体向外变形墙后土体达到主动土压力状态时，假定土中主动土压滑动面为平面并按滑动土楔的极限平衡条件来求算主动土压力。在侧向土压力作用下，重力式挡土墙的稳定性主要靠墙身的自重来维持，墙身一般采用浆砌片石来砌筑，有时也用混凝土灌注。上世纪五十年代为适应西南山区地形陡峻的特点，出现了我国独创的衡重式挡土墙。衡重式挡土墙最初在宝（鸡）成（都）铁路广元至略阳段使用。1959年，铁道部第二勘测设计院在西安召开的全国坍方滑坡会议上介绍了这种挡墙新形式，得到了大会的赞许，以后在铁路路基工程中逐步推广，又由铁道部科学研究院、专业设计院、铁二院等单位联合开展了科研攻关，完善了衡重式挡墙按第二破裂面计算的理论，编制了有关的标准图，加快了在铁路系统全路的推广。衡重式挡土墙是我国山区铁路应用较广泛的一种挡墙形式，并已在公路等其他行业中得到推广运用。上世纪九十年代及本世纪第一个十年是我国道路建设飞速发展的年代，特别是铁路运营速度的不断提高，运营安全受到社会广泛关注，铁路挡土墙的强度安全也受到进一步的重视。以往由于挡土墙需要大量的浆砌片石，其砂浆质量及墙的整体砌筑质量不易保证，出于保证挡土墙质量的目的，2006年铁路路基支挡结构设计规范修编时明确规定：“重力式挡土墙墙身材料应采用混凝土或片石混凝土”。因此近几年来，铁路主要干线的重力式挡土墙材料均已采用混凝土或片石混凝土 图1-1 重力式挡土墙和衡重式挡土墙二、新型支挡结构长期以来重力式挡土墙在支挡工程中一直占有主导地位，但由于其截面大、圬工数量多、施工进度慢，在地形困难地段 ，应用不便，其使用上的缺点也是明显的。因此，研究、引进、推广新型轻型支挡结构，一直是岩土工程技术人员在工程实践中的一个主要内容。上世纪五、六十年代，水利、铁道、公路、建筑等部门就开始引进推广锚杆挡土墙、桩基挡土墙等钢筋混凝土挡土结构，取得了一定的进展，成（都）昆（明）铁路大力推广运用新结构就是一典型实例。成昆铁路修建时，铁道部集中了全路科研精英以及部分其他系统的专家，组成五十多个新技术战斗组，开展线路、桥梁、隧道、路基等各专业的新技术攻关，其科研成果在复杂地质、艰险山区修建成昆铁路新技术 获得了国家科技进步特等奖。支挡工程方面，成昆线大力推广了锚杆挡土墙、桩基挡土墙、托盘式路基墙、挖孔抗滑桩等，为支挡工程的新型化跨出了一大步。但由于当时我国总体经济技术水平还比较落后，新型支挡结构的进展也较缓慢。近二十年多来，随着我国国民经济的不断发展，机械、材料工业水平及岩土加固技术水平的不断提高，我国岩土工程中支挡技术水平也获得了迅速发展，支挡结构形式也从过去单纯靠重力维持平衡的挡土墙，发展为采用支撑、土筋复合结构以及锚固技术等多种新型、轻型支挡新技术。例如,悬臂式、扶壁式、锚杆式、加筋土式、锚定板式等新类型的挡土墙以及抗滑桩、桩板式墙、土钉墙、锚索桩等新型的支挡结构迅速得到推广运用。这些新型支挡结构具有结构轻、施工快捷、便于预制和机械化施工、节省材料和劳动力、造价低等优点，很快在各类岩土工程中得到广泛应用。现以几种挡墙作为例子，概略介绍新型支挡结构在我国发展的情况。卸荷板式挡土墙：衡重式挡土墙较以往的重力式挡土墙可节省圬工20%30%，但当挡墙较高时，墙身截面还是很大。因此，又出现了一种改进型的结构形式卸荷板式挡土墙。在地基承载力较高的情况下，卸荷板式挡土墙由于卸荷板的作用，使卸荷板上的填料作为墙体重量，而卸荷板又减少了衡重式挡墙下墙的土压力，增加全墙的抗倾覆稳定性，可节省墙体圬工，从而节省工程投资。前苏联、日本等国家在港工建筑物中对有卸荷板或卸荷平台的挡土结构的研究较多，国内在港工建筑工程方面的应用也较早，主要用在重力式码头、坞墙及岸壁结构。交通部设计院、天津大学等单位对具有卸荷板或卸荷平台的港工结构受力状态和计算方法进行过一些研究 。铁路部门从二十世纪六十年代起对带卸荷板的挡土墙进行过一系列的研究，八十年代末又对卸荷板挡土墙特别是短卸荷板式挡土墙的受力状态进行了系统的分析研究。1990年由铁道部第一勘测设计院主持并与西南交通大学、铁道部第四工程局合作，在侯（马）月（山）铁路上进行了结合工程的科学试验，总结出了短卸荷板挡土墙的设计计算方法，有关内容纳入了铁路路基支挡结构设计规范。1996年铁道部第二勘测设计院设计、第二工程局施工，在南昆铁路修建成功我国第一座高托盘与卸荷板相接合的高托盘卸荷板式铁路路肩挡土墙。锚杆挡土墙：二十世纪四、五十年代，美国、法国、西德等国家就开始利用锚杆加固水电站边坡、隧道及洞口边坡等。例如，1945年，法国修建某大型混凝土建筑物时，发现附近的悬崖出现移动，为了保证其稳定，采用锚杆加固边坡。五十年代中期，在隧道衬砌中，开始采用小型永久性灌浆锚杆，随后，锚杆挡土墙和锚杆护壁在西方国家得到广泛运用。我国二十世纪五十年代开始引进锚杆技术，最初在煤炭系统中使用，随后又在水利、铁道、建筑、国防工程中逐渐推广。1966年铁路部门在成昆铁路上首次将锚杆挡土墙用来加固边坡，成昆铁路共修建小锚杆（锚孔直径为4050mm）挡土墙14处、大锚杆（锚孔直径为100150mm）挡土墙3处，总长度为1029m。锚杆类型为灌浆楔缝式、灌浆钢筋束等，最大墙高为16m。继而在川黔、湘黔、太焦、京九、南昆铁路等线上推广运用锚杆挡土墙，例如，衡（阳）广（州）复线旧横石车站的整体肋板式锚杆挡土墙（长119m，高10m）等，使用效果都很良好。铁道部1990年将锚杆挡土墙纳入铁路路基支挡结构设计规则中，并编制了相应的标准图供设计中运用，加速了这种结构在铁路中的推广使用。建筑、冶金等行业上世纪七十年代末、八十年代初在高层建筑的深基坑支护中也大量采用了锚杆加固技术。由于锚杆在土质边坡中的加固作用比较复杂，铁路路基支挡结构设计规范中规定锚杆挡土墙仅适用于一般地区岩质路堑地段，目前锚杆挡土墙在土质边坡的支挡工程中常用于临时加固工程。土层锚杆设计与施工规范（中国工程建设标准化协会标准）对永久性锚杆的使用作了一些限制，例如，永久性锚杆设计时必须先进行基本试验，永久性锚杆的锚固段不应设置在未经处理的有机质土、液限WL50%的土层、相对密度Dr 0.3的土层等。 加筋土挡土墙：加筋土工程起源于法国，亨利.维特尔于1963年提出加筋土结构新概念，1965年在法国建起了世界上第一座加筋土挡墙 。而后，加筋土挡墙在世界各国迅速发展。我国从二十世纪七十年代初就开始了加筋土挡土墙的研究工作。1979年云南省煤矿设计院在云南田坝矿区建成了我国第一座加筋土挡土墙储煤仓，该挡墙长80m，高2.38.3m，采用钢筋混凝土墙面板 ，素混凝土块穿钢筋作拉筋。该挡墙的建造成功，推动了加筋土挡墙在我国的推广运用。八十年代，先后在公路、水运、铁路、水利、市政、煤矿、林业等部门运用这项技术，加筋土工程的设计计算理论和施工技术也日臻成熟。铁道部1990年将加筋土挡土墙纳入铁路路基支挡结构物设计规则中，交通部也于1991年正式颁发了公路加筋土工程设计规范和施工技术规范。近年来，加筋土技术不断提高，据不完全统计，全国已建成加筋土挡土墙上千余座。许多部门都在相应的设计规范和施工技术规范中列入了有关加筋土技术的内容或条款，结构中已广泛采用钢筋混凝土、复合土工带、土工格栅等材料作为拉筋，墙面板除采用钢筋混凝土面板外，也出现了采用土工合成材料的无面板包裹式加筋土挡土墙。目前，由于土工合成材料发展迅速，加筋土挡土墙中已普遍采用土工合成材料作为拉筋。锚定板挡土墙：锚定板在港口码头护岸工程中用来锚定岸壁钢板桩或混凝土板桩的顶部，已有很久的历史，一般要求锚定板埋设在被动土压区，大多数只用单层。1970年代，铁路系统首先把锚定板结构作为支挡结构运用于铁路路基工程，这种结构由墙面系、钢拉杆、锚定板和填土共同组成。填土的侧压力通过墙面传至钢拉杆，钢拉杆则依靠锚定板在填土中的抗拔力而维持平衡。1974年，铁道部科学研究院、第三工程局、铁三院共同试验研究在太焦铁路稍院首次建成了一座12m高的多层锚定板挡墙。1976年以后，铁路、公路、建筑、航运等在不同线路和边坡工程上修建了一些锚定板桥台、锚定板挡墙，例如，北京枢纽西北环线锚定板挡墙、武汉南环铁路和武豹公路立交桥的锚定板桥台、贵州六盘水小云尚煤矿专用线锚定板挡墙，南平造纸厂锚定板挡墙等，加速了锚定板挡墙的推广。1990年，锚定板挡墙的设计有关要求已纳入铁路路基支挡结构物设计规则。由于锚定板结构是我国修建铁路支挡工程中发展起来的一种新结构，墙面、拉杆、锚定板以及其间的填土组成一种复合结构，受力比较复杂，铁科院、铁三院、铁四院等单位通过试验提出了不同的计算模式，尚有待在实践中进一步研究、验证。土钉墙：1972年，法国瓦尔赛市铁路边坡开挖工程中成功地应用土钉墙来加固边坡，成为世界上首次将土钉墙作为支挡结构运用于岩土边坡的先行者。此后，土钉墙在法国和世界各地迅速推广。我国八十年代初期开始引进这项技术，1980年山西柳湾煤矿的边坡稳定工程中首次运用土钉墙来加固边坡。1987年，总参工程兵科研所在洛阳王城公园首次采用注桨式土钉墙和钢筋混凝土梁板护壁结构相结合的措施成功加固了30m高的护岸。冶金、建筑、铁路、公路等行业也将这项技术运用于基坑边坡加固及路基边坡加固工程中。九十年代基坑采用土钉加固防护的深度为1018m，北京新亚综合楼工程，地下基坑深15.2m，采用土钉支护。南宁至昆明铁路，铁道部第二勘测设计院等单位，为解决软弱松散岩质高边坡的稳定问题，结合工程开展了分层开挖分层稳定新技术的研究，在DK333、DK339等工点采用土钉墙作为路堑边坡的支挡结构，最大墙高27m，属国内路堑土钉墙之最，并根据试验成果，提出了土钉墙设计计算建议公式，其有关成果已纳入新修编的铁路路基支挡结构设计规范中。其后，土钉墙在内昆铁路、株六铁路复线工程、渝怀铁路等路堑边坡支挡工程中大量使用。抗滑桩：抗滑桩是我国铁路部门六十年代开发、研究的一种抗滑支挡结构，一九六六年铁道部第二勘测设计院在成昆铁路沙北1号滑坡及甘洛车站2号滑坡中首次采用钢筋混凝土桩来加固稳定滑坡，桩截面分别为2.02.0m、2.54.0m、2.53.1 m等，桩长为917m，桩间距为48 m，锚固深度为桩长之半。据统计，成昆线在六处滑坡中采用了120根抗滑桩，累计长度为1364m，抗滑效果良好。这种结构很快在铁路路基工程中迅速推广，七十年代湘黔线贵州境内全段采用抗滑桩处理各类问题31处，共340根桩，总延长3342m。襄（樊）渝线位于汉江边的赵家塘滑坡，滑坡主轴长250m、宽500m、厚度约50m、体积约250万m3、滑坡月平均位移最大30mm，如果改线则出现高桥、长隧，并将延误工期，后采用了63根抗滑桩，桩身总延长米1681m，最大桩截面3.57.0m，最大桩长46.7m，稳定了滑坡。襄渝线共采用408根抗滑桩，总延长7796 m 。其后，枝柳、阳安、太焦等线均积极采用抗滑桩整治滑坡，并迅速在岩土工程的各个领域得到推广运用。铁二院、铁道部科学研究院西北分院、西南交大等单位对抗滑桩的设计及计算理论进行了深入的研究。1977年，铁二院、西南交大、成都铁路局等单位在成昆线狮子山滑坡工点进行了抗滑桩的破坏性试验，实测桩的弹性曲线、位移、转角、弯矩、土压力等资料，为理论研究提供了基础数据。抗滑桩设计及计算研究科研项目曾获铁道部科技进步二等奖，有关成果已纳入铁路路基支挡设计规则。九十年代以来，通过南昆线软弱松散岩质深路堑高边坡的结合工程试验 ，研究开发了分层开挖、分层稳定、坡脚预加固新技术 ， 抗滑桩与钢筋混凝土挡板、桩间挡土墙、土钉墙、预应力锚索等结构结合组成桩板墙、锚索桩等复合结构，大量使用在路堑边坡的坡脚预加固工程。这些复合结构后来在内昆、株六复线、渝怀线等新线建设工程中，得到推广运用。 预应力锚索：预应力锚索技术用于岩土工程在国外已有很长的历史，1933年阿尔及利亚首次将锚索用于水电工程的坝体加固。四十年代至七十年代，锚索技术得到迅速推广，加固理论和设计方法逐步完善。我国从六十年代开始引进这项技术，1964年梅山水库使用锚索技术加固右岸坝基获得成功。七十年代开始该项技术在我国的国防、水电、矿山、铁路等领域逐步推广。八十年代以来预应力锚索更是广泛应用于岩土工程中，铁道部第二勘测设计院1988年在四川阿坝州草坡水电厂马岭山隧洞滑坡整治工程中，采用预应力锚索稳定滑体取得成功，另外对岩石预应力锚索技术研究和应用的科研成果获国家科技进步三等奖。进入九十年代后，一方面因为预应力锚索理论研究的不断深入，另一方面国内预应力锚索技术所需的高强度低松弛钢绞线材料及施工机械的发展、价格的降低，大大促进了预应力锚索技术的运用。1992年福建梅剑铁路采用137根预应力锚索加固处于临界平衡状态的开裂边坡，1993年外福线绿水车站西溪右岸采用预应力锚索整治滑坡，均取得了成功。由于预应力锚索具有施工机动灵活、消耗材料少、施工快、造价低等特点，九十年代中期，在南昆铁路工程建设中，广泛应用于整治滑坡、加固顺层边坡、加固危岩，以及与抗滑桩相结合组成锚索桩等，在加固软质岩路堑高边坡等工程中发挥了巨大的作用，锚索加固技术得到较大发展，并迅速在全国山区铁路、公路路基支挡工程中推广应用。三、支挡结构将进一步不断发展不断创新 （一）、支挡结构的形式将不断创新新型支挡结构是由于不同的岩土工程需要而不断发展的，岩土工程技术人员为了在某些特殊地形或特殊地质条件下保证边坡的稳定，往往要设计一些新的结构形式，有些已逐步推广应用如上面介绍的一些新型支挡结构，有些结构在一些特定的条件下起了较大的作用，但由于其结构比较特殊或理论研究未跟上，尚未得到推广或后来被其他结构逐渐代替，例如对拉式挡土墙、带洞路基墙、檐式挡墙、竖向预应力挡土墙等。对拉式挡土墙（见图1-2）也是一种新型轻型支挡结构，由墙面板（有肋柱或无肋柱）， 图 1-2 对拉式挡土墙拉杆和基础组成，由中间的拉杆将两侧墙面系连成一个整体，填土对墙面板的土压力通过墙面系作用于拉杆，由拉杆的抗力来平衡。对拉式挡土墙适用于地形受限制而需要两侧修筑挡土墙的地方，如市政道路桥头路堤，公路互通立交匝道，穿越良田的铁路和公路等。对拉式挡土墙的墙背土压力、填土对拉杆的次应力等，是大家争论的问题之一，当工点的地面横向坡度较大时也不太适用，目前工程实例不多 。二十世纪八十年代，陕西省千（阳）陇（县） 南线上采用了这一结构形式，对拉式双墙面路堤高度为10m、长62m、宽8m，拉杆为10园钢及256mm、236mm工业废钢带。九十年代，铁道部第二勘测设计院在广通至大理铁路设计了一座铁路路肩对拉式挡土墙。带洞路基墙为墩式浆砌片石墙身上设置拱型混凝土托盘式墙体的挡土墙（见图1-3），墩间孔跨为3m、4m、5m。由于路基墙横断面方向上在路肩位置设有托盘，使路基墙墙体 图 1-3 带洞路基墙位于线路中心，在地面横坡很陡的地方，其建筑高度比路肩挡墙低得多，且纵向又是带洞的，圬工量比路肩挡墙小，在一定的地形、地质条件下，带洞路基墙可与谷架桥、顺河桥比较选用，成昆线上设计了多处带洞路基墙，但由于其地基承载力要求较高，目前常被桩基托盘挡土墙代替。檐式挡土墙（见图1-4）常用在山势陡峻的路堑边坡或隧道洞口边坡，当边坡上方有 图 檐式挡土墙工程实例图 图 1-4 檐式挡土墙小量的坍方落石，而路基外侧堆积层厚，基岩埋藏较深，以往多设置长腿明洞，施工复杂，造价较高。在这种情况下，成昆线上采用檐式挡土墙，与长腿明洞比较，其施工简便，投资较低，效果比较好，但檐式挡土墙的钢筋混凝土挑檐比较单薄，其抵挡危岩落石的能力较低。 竖向预应力挡土墙由圬工墙身和预应力锚杆（锚索）组成（见图1-5）。竖向预应力挡土墙借助锚杆（锚索）的预拉应力对墙身施加竖向力，增加了墙身抗倾覆和抗滑能力，起 图 1-5 竖向预应力锚杆挡墙到代替部分墙身圬工重量的作用，从而减少墙身的断面尺寸。竖向预应力挡土墙具有节省圬工、造价低廉和施工方便等优点，适用于岩石地基上承受较大侧向推力的挡土墙。以上介绍的是一些曾经使用过的特殊挡土墙，随着工程的需要以及技术革新的不断发展，近年来国内外都出现过一些新的支挡结构，例如，倒Y型挡土墙、槽型挡土墙、钢筋混凝土预制块拼装式挡土墙等。倒Y型挡土墙（见图1-6）是用于高填土的边坡，因其墙 图 1-6 倒Y型挡图墙身为倒Y型，踵板上的土体垂直压力加上墙身的重量使得墙踵部的土压力大于趾部的土压力，所以墙身的抗倾覆稳定性较高，而这一墙型由于其合力几乎垂直作用于踵板，其抗滑能力也很大。倒Y型挡土墙既利用了扶壁式挡土墙的优点，又减轻了重量，经济效益好，便于机械化施工。槽型挡土墙常用在陡峻山坡地区，当路基靠山一侧需设置路堑挡土墙，而路基外侧也需设置路肩挡土墙，但地基软弱、稳定性差，这时可考虑采用槽型挡土墙（见图1-7）。槽型挡土墙由上挡、下挡、连接底板及齿墙四部分组成，下挡顶端可设置人行道，以 图 1-7 槽型挡土墙争取外侧地基襟边宽度。上挡承受的土压力较下挡大，故连接底板可做成变截面的，由上挡一端逐渐向下挡一端减薄，这样也使槽内底板形成向外倾斜的排水坡。在地铁地下隧道与地面线的过渡地段，当地基软弱时，也常采用槽型档土墙，这时由于地面较平，两侧墙高相等，也称其为U型挡土墙。近几年，高速铁路、 高速公路以及城市地铁的快速发展，槽型挡土墙先后在成都地铁、海南东环线、南京地铁、成灌客专、成绵乐客专等众多铁路干线中得到应用，这为设计者积累了宝贵的工程经验，其设计理论在不断的完善和发展中，该结构作为一种新型铁路路基支挡结构已被逐渐推广和应用。路基桩板结构是无砟轨道高速铁路一种新的路基结构形式，主要由钢筋混凝土桩基、桩周土体、托梁和承台板四大部分组成。无砟轨道高速铁路对工后沉降控制标准非常严格，一般要求路基在铺设轨道后只允许出现不大于15mm的沉降。在软土、松软土、湿陷性黄土地区，常用的地基处理加固方法，难以满足高速铁路地基承载力和工后沉降要求，因此采用桩板结构来支承铁路上部结构和路堤填方。桩板结构的桩基竖向穿透松软土层，可严格控制高速铁路路基工后沉降；桩周土体对桩基的侧向抗力，使桩板结构路基具有较大的纵横向刚度。相比于桥梁结构，桩板结构更适用于挖方以及低填方路段，也适用于既有铁路提速对软弱路基的加固处理，在技术经济方面具有一定的优势。另外，桩板结构施工机具通用、施工方法简易。 图 1-8 路基桩板结构钢筋混凝土预制块拼装式挡土墙在国内见到的有框架式挡土墙等，国外也有用大型混凝土预制块砌筑挡墙的。由于劳动力的成本越来越高，随着施工机具的不断发展，混凝土预制块的大型化、拼装化的可能性越来越大，采用钢筋混凝土预制块拼装式挡土墙将是支挡结构发展的方向之一。 从以上一些特殊的新型支挡结构使用情况可以看出，新型支挡结构往往是适应某种特殊条件工程需要而出现的。反过来，支挡结构中大量推广运用新技术、新结构、新工艺，增加了岩土工程克服陡峻地形和不良地质艰难工程的技术手段，也促进了支挡工程技术水平的不断发展和提高。今后，随着我国建设工程的不断发展，科技水平的不断提高，还会有一些新的结构形式不断出现，我国的支挡技术水平也将不断的迈上新的台阶。（二）、新型支挡结构设计计算理论的不断创新传统的重力式挡土墙的设计一般采用库仑土压力理论，当墙体向外倾斜变形使墙后土体达到主动土压力状态时，假定土中的主动土压滑动面为平面按滑动土楔的极限平衡条件求算主动土压力（如果墙背坡俯斜较大，则按第二破裂面土压力公式计算），当墙体向内倾斜变形使墙后土体达到被动土压力状态时，则按假定的平面或复合土压滑动面来计算被动土压力。新型支挡结构的不断出现，带动了对支挡结构设计理论的试验研究，加筋土挡土墙、锚定板挡土墙、土钉墙等复合型挡土墙都根据各种结构的特点进行了室内模型试验和现场测试，对其墙背松弛区（或破裂面）和土压力提出了新的计算公式。而抗滑桩、土钉墙、预应力锚索等结构的大量推广应用，使得支挡结构与被支挡体之间已不能简单用极限平衡条件来解释，支挡结构与被支挡岩土体相互共同作用的机理开始得到比较深入的研究。例如，滑坡体和抗滑桩相互作用的位移机理、边坡开挖松弛区的弹性理论分析及数值分析、坡体与加固支挡结构相互作用机理等等。这些机理的研究，对进一步合理确定作用于支挡结构上的荷载以及合理进行新型支挡结构的内力分析具有非常积极的意义。 四、分层稳定施工法和信息施工法支挡结构的设计，除了要保证结构的稳定外，还要考虑该结构如何施工，也就是如何把设计在图纸上的结构放到现实中去。支挡结构工程所处位置的工程地质条件往往很差。例如山区铁路有许多线路是沿河谷陡坡行进的，南昆线从广西盆地爬上云贵高原，线路行进在乐里河谷和南盘江峡谷，内昆线水富岔河段是在横江河谷行进，线路定线要完全避开断层带是不可能的。这些地段由于地质构造作用岩层节理发育，风化严重，在边坡开挖过程中，常难以保持边坡自身的临时稳定而出现坍滑。尤其目前因施工机械化程度的提高，边坡的开挖速度很快，但后续支挡防护工序间隔大，软质岩边坡开挖后暴露时间长，边坡临时稳定受各种因素影响问题更为突出。所以，受地质构造影响风化严重、节理发育、岩体破碎的软质岩挖方边坡在设计中常作为一种不良地质工点来设计。通过前几年结合工程现场试验，我们提出了“软弱松散岩质边坡分层开挖、分层稳定、坡脚预加固”的设计思路，其中，关键是边坡坡脚的稳定。在上部边坡分层施工完成后，如果路堑坡脚部分在施工过程中出现失稳，则会造成上两级已完工的护墙出现开裂、倒塌，甚至造成整个边坡的坍滑，因此要采用坡脚预加固的方法。上述实例说明，支挡结构设计要根据工点地质特性、施工条件来选择支挡结构的形式，确定施工工序。分层开挖、分层稳定、坡脚预加固的设计思路目前已被岩土工程界广泛接受，建筑边坡工程技术规范GB503302002中把这种方法称为“逆作法”，即自上而下分阶开挖与支护的一种施工方法。随着现代自然科学的发展，各门学科相互交叉、渗透、联系，目前信息的概念和一些基本理论已超出了原来的领域而逐步推广于其他领域，信息施工法就是一种逐渐被大家接受的新观念。岩土工程体系本身是一个信息库。岩土工程信息一般从以下几个方面获取：一为观察信息，由地质调查、勘探等方法得到的信息；二为经验信息，即技术人员设计和施工的经验总结；三为理论信息，根据理论计算、试验研究得到的信息；四为施工信息，通过工点开挖和施工获得的信息。由于岩土工程地质情况的复杂性、隐蔽性，设计者从前三方面获得的信息不一定能完全符合工点的实际情况，而从施工中可以获得更多更可靠的信息。信息施工法就是主张从开挖施工过程中获取尽量多的信息，及时进行分析处理，用以修正设计，指导施工。通过近几年一些试验工点的实践，信息施工法在处理地质复杂的工点中发挥了很大的作用，既能保证施工安全，又能提高工程质量，是今后支挡结构设计、施工的发展方向。五、岩土工程生态环境保护问题岩土工程生态环境保护问题已在岩土工程界得到广泛重视，支挡结构的设计和施工如何与边坡植被防护有机结合，这是当前支挡结构设计面临的新课题。日本、韩国在处理高边坡坡面绿化时，将支挡加固结构与植被技术结合得较好，整个坡面尽量突出绿色植被。欧美国家的公路沿线大多是低矮边坡，坡面绿化一般采用经济实用的方法，例如活枝扦插、树枝压条等，另外也发展了液压喷播技术。国内在植被护坡技术应用方面，上世纪九十年代前一般多采用撒草种、穴播或沟播、铺草皮、片石骨架内植草等护坡方法。九十年代，液压喷播技术、土工网植草护坡技术在铁路、公路、水利等工程的边坡工程中陆续获得应用。而对于岩石边坡植被护坡问题，西南交通大学岩土工程研究所、铁道第二勘察设计院及四川省励自生态技术有限公司等单位于2000年开发出了岩石边坡厚层基材喷射护坡工程技术，该项技术实现了工程边坡防护与恢复植被的有机结合，适用于岩石边坡和劣质土坡。国内对植被护坡技术的应用研究，已经做了许多工作，提出了相应的技术措施和施工方法，有了一个很好的开端，有些部门已开始规范这方面的工作，以利其健康发展。例如，为了加强铁路交通的绿色通道建设，铁道部组织有关部门编制了铁路路基边坡绿色防护技术暂行规定。该规定把全国分为一般地区、干旱地区和寒冷地区，对这些地区的岩土边坡的绿色防护设计和施工做了较合理的规定，另外对工程竣工验收、质量检验和评定标准也作了相应规定，这将更好促进植被防护技术在铁路设计施工方面的规范化。第二节 支挡结构类型及使用范围一、 支挡结构的分类支挡结构类型划分方法很多，一般有按支挡结构的材料、结构形式、设置位置、设置地区等进行划分的，现说明如下：（一） 按结构形式分：1. 重力式挡土墙（包括衡重式挡土墙）；2. 托盘式挡土墙和卸荷板式挡土墙；3. 悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙；4. 加筋土挡土墙；5. 锚定板挡土墙；6. 抗滑桩和由此演变而来的桩板式挡土墙；7. 锚杆挡墙；8. 土钉墙；9. 预应力锚索加固技术和由此发展而来的锚索桩等桩索复合结构；10. 桩基托梁挡土墙。11. 槽型挡土墙。12. 桩板结构。(二)按设置支挡结构的地区条件划分，分为一般地区、地震地区、浸水地区、以及不良地质地区和特殊岩土地区等。（三）按支挡结构的材料划分，分为浆砌片石支挡结构（如浆砌片石挡土墙）和混凝土支挡结构（如混凝土挡土墙、抗滑桩和桩板式挡土墙、桩基托梁挡土墙、槽型挡土墙、桩板结构等）土工合成材料支挡结构（如包裹式加筋土挡土墙）以及复合型支挡结构（如卸荷板式或托盘式挡土墙、土钉墙、预应力锚索、锚索桩等）。（四）按支挡结构设置的位置划分，可分为：1. 用于稳定路堑边坡的路堑边坡支挡结构；2. 用于稳定路堤边坡的路堤边坡支挡结构，其又可分为墙顶与路肩一样平的路肩式支挡结构及墙顶以上有一定填土高度的路堤式支挡结构；3. 用于支承铁路上部荷载或路堤填方的支挡结构。4. 用于稳定建筑物旁的陡峻边坡减少挖方的边坡支挡结构；5. 用于稳定滑坡、岩堆等不良地质体的抗滑支挡结构；6. 用于加固河岸、基坑边坡、拦挡落石等其他特殊部位的支挡结构。二、常用支挡结构类型介绍 （一）重力式挡土墙1. 依靠墙身自重承受土侧压力；2. 一般用浆砌片石砌筑或混凝土（片石混凝土）灌注；3. 形式简单、取材容易、施工简便；4. 适用于一般地区、浸水地区、地震地区等地区的边坡支挡工程，当地基承载力较低时或地质条件较复杂时应适当控制墙高。 （二） 衡重式挡土墙 1. 利用衡重台上的填土重量及墙体自重共同抵抗土压力以增加墙身的稳定性； 2. 由于墙胸坡陡、下墙背仰斜，在陡坡地区可降低墙高，减少基坑开挖面积； 3. 主要用于地面横坡较陡的路肩墙和路堤墙，也可用于拦挡落石的路堑墙。（三）卸荷板式挡土墙1. 在衡重式挡墙的墙背设置一定长度的水平卸荷板，卸荷板上的填料作为墙体重量，而卸荷板又减少了衡重式挡墙下墙的土压力，增加全墙的抗倾覆稳定性；2. 地基强度较大地段、墙高大于6m时，卸荷板式挡土墙与衡重式挡墙比较显示出优越性，铁路系统目前在铁路路基支挡结构设计规范中规定本结构使用范围为墙高大于6m、小于12m的路肩墙。（四）托盘式挡土墙 1. 在挡墙顶部设置钢筋混凝土的托盘及道碴槽，承受线路上部建筑和列车的重量。2. 在山区地面陡峻地带或受既有线建筑物影响横向空间受限制时，设置托盘式挡土墙可降低墙高、缩短横向距离；3. 要求挡墙的地基承载力较高。（五）悬臂式挡土墙1. 采用钢筋混凝土材料、由立臂、墙趾板、墙踵板三部分组成，墙的断面尺寸较小；2. 墙高时立臂下部的弯矩较大；3. 宜在石料缺乏、地基承载力较低的填方地段使用。4. 墙高不宜大于6 m、当墙高大于4m宜在墙面板前加肋。（六）扶壁式挡土墙1. 当悬臂式挡墙的立臂较高时沿墙长方向每隔一定距离加一道扶壁把墙面板和墙踵板连接起来，以减小立臂下部的弯矩；2. 扶壁式挡墙宜在石料缺乏、地基承载力较低的地段使用，墙高不宜大于10m。装配式的扶壁式挡土墙不宜在不良地质地段或设计地震动峰值加速度为0.2g（原八度）及以上地区采用。（七）锚杆挡土墙1. 锚杆挡土墙是由钢筋混凝土肋柱、墙面板和锚杆组成，靠锚杆拉力来维持稳定，肋柱、挡板可预制，有时，根据地质和工程的具体情况，也采用无肋柱式锚杆挡土墙；2. 锚杆挡土墙适用于一般地区岩质或土质边坡加固工程（铁路支挡规范规定目前仅使用于岩质路堑边坡），可采用单级或多级，在多级墙的上下级之间应设平台，每级墙高不宜大于8m，总高度宜控制在18m以内。 (八)锚定板挡土墙1. 锚定板挡土墙是由钢筋混凝土墙面板和锚杆及锚定板共同组成，靠固定在稳定区的锚定板提供的抗拔力来维持墙体的稳定，有时，根据地质和工程的具体情况，也采用无肋柱式锚定板挡土墙；2. 锚定板挡土墙适用与一般地区墙高不大于10m的路肩墙或路堤墙，设计时可采用单级或双级。在双级墙的上下级之间应设平台。单级墙高不宜大于6m，双级墙总高度宜控制在10m以内。 （九）加筋土挡土墙1. 加筋土挡土墙是由墙面系、拉筋和填土共同组成的挡土结构，由拉筋和填土间的摩阻力维持墙体的稳定。墙面板宜采用钢筋混凝土板，拉筋宜采用土工格栅，也可采用钢筋混凝土板条、钢带、复合拉筋带等。目前也有采用土工合成材料作拉筋的包裹式（无面板）加筋土挡墙；2. 加筋土挡土墙由于其为柔性结构对地基承载力的要求不高，能适应地基轻微的变形。铁路工程中加筋土挡墙可使用在一般地区、地震地区的路肩墙、路堤墙，在铁路一级干线上加筋土挡墙的高度不宜大于10m，高度大于10m或用在其他地区时按特殊设计考虑 。高速铁路在满足变形和沉降控制的情况下也可使用加筋土挡土墙但应降低墙高。 （十）土钉墙1. 土钉墙一般由土钉及墙面系（钢筋网和喷射混凝土构成的面层）组成，靠土钉拉力维持边坡的稳定；2. 土钉墙可用于一般地区及破碎软弱岩质边坡加固工程，在腐蚀性地层、膨胀土地段及地下水较发育或边坡土质松散时，不宜采用土钉墙。土质边坡土钉墙总高度不应大于10m，岩质边坡土钉墙总高度不应大于18m，单级土钉墙高度宜控制在10m以内。 （十一）抗滑桩1. 抗滑桩是一种由其锚固段侧向地基抗力来抵抗悬臂段的土压力或滑坡下滑力的横向受力桩（当用在非滑坡工程时常称其为锚固桩），在土质和松散软弱岩质地层中常设置锁口和护壁；2. 抗滑桩常用于稳定滑坡、加固其他特殊边坡（例如作为软弱松散岩质路堑边坡的预加固桩），桩间距一般为610m，桩的截面最小边长不小于1.25m。 （十二）桩板式挡土墙1. 桩板式挡土墙是一种在桩之间设挡板或土钉等其他结构来稳定土体的挡土结构；2. 桩板式挡土墙可用于一般地区、浸水地区和地震区的路堑和路堤支挡，也可用于滑坡等特殊路基的支挡工程。桩的自由臂长度不宜大于15m,桩间距宜为58m。当桩的地面以上长度较大或桩侧土压力较大时,可在桩上部加设锚索（杆）组成预应力锚索（杆）桩。 （十三）桩基托梁挡土墙1. 桩基托梁挡土墙是一种由基桩、托梁及挡土墙组成的复合结构来稳定土体的挡土结构；2. 桩基托梁挡土墙一般用在地基承载力不满足需要的地段，当地面陡峻或地表覆盖层为松散体时，采用桩基础将基底置于稳定地层。挡土墙墙高控制在10m以下，托梁底一般置于原地面。 （十四）槽形挡土墙1. 槽型挡土墙由钢筋混凝土底板和钢筋混凝土边墙组成，适用于地下水丰富、地下水位较高，降水、排水或放坡条件受到限制的挖方、填方地段路基；2. 在陡峻山坡地区，当路基靠山一侧需设置路堑挡土墙，而路基外侧也需设置路肩挡土墙，但地基软弱、稳定性差，这时也可考虑采用边墙不等高的槽型挡土墙。 （十五）桩板结构1. 桩板结构是路基地基处理的一种新型方法，是用来支撑铁路上部结构和路堤填方的一种新型结构，主要由钢筋混凝土桩基、托梁和承台板或桩基和承台板组成；2. 桩板结构适用于基础变形控制严格的深厚软弱地基、湿陷性黄土地基低路堤、路堑，桥隧间短路基过渡段，岔区路基及既有路基加固。 （十六）预应力锚索1. 预应力锚索由锚固段、自由段及锚头组成，通过对锚索施加预应力以加固岩土体使其达到稳定状态或改善结构内部的受力状态，预应力锚索采用高强度低松弛钢绞线制作；2. 预应力锚索可用于土质、岩质地层的边坡及地基加固，其锚固段宜置于稳定地层中。预应力锚索也常与抗滑桩结合组成锚索桩，以减小抗滑桩的锚固段长度及桩身截面。第三节 支挡结构设置原则一、设置原则（一）陡坡路堤，地面横坡较陡，路堤边坡形成薄层填方，采用支挡结构收回坡脚，提高路基的稳定性。（二）路堑设计边坡与地面坡接近平行，边坡过高，且形成剥山皮式的薄层开挖，破坏天然植被过多，采用支挡结构以降低路堑边坡，减少对环境的破坏。（三）稳定基坑边坡。（四）不良地质地段为提高该地质体的稳定性或提高建筑物的安全度：1. 为加固滑坡、岩堆、软弱地基等不良地质体；2. 为拦挡危岩、落石、崩塌等；3. 在特殊土地段或软弱松散岩质地段的路堑边坡，采用坡脚预加固技术时。（五）滨河滨海地段填方其坡脚伸入水中，水流冲刷影响填方边坡的稳定，为了收回坡脚或减少对水流的影响时。（六）为避免对既有建筑物的影响破坏或干扰时。（七）为了减少土石方数量或少占农田时。（八）其他特殊需要时。二、支挡结构设置位置的选择（一）路堑支挡结构的位置通常设置在路基侧沟边，有时结合边坡的地质条件也可设置在边坡的中部，但要保证墙基以下边坡的稳定。（二）路堤挡土墙与路肩挡土墙比较，当其墙高、工程数量、地基情况相近时，宜设路肩挡土墙。当路肩挡土墙、路堤挡土墙兼设，其衔接处可设斜墙或端墙。（三）滨河挡土墙要注意设墙后的水流平顺，不致形成漩涡，发生严重的局部冲刷，更不可挤压河道。（四）滑坡地段的抗滑支挡工程，应结合地形、地质条件、滑体的下滑力，以及地下水分布情况，与清方减载、排水等工程综合考虑。（五）带拦截落石作用的挡土墙，应按落石宽度、规模、弹跳轨迹等进行考虑 。（六）受其他建筑物（如：公路、房屋、桥涵、隧道等）控制的支挡结构的设置，应注意保证既有建筑物的稳定和安全 。 第四节 支挡结构设计要求及注意事项 一、支挡结构设计要求（一）支挡结构的设计，应贯彻国家技术经济政策，按全面规划、远期近期结合、统筹兼顾的原则。（二）支挡结构设计应满足各种设计荷载组合下支挡结构的稳定、坚固和耐久。结构类型的选择及设置位置的确定，应安全可靠、经济合理、便于施工养护，结构材料应符合耐久、耐腐蚀的要求。混凝土结构耐久性设计应符合铁路混凝土耐久性设计的有关要求，一般铁路路基支挡结构使用年限按铁路路基支挡结构设计规范规定，钢筋混凝土结构设计使用年限为60 年。高速铁路路基支挡结构的使用年限应按“高速铁路设计规范”（试行）的要求，路基主体工程设计使用年限不少于100年。（三）支挡结构荷载分类 ： 1. 主力：支挡结构承受的岩土侧压力或滑坡推力 支挡结构重力及结构顶面承受的恒载 轨道、列车、汽车、房屋等荷载产生的侧压力 结构基底的法向反力及摩擦力 常水位时静水压力及浮力（常水位指每年大部分时间保持的水位）2. 附加力： 设计水位的静水压力和浮力 水位退落时的动水压力 波浪压力 冻涨力和冰压力（不与波浪压力同时计算）3. 特殊力： 地震力（洪水与地震不同时考虑） 施工荷载及临时荷载 其他特殊力作用在支挡结构上的力系一般只考虑主力的影响，在浸水和地震等特殊情况下，尚应考虑附加力和地震力的作用。（四）铁路列车动荷载应采用中华人民共和国铁路标准活载（即“中活载”），轨道和列车荷载按换算土柱法计算，活载分布于路基面上的宽度，自轨枕两端向下按45扩散角计算。以往铁路支挡结构设计规范中明确规定可不计冲击力、离心力、制动力和摇摆力。2006年铁路路基支挡结构设计规范修订时考虑到我国铁路运行速度不断提高，运行速度提高后冲击力、离心力、制动力和摇摆力的影响问题尚需作进一步的研究，故取消了原规范中的“可不计冲击力、离心力、制动力和摇摆力”这条规定，要求设计中应考虑列车动载的影响。架桥机等运架设备应作为临时荷载进行验算。公路车辆荷载标准应按现行公路桥梁设计通用规范的规定采用，车辆荷载按换算等代匀布土来代替。（五）挡土墙结构计算时应根据可能出现的作用荷载，选择荷载组合，并取最不利荷载组合进行设计。 （六）必须查明山体和地基的工程地质、水文地质条件，获取必要的岩土物理力学参数。支挡工程的基础部分，尤其是抗滑桩及预应力锚索的锚固段，应有足够的勘探资料以提供准确的地基基础、锚固段位置（深度）和岩土力学指标。（七）支挡结构设计应符合环保及其他国家有关规定。二、设计方案的比选（一）设计前应认真进行调查研究，广泛收集资料，查明山体和地基的工程地质、水文地质条件，获取必要的岩土物理力学参数，充分进行方案比选。铁路、公路路基工程要避免高填深挖，根据线路具体工程地质条件，路堑、路堤边坡宜控制在适当高度以内，超过此限应进行平纵剖面优化设计或与修建桥、隧工程进行比较；确实无法避免时，应切实做好边坡防护和加固工程，不留后患。因此，高填深挖工点在设计中，在采取支挡结构方案前，既要做好线路平纵面优化和与修建桥、隧方案的比较工作，同时也要做好支挡结构方案本身的比选工作。各类支挡工程设计都应根据工程用途、工点工程地质条件等做好支挡结构的方案与清方减载或其他能代替支挡结构的结构物方案的比选工作。 （二）支挡结构设计中应进行以下各种方案的比选工作：1. 平面位置的确定：根据工程的需要，结合工程总平面布置图、工点的地形图、纵、横断面图及相应的工程地质资料，确定支挡结构的起、终点位置。抗滑支挡工程宜在横断面上选择下滑力较小的地段设置支挡结构；2. 支挡结构类型的选择：根据工程特点、地质条件、当地材料供应情况、进行支挡结构类型的方案比选；3.支挡结构建筑材料及截面尺寸的比选。（三）设计方案的比选，在满足技术可行、 安全可靠的前提下，应综合考虑施工条件、环境影响及造价经济等因素。三、设计步骤（一）搜集设计工点的地形、地质资料（1/200的横断面图、1/2001/500的纵断面图、1/5001/2000的平面图）。（二）大致确定支挡结构在平面和横断面上的位置。（三）初步选择支挡结构的类型，在高填、深挖或不良地质情况下支挡结构工程难度大时应与改线移位或设桥、隧等进行比较。（四）经比选后具体确定支挡结构形式。（五）计算各种工况下的土压力或下滑力，确定最不利工况。（六）支挡结构强度设计。（七）支挡结构稳定性设计。（八）绘制支挡结构横断面图、正面图、平面图，计算工程数量，编写设计说明。四、设计注意事项（一）对挡土墙基底下持力层范围内的软弱层或挡土墙位于斜坡上时，应检算其整体稳定性。 （二）同一地段支挡结构的形式不宜过多，以免施工困难及影响美观。（三）支挡结构与路堤连接可采用锥体填土连接。支挡结构与桥台、隧道洞门、既有支挡结构的连接应协调配合。城市与风景区的支挡结构宜考虑与其他建筑物的协调。 （四）当墙身位于弧形地段，例如公路回头弯、桥头锥体坡脚处的挡墙，因受力后容易出现竖向裂缝，宜缩短伸缩缝间距或采取其他加固措施。（五）当路基两侧同时设置路堤和路堑挡土墙时，要求过路肩墙踵与水平成角的平面，不得深入到路堑墙的基础面以下，否则应加深路堑墙的基础，或将两者设计成一整体结构，如图（b）。 图（a） 图 (b) 图 1-8 路肩、路堑挡土墙布置图 （六）铁路站场路肩支挡结构的设计应注意调车作业的安全与方便。 （七）电气化铁路区段和埋设电缆区段的路肩墙，应预留电杆及电缆的坑、槽、沟、洞位置，并注意工程的配合。 (八) 改建铁路、公路和增建新线工程中，支挡结构设计应注意采取措施减少对既有线路的行车干扰、保证既有线路的行车安全。 （九）由于岩土工程的复杂性，支挡结构设计所需的岩土物理力学参数受各种因素影响，设计方案难以完全符合工程实际。因此重点支挡工程和新型挡支挡结构，设计时应包括一定的现场监测要求，以便及时获取支挡结构的受力、变形、位移情况。施工过程中，应按照信息施工法的要求，及时反馈信息，必要时变更设计、施工方案，以确保工程安全，取得最佳支挡效果。（十）为了控制水土流失，加强环境保护，支挡结构及其有关的边坡防护设计有条件时应优先采用绿色防护工程。 五、施工关键技术说明（一）支挡结构基础基坑开挖至设计高程后，应核对地质资料，及时进行基底承载力检测，经验收合格后，方可进行基础施工。当地质情况与设计不符或基底承载力不足时，应按规定变更设计。（二）支挡结构的基础、抗滑桩的桩井开挖、出碴、运输应符合现行有关规定。孔下爆破应采取减振措施。弃碴不应堆放在滑坡范围内。（三）锚杆挡土墙、土钉墙等支挡结构施工时应按“自上而下，分层开挖，分层锚固，分层喷护”的原则组织施工，不应使坡面长期暴露风化失稳。分层开挖高度应按坡面土质允许暴露的时间结合锚杆、土钉排距确定。（四）锚杆、土钉、预应力锚索等钻孔可采用水钻或干钻，当水钻可能影响边坡或山体稳定时，应采用干钻。钻孔时应记录地层变化情况，核实地层分界面、滑动面高程及设计长度，置于稳定岩层中锚固段长度应符合设计要求。（五）锚杆、土钉、预应力锚索等结构施工前应选择与工程施作点相同的地层进行拉拔试验，以验证锚固段的设计指标，确定施工工艺参数。（六）路肩及路堤墙混凝土强度达到设计强度的70%后，方可进行墙背填筑，墙背填料的种类、质量应符合设计要求，并应分层填筑，压实质量应符合路基相应部位的设计要求。 （七）当路基两侧同时设置路堤和路堑挡土墙时，一般应先施工路肩墙，以免在施工路肩墙时破坏路堑墙的基础。（八）当支挡结构施工位于滑坡等不良地质地段时，设计中应对施工的有关安全措施、施工工序等加以说明，并要求施工设置对滑坡变形、移动的观测标桩，制定井下作业和撤离人员的安全防护技术措施等。 / 19