柔性结构在滑坡整治中的应用

2016-10-21姜凤兰

铁道勘察 2016年2期

关键词：格宾坡脚挡墙

姜凤兰

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055)

柔性结构在滑坡整治中的应用

姜凤兰

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100055)

山区高速公路、铁路建设，不可避免的会遇到高填深切路段，在进行支挡结构设计时既要考虑结构的整体稳定性、结构排水，还要考虑到因填方土体或挡墙基础土体的固结变形给支挡结构带来的附加变形，河道边设置支挡结构时还应考虑到河流的冲刷、掏切对结构变形的影响，同时还应考虑到支挡结构与自然环境的协调性。作为柔性支挡结构的一种，格宾挡墙能很好的适应上述因素。结合某线孝子店滑坡整治工程具体情况，详细论述格宾挡墙的特点及设计原理，并利用格宾挡墙达到了抢工抢险效果，确保了桥梁施工按期恢复。

格宾挡墙柔性支挡结构变形设计原理

在山区高速公路、铁路建设中，支挡结构设计既要考虑结构的整体稳定性、结构排水，还要考虑到因填方土体或挡墙基础土体的固结变形给支挡结构带来的附加变形，河道边设置支挡结构时还应考虑到河流的冲刷、掏切对结构变形的影响，同时还应考虑到支挡结构与自然环境的协调性。格宾挡墙作为柔性支挡结构的一种，能很好的适应上述因素，尤其是抢险救灾、抢通保通工程中，常规的砌体结构或混凝土结构圬工量大，造价高，地基处理工期长，而格宾挡墙因施工快捷、对地基承载力的要求低、造价低廉，在工程实际中能发挥很好的作用[1-3]。

1　概述

格宾是指由机械编织而成的双绞合六边形金属网面构成的箱形结构，将抗腐、耐磨、高强的低碳高镀锌钢丝或铝锌合金钢丝(或同质包塑钢丝)，由机械编织成双绞合六边形网目的网片。根据工程设计要求组装成箱笼，并装入块石等填充料后连接成一体的结构，用做堤防、路基防护、边坡支挡等工程的新技术。

该工艺起源于欧洲，已有一个世纪的历史，已成功地应用于水利工程、公路、铁路工程、堤防的保护工程中[4-5]，较好地实现了工程结构与生态环境的有机结合。在世界范围内，已经成为保护河床、治理滑坡、防治泥石流、防止落石兼顾环境保护的首选结构形式。

2　格宾挡墙特点及其技术参数

2.1特点[6]

(1)加强结构

能承受任何类型的应力，特别是拉应力和剪应力。钢丝网格结构不仅在容纳填石上发挥作用，更对整体结构进行了集中加强。为使结构拥有最大可能的强度，应对格宾类型进行正确的选择，并且要采取正确的拉筋方法。

(2)柔性结构

格宾石笼是通过钢丝进行连接，在受力情况下石笼之间会发生变形，但这种变形对结构的完整性会有好处，变形是复杂应力再调整的过程。笼内填石随结构的变形发生相对移动，引起应力重分配，使之与钢丝笼共同受力。

在设计完成时，强调其可变形度的重要性是很有必要的，事实上，土应力的变化、分布和最终确定都取决于格宾结构是否发生变形以及变形的程度。

(3)具有渗透性的结构

可聚集地下水并且使之流出，从而消除或者减少导致土壤不稳定的主要原因-墙背水压力。

由于大气循环而促使水分从填石之间的空隙蒸发出来，增大了格宾结构的排水功能。

2.2技术参数

格宾单元由网笼和网内填石组成(图1)，面机械强度为50 kN/m，钢丝的抗张强度应在350～500 N/mm2之间，延伸率不能低于10%；钢丝直径为2.70 mm，边端钢丝直径为3.40 mm，绞边钢丝直径为2.20 mm；钢丝容许公差为0.06 mm；钢丝为厚镀高尔凡(%5铝-锌合金及少量稀土元素)，最小镀高尔凡量为245G/m2，镀高尔凡层的粘附力应达到下述要求：当钢丝绕具有4倍钢丝直径的心轴6周时，它不会剥落或开裂[7]，符合欧洲EN10223-3标准。

图1　格宾单元

3　设计计算原理

作用在墙体上的力系如图2所示[8]，H为强高，B为基础宽度，单位以m计；Wg为墙体重量；dg为重力与墙踵的水平距离；da为墙背土体压力作用点与墙踵的垂直距离；φ为土体摩擦角；β为墙背与竖直面的夹角；α为墙后填土与水平面的夹角；δ为墙背与填土的摩擦角。

图2　格宾挡墙受力示意[9]

墙后主动土压力系数计算如下

Ka=

主动土压力计算：Pa=KawsH2/2

如果墙后填土表面作用有荷载q则主动土压力计算：Pa=Ka(wsH2/2+qH)

主动土压力水平推力计算：Ph=Pacosβ

抗倾覆验算：Wr≥FsM0

抗滑移验算：μWr≥FsPh

地基承载力验算：e=B/2-(Mr-Mo)/Wv

基底最大压应力：Pmax=(Wr/B)(1+6e/B)

其中：Mo=daPh；Mr=∑dW；Mr=dgWg

4　工程实例

4.1工程概况

京广铁路信陈段改造工程孝子店1号特大桥信阳台、1号、2号和3号墩位于低山丘陵区(图3)，相对高差60 m，山体自然坡度约40°，坡脚有一河流，河面宽40～100 m，河道顺直，河流走向与线路方向夹角约40°。

部分山体表层覆盖薄层种植土，下伏基岩为元古界七角山组片麻岩，全风化层厚0～0.7 m，浅灰色夹少量黑色，岩芯呈砂土状；强风化层(Ⅳ类)厚0～15 m，浅灰色间浅黄色，岩芯呈碎块状，部分破碎呈颗粒状，强风化中夹有全风化夹层；弱风化层呈浅黄色间深黄色，深灰色间灰白色，岩芯完整呈短柱状夹块状。

图3　孝子店滑坡平面

山体地下水不发育，主要为大气降水补给，山体表层的全—强风化垂直节理裂隙发育，利于雨水下渗，通过节理裂隙排泄至坡脚河流中。河流常水位高程：98.2 m，设计洪水位：103.04 m。

孝子店特大桥修建过程中，4号桥台的边坡开挖引起山体滑坡，滑坡堆积体滑入桥梁施工区，影响桥梁施工，且滑体规模进一步发展趋势明显，已经危及到已施工桥梁结构的安全。如果任由滑体继续发展，后果严重，为此设计单位迅即作出卸载、山体锚固和坡脚反压的处理方案。反压土体由卸载的滑体土组成，成分主要为夹杂砾石、块石的坡残积土，土体结构非常松散，且反压护脚临广水河，为了防止河水淘刷，需要在坡脚设置坡脚挡墙。

4.2坡脚反压方案选择

该工程为抢险性工程，要求所采用结构施工便捷，速度快，见效快；挡墙位置临河滩，地下水位浅，地基为砂质壤土，强度一般，挡墙需要适应地基一定的不均匀沉降可能；挡墙本身应具有较好的透水性，以便消散土中孔隙水压力，有利于滑坡长期稳定。

根据工程实际，经多方案比较，格宾挡墙以其柔性，对不良地基变形的适应性、透水性、施工便捷性、适应一定水下施工性、造价较低性等优点被确认为最优方案[10-12]。

采用同一墙顶高程(130 m)，墙底与现状地形相适应的断面。设计墙高有5 m和6 m，外阶梯形，墙底反倾角6°，挡墙基底埋深0.5 m至1 m之间。

4.3方案设计计算

如图4所示，挡墙高5 m，面墙退台50 cm，墙背与铅垂面夹角6°。格宾挡墙力学参数为：γ=17.5 kN/m3，φ=35°。