边坡工程中支护结构形式浅析

张凯封

[摘要]对边坡支挡结构的多种形式的机理、优势进行了概要描述和分析，对国内各种支护结构形式的最新研究成果进行了综述，新材料、新工艺以及新技术的发展对边坡工程治理带来的巨大帮助进行了展望，总结边坡治理中应结合实际工程情况，有针对性地选用多种支护方法，经济、有效的完成边坡治理。

[关键词]边坡支护； 结构形式； 机理描述

[中国分类号]TU751+.6                             [文献标志码]A

0引言

边坡工程问题一直是我国工程项目建设的薄弱环节，前期我国由于经济与技术的限制，边坡工程问题未得到有效整治。为确保诸如建筑边坡支护、道路高边坡支护以及工程地质灾害等边坡工程问题能够妥善解决，就必须深入探讨边坡工程中结构形式的原理。

1支护形式

1.1放坡

放坡，其核心便是控制边坡高度与边坡坡度，而不需要对边坡进行支护就能使边坡稳定的方案。这是历史上边坡处理中最古老与最传统的方法，但同时也是最经济与最方便的方法，更是需要优先采用的方法。选择此支护形式時，需要考虑实际的地质特点，做好施工技术可行性分析，确保方案的顺利执行。

1.2喷锚支护

喷锚支护指的是喷射混凝土、挂钢筋网以及锚杆支护。喷锚支护首先是在岩体外通过钻孔将锚杆植入孔中，往往配有锚具或水泥砂浆。因为是利用空气压缩机加压将混凝土通过喷枪喷出，所以出口处具有很高的速度，混凝土可以填充土体裂隙。土体裂隙中的混凝土，拥有高粘结力、高摩擦力，能够起到“楔子”作用，使土体更加完整的同时阻止了土层间的相对运动。与此同时，土体面层的混凝土隔离了土层与空气、水的接触，杜绝了风化潮解而引起的土层剥离情况。

与其他支护形式相比，喷锚支护技术的优势理论是喷锚支护充分发挥了锚杆高抗拉强度、混凝土高抗压能力的优势。施工优点是其造价较低、工程较占地较少、施工迅速、稳定性好等。张路青等［1］提出锚喷结构的一种绿化新方法，提供给植物生长的空间（包括绿化槽、绿化盆等）与喷锚支护是相分离的，但在2方面又有所联系：第一，借助于锚杆和喷射混凝土来固定栽种植物所需的设施；第二，通过布置在锚喷结构上的排水孔为植物供水。对于这一相互分离的绿化方法，既保证足够的植物生长空间、水分和营养，又可避免植物根系及分泌物对锚喷结构的潜在损害。

1.3格构锚杆

在格构锚杆的治理理念中考虑了支护以及绿化，即同时考虑了工程、环保的意义。其核心理论是：锚杆贯穿潜在破裂面锚固于坚硬的基岩中，为边坡的稳定提供较大的抗拔力，而格构能阻挡不稳定岩层的下滑，并将下滑力传递给锚杆，与此同时格构具有的刚度能够使多排锚杆协同工作，控制边坡变形，提高边坡稳定性。董建华等［2］考虑了土体与结构的性质及相互作用，建立了框架预应力锚杆边坡支护结构动力计算模型。陈春丽等［3］，通过物理模型实验对格构锚杆体系的力学抗滑机制进行了揭示。

1.4挡土墙

挡土墙分为重力式、悬臂式以及扶壁式挡土墙。重力式挡土墙指依靠本身重力抵抗土压力，其优点是取材容易、工艺简单、经济性好；缺点是自重大、对地基承载力要求高，不适宜在软弱下卧层的地基以及边坡较高的情况下修建。

当地基承载力较低时，多采用悬臂式、扶壁式挡土墙。该挡土墙的稳定性主要是借助墙踵悬臂上面的土重量予以维持的。在施工的时候悬臂式挡土墙内部放置钢筋，以更好地承受拉应力，所以挡土墙的墙身截面更小。

党发宁等［4］通过将所提公式的计算结果与模型试验结果对比分析，得出结论：当挡土墙产生水平平动位移、绕墙脚的转动位移和水平平动+绕墙脚转动组合位移时，土压力分布均呈非线性分布，且不同位移下土压力随墙深度的计算值与实测值基本一致，说明提出的有限位移条件下土压力的计算式能够很好地应用在实际工程的挡土墙设计中。林庆涛等［5］通过将土拱效应原理引入顾慰慈建立的空间土压力计算模型，建立考虑土拱效应的空间土压力计算模型，建立各微分单元体的水平和竖向静力平衡方程，推导出各区域相应的挡土墙空间主动土压力计算公式，该公式可以计算出墙背任意位置的主动土压力；并提出空间土压力合力及其合力作用点的计算方法。

1.5抗滑桩

抗滑桩是当前边坡治理的常用措施之一。抗滑桩的设计理念是利用土体的自身结构与差异变形形成的土拱将边坡的下滑力传递到桩身，以此完成设计。设计人员在设计时，通常应先使桩的抗滑力与剩余下滑力相平衡，再考虑土拱效应的影响，对桩尺寸、桩间距进行设计。章为民等［6］分析比较不同截面形式的实心桩与薄壁管桩的阻滑效率。结果发现，对于实心桩，在截面面积相同的条件下，传统圆桩的阻滑力和截面刚度在各种桩型中均为最小，表明水平受力的实心圆桩并非最优的设计选择。而对于薄壁管桩，在相同周长、相同壁厚的条件下，圆形管桩的截面阻力相对增长较大，且截面刚度最强，是一个合理的设计选择。王贵华等［7］基于MATLAB平台编写了改进算法的计算程序，将改进算法与传统算法应用于2个滑坡实例的计算中，并通过数值模拟与监测数据分别对计算结果进行对比分析。结果表明：改进算法相比传统算法准确性更高，且改进算法得到的桩身变形及内力均小于传统算法，证明传统算法的设计偏于保守，会导致工程造价偏高。

1.6桩基托梁挡土墙

当土层厚度较大，其地基承载力较小时，若选择的挡土墙难以满足其需要的地基承载力，此时可以采用桩基托梁；另一典型应用场景是陡峻路段，若选择挡土墙进行支挡，则墙趾距离地面的水平距离与墙趾埋深无法满足;此时若选择抗滑桩，则造价较高，可选择使用桩基托梁。桩顶挡土墙的形式可以选择悬臂式、扶壁式挡土墙以及重力式挡土墙。桩基托梁挡土墙的使用解决了陡坡地段墙趾距离地面的水平距离不足以及填土地段挡土墙基底承载力不足的情况，降低了墙身高度。唐秋元等［8］对桩基托梁等多种混合支挡结构在高陡边坡中的使用进行了描述。蒋丽影等［9］结合高边坡实例将支挡结构的稳定性问题转化为强度问题，提出先进行挡土墙墙顶以上边坡稳定性分析计算，然后将桩基立柱及预应力锚定拉杆按桩-锚支护体系计算，再进行挡土墙计算，最后完成托梁、锚定墙等结构的计算。谢康等［10］提出了双排桩基悬臂式挡土墙设计的高宽比建议值为1.6～2.0，结构横向桩间距建议值为3～4倍桩径，纵向桩间距建议值为3～5倍桩径，同时提出了适用于双排桩基悬臂式挡土墙土压力计算方法建议：黏性土采用库仑理论，砂性土采用郎金理论计算土压力。

1.7加筋土挡墙

挡土板、拉筋和填土是加筋土挡土墙的主要组成部分。这种挡土墙是一种具有增加土壤强度的特性，它通过拉结筋可以有效地增加土壤的摩擦，从而提高边坡的稳定性。与其它支护形式相比加筋土挡墙的施工容易、占地面积小，工程造价低等优点，经常用于缺乏材料的工程项目区域，但其对工艺要求较高。韩华欣等［11］基于既有土工合成材料筋材蠕变试验结果及蠕变特性分析，构建一种考虑蠕变-温度耦合效应的筋材本构模型，并利用二维瞬态热传导方程，建立计算加筋土挡墙温度的有限差分公式，进而确定加筋土挡墙温度并结合筋材本构模型计算面板水平位移和筋材最大应变，综合分析了初始温度、温度幅值、筋材层间距、墙顶超载、填土内摩擦角和导热率等因素对挡墙水平位移和筋材应变的影响。张垭、汪磊等［12］通过数值模拟，分析了面板倾角的作用机理主要是通过对潜在滑动面附近的土单元应力状态与滑动楔形体的平衡2个方面，确定了影响筋材内力的2个关键因素：填土竖向土压力与面板基底水平摩擦阻力。

2边坡治理发展前景

新材料和新构件的不断开发和应用，多种支护形式的组合使用将会应用到边坡的治理过程中，为边坡的稳定性带来巨大提升。另外随着BIM、GIS等技术的发展可以将边坡地质信息进行有效的管理，将辅助设计人员进行方案的更优选择，未来的GPS、光电等技术的迅速发展将优化边坡的监测技术，为边坡的施工安全提供更大保障。

3结束语

边坡工程的治理是一个综合治理的过程，设计人员需要找到影响边坡稳定的主导因素，并根据工程的实际情况选择具有针对性的治理设计方案，即针对每个边坡的特点，在不同地方采用不同的边坡支护形式。综合考虑预算、施工难度等因素，有主次的对边坡进行治理，只有做到既有主体工程，又有辅助工程，这样才能经济、有效地完成边坡的治理。从边坡工程支护形式发展的趋势看，仍然存在较多问题，但也充分体现新的支护结构形式具有足够广阔的发展舞台。

参考文献

［1］张路青，杨志法，尚彦军，等.锚喷结构边坡表面绿化的新方法［J］.岩石力学与工程学报，2007（7）：1333-1339.

［2］董建华，朱彦鹏，马巍.框架预应力锚杆边坡支护结构动力计算方法研究［J］.工程力学，2013，30（5）：250-258+264.

［3］陈春利，殷跃平，门玉明，等.全长黏结注浆格构锚固工程模型试验研究［J］.岩石力学与工程学报，2017，36（4）：881-889.

［4］党发宁，张乐，王旭，等.基于弹性理论的有限位移条件下挡土墙上土压力解析［J］.岩石力学与工程学报，2020，39（10）：2094-2103.

［5］林庆涛，朱建明，康瑶.考虑土拱效应的挡土墙空间土压力研究［J］.岩石力学与工程学报，2015，34（9）：1918-1927.

［6］章为民，顾行文.不同形状抗滑桩的桩土作用与阻力系数研究［J］.岩石力学与工程学报，2020，39（S2）：3526-3537.

［7］王贵华，李长冬，陈文强，等.复合多层滑床条件下锚索抗滑桩受力特征研究［J］.岩石力学与工程学报，2019，38（11）：2219-2230.

［8］唐秋元，施毅，周峰，等.混合支挡结构在工程中的应用［J］.重庆交通大学学报（自然科学版），2011，30（S1）：541-544+608.

［9］薛丽影，杨文生.某高邊坡桩基立柱锚拉式挡土墙设计［J］.岩土工程学报，2013，35（S2）：1176-1179.

［10］谢康，周珩，张乐，等.桩基悬臂式挡墙组合结构设计理论研究［J］.中南大学学报（自然科学版），2021，52（7）：2349-2359.

［11］韩华欣，肖成志，丁鲁强，等.考虑筋材蠕变-温度耦合效应的加筋土挡墙变形分析［J］.岩土工程学报， 2023（4）.

［12］张垭，汪磊，刘华北.面板倾角对模块式面板加筋土挡墙筋材内力的影响［J］.岩土工程学报，2017，39（9）：1680-1688.