生态挡土墙在土质边坡治理中的应用

李永新，杨 杰，张友军

(1.南宁市勘察测绘地理信息院有限公司，广西 南宁 530022；2.广西华蓝岩土工程有限公司，广西 南宁 530001；3.建材桂林地质工程勘察院有限公司，广西 桂林 541004)

0 引 言

土质边坡是人与自然的生态链接，尊重自然、顺应自然、保护自然，是土质边坡治理中应有之意。生态挡土墙结合了生态功能和挡土功能，在边坡治理、环境整治等方面得到了一定的应用[1，2]。生态挡土墙在土质边坡治理中的应用，要根据边坡具体的功能目标和地质与岩土特征等要求，并结合工程周围环境等进行。将生态建设的理念融入到土质边坡治理工程的挡土墙结构中，使人类活动与自然环境良好融合在一起的画面，正是我国现代化建设的最好体现。

1 工程概况

凭祥市属于亚热带季风性气候，雨量充沛，某土质边坡挡土墙位于该市北环路东侧。场地为山间凹地，东、南、北三面为山体，风景秀丽。场地西面为建设用地，边坡处于山间凹地的西侧下边缘。暴雨期间，三面山坡上的降雨将汇集到拟建边坡处排泄。按照场地布置要求，拟建边坡长约110 m，高约8 m。该边坡2011年采用了锚杆抗滑桩挡土板墙支护，2014年7月在威马逊台风期间垮塌，现予以重建，并具有绿化效果。

2 地质与岩土特征

钻探揭示[3]，拟建场地岩土层由红黏土及石灰岩组成。其中红黏土全场地分布，厚度4.40～14.60 m，平均厚度为10.38 m；可塑至硬塑状，呈典型的上硬下软特征；弱透水性，渗透系数为K=4.0×10-5cm/s；膨胀土，膨胀性中等。石灰岩全场分布，未揭穿，揭露厚度为6.00～8.00 m；中-微风化，中厚层；较硬岩，较完整，岩体基本质量等级为Ⅲ级；钻探时未见溶洞或土洞。钻探深度范围未见地下水水位，地质调查范围内未见泉点出露。雨季期间有地表水下渗，但地表水顺坡排泄条件好，地下水蕴藏能力差。

资料收集和现场踏勘揭示，该场地汇水区域的东西宽约150～180 m，南北长约160～200 m，汇水坡长约30～200 m；分水岭与边坡顶面高差约为25～60 m，汇水区域坡度约30°～45°，局部接近60°；植被发育一般，对降雨径流能量消减不明显。2014年7月威马逊台风期间，凭祥市所有测站雨量全部达到暴雨，局部特大暴雨，最大降雨量为209.2 mm，引发凭祥市多次山体滑坡、道路崩塌等灾害[4]，该处抗滑桩挡土板墙也因而损毁。

3 生态挡土墙设计

3.1 挡墙型式选择

我国于1979年开始推广加筋土技术，已广泛应用于边坡治理、环境整治等方面[5，6]。生态挡土墙是加筋挡土墙的一种新型型式，主要由面板、基础、加筋材料、填料四部分组成。其中面板部分，即生态挡墙外露砌块，与加筋材料的连接。由砌块重量所提供的摩擦力、转折结构提供的卡锁抗拔力、填筑结构提供的锚固抗拔力等三部分作用，使面板具有足够的连接能力和稳固性。基础为面板的底座，也作为生态挡土墙底部构造措施。由于留孔疏砌成挡土墙后整体的密度仅为17～19 kN/m3，与土的密度相当，对地基承载力要求较低，因此也可以采用素混凝土作为基础。加筋材料一般为土工格栅，它依靠受力格栅与层间填土料的摩擦阻力有效增加土体的抗力；同时，土工格栅改善了土的特性，使土的刚度和强度都大为提高。土工格栅和土共同作用，可提高挡土墙的稳定性[5]。

生态挡土墙在排水方向上由三道不同的材料组成。由内而外的第一道是与土质边坡直接接触部分，一般采用透水性较强的砂砾石等透水材料。第二道是由加筋材料与填料组成的填筑材料，填料由透水性较好的回填材料碾压而成，可保证其透水性。第三道是生态溢水面板，由相邻砌块疏砌后形成，有很好的溢水性能，可结合绿化。生态面板的孔洞加上众多的竖缝和横缝，孔隙率25%～30%，使生态挡土墙成为名副其实的溢水挡土墙。这三道排水材料，可以显著减少降雨对土质边坡的含水量变化的影响，可以迅速排出入渗挡土墙体内的雨水。达到降低土坡的涨缩性、削减水压力的目的，因此提高了生态挡土墙的稳定性。

众所周知，良好的环境必须是开放的而不是封闭的。由于溢水面板生态孔众多，水流通畅，生长环境良好，藤本、草本、小灌木等都可种植或自由生长，长出植物能布满整个墙面，遮盖砌块、美化墙体。在边坡治理或环境整治中，生态挡土墙溢水面板作为一种名副其实的绿色挡土墙，悄然将墙体融入到自然背景中。

查询相关设计资料，2011年完工的边坡支护工程采用锚杆抗滑桩挡土板墙，抗滑桩嵌固端均处于红黏土地层内。2014年7月在威马逊台风期间垮塌，抗滑桩都有不同程度的倾斜和倒塌，部分甚至断裂；抗滑桩钢筋裸露甚至断裂；挡土板墙上的泄水孔大部分被堵塞，无法正常排水；抗滑桩锚固段也已经破坏。若采用原方案，须将抗滑桩锚固于稳固岩石中，上端应与挡土板墙同高，桩长需达18～26 m；且需扩大截面面积、增加配筋。经初步测算，工程造价约为生态挡土墙方案的2.5倍，明显超过了建设方预算。现场踏勘也显示，原挡土板墙绿化效果不理想。

生态挡墙具有结构稳定、排水通畅、环境友好的特点，可满足建设需求，适合当地的地质与岩土特征，实现生态化效果，造价在建设方预算范围内。基于此，我们建议采用生态溢水挡土墙方案重建。

3.2 挡墙断面布置

断面布置方案包括地下部分和地上部分，是一个有机结合的整体。吸收上次边坡垮塌的教训，针对红黏土厚度较大且呈典型的上硬下软状态的特征，首先在地面以下设置抗滑桩，桩端嵌入基岩(石灰岩)，形成固端约束。抗滑桩采用圆桩，桩径为1.5 m，桩中心距为4.0 m；桩长12～16 m，其中嵌入基岩不少于4 m。桩顶采用冠梁相互连接，增强整体性。桩顶冠梁高1.0 m，宽1.5 m，冠梁也做为面板的基础。其次，根据挡土墙面板与加筋土体的荷载特征，以及对变形的要求，该场地无需做地基处理。再次，地面以上采用生态溢水挡土墙。生态溢水挡土墙高8 m，宽6 m，长约110 m。地下抗滑桩为挡土墙地基稳定提供了保障；地上挡土墙隔断了雨水入渗，增加了边坡坡脚自重，增强了地下部分的稳定性。

红黏土具有明显的吸水膨胀和失水收缩特性，是影响边坡稳定的重要因素。治理膨胀土有降低坡率、换土、改良土质、隔水、设置抗滑桩等。基于建筑红线限制和环保要求，降低坡率、换土、改良土质方案难以实施；采用锚杆抗滑桩造价太高。因此，良好的透水设计成为断面设计的重要内容。生态挡土墙通常在填筑体后部设置一道透水体。为了更好的排出红黏土中的渗水，我们将透水体设置成L形，并形成排水通道。此设置可大大减少挡土墙后一定区域红黏土(膨胀土)吸水量和失水量，从而减少红黏土的涨缩性，增强挡土墙的稳定性。

墙面可采取市面上成熟的干砌体[1]。标准主砌块砌成的墙体，后仰角度一般为10°～13°，也可调整基础顶面的角度。当同层砌块之间预留110 mm间距疏砌、墙面形成标准的种养孔时，每平方米的挡土墙含有约13个砌块，自重约500 kg，墙体厚度与单个砌块的宽度一样，密度约为17～19 kN/m2。这种密度与填筑土的密度接近，无需对基础做专门的处理。

3.3 挡墙稳定分析

为了验证生态挡土墙+抗滑桩的稳定性，我们选取代表性的断面进行分析，工程地质剖面图如图1所示。该剖面红黏土厚度为10.5～13.8 m，石灰岩未揭穿。

图1 典型地质剖面图

采用勘察报告建议岩土参数，如表1所示。其中滑动体以饱和重度计算，如式(1)所示。即：

表1 岩土参数建议值

(1)

式中：Gs为土的比重;e为孔隙比;γw，kN/m3。

综合边坡类型、边坡高度、破坏严重程度等，确定边坡的安全等级为二级，一般工况下稳定安全系数为1.30，地震工况下稳定安全系数为1.10[7]。

首先，以滑坡推力方式计算，在不设置抗滑桩情况下，单位宽度滑块剩余下滑力为 60.09 kN，滑块下滑力角度为35.98°。因此，有设置嵌固于岩石中的抗滑桩的必要性。

在设置抗滑桩条件下，按照滑坡推力作用情况和库仑土压力(一般情况)两种模型计算，边坡抗滑稳定性满足要求。

采用加筋土式挡土墙计算模型[8]，如图2所示。分别计算整体稳定、滑移稳定、倾覆稳定等内容。计算表明，整体稳定验算的最小安全系1.76>1.30。同时也满足滑移、倾覆稳定等要求。计算也表明，未做处理的地基也满足承载力要求。

图2 整体稳定计算图示

根据稳定计算分析，生态挡土墙满足该土质边坡治理的稳定要求。

4 结 语

(1)本文综合考虑项目的功能目标、地质与岩土特征，以及周围环境等因素，采用生态挡土墙对土质边坡进行了整治设计。该生态挡土墙于2017年建成以来，顺利地经历了“山竹”台风等极端天气考验，依然稳固如初。

(2)经过多年自然生长，生态挡土墙绿叶成荫，融入到了周围的自然风景中。生态入墙，墙入生态，成为一个休闲的好去处。

(3)本文对生态挡土墙的应用，为土质边坡治理和环境整治工程提供了一定的工程经验，具有一定的参考价值。