常見巖土工程問題及擋土墻設(shè)計方案巖土工程作為土木工程的重要分支，直接關(guān)系到工程建設(shè)的安全、經(jīng)濟與可持續(xù)性。在復(fù)雜多變的地質(zhì)條件下，各類巖土工程問題層出不窮，對工程師的專業(yè)素養(yǎng)和實踐經(jīng)驗提出了極高要求。擋土墻作為一種重要的支擋結(jié)構(gòu)，在解決邊坡失穩(wěn)、場地平整、基坑圍護等問題中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。本文將系統(tǒng)梳理常見的巖土工程問題，并深入探討擋土墻的設(shè)計思路與方案要點，以期為工程實踐提供參考。一、常見巖土工程問題剖析巖土工程問題的產(chǎn)生往往源于地質(zhì)條件的復(fù)雜性、巖土體性質(zhì)的不確定性以及工程活動對原有地質(zhì)環(huán)境的擾動。準(zhǔn)確識別和分析這些問題，是制定有效解決方案的前提。（一）地基工程問題地基是建筑物荷載的直接承擔(dān)者，其穩(wěn)定性和變形特性至關(guān)重要。常見的地基工程問題包括：1.地基承載力不足：當(dāng)?shù)鼗恋某休d力無法滿足上部結(jié)構(gòu)荷載要求時，會導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生過大沉降或不均勻沉降，甚至引發(fā)結(jié)構(gòu)開裂、傾斜乃至失穩(wěn)。這通常與地基土的性質(zhì)（如軟弱土、松散砂土）、荷載大小與分布以及基礎(chǔ)形式有關(guān)。2.地基變形過大：即使地基承載力滿足要求，過大的沉降量或不均勻沉降也會影響建筑物的正常使用和結(jié)構(gòu)安全。特別是對于高聳結(jié)構(gòu)、精密儀器廠房以及對沉降敏感的市政管線，地基變形的控制尤為嚴(yán)格。3.地基土的特殊工程性質(zhì)：如濕陷性黃土遇水后產(chǎn)生顯著附加沉降；膨脹土具有吸水膨脹、失水收縮的特性，易導(dǎo)致建筑物開裂；凍土在溫度變化下的凍脹與融沉也會對基礎(chǔ)造成不利影響。4.地基滲透破壞：在水頭差作用下，地基中的滲透水流可能引發(fā)管涌、流土等滲透破壞現(xiàn)象，危及地基和建筑物的安全，尤其在水利工程和基坑工程中較為常見。（二）邊坡工程問題邊坡廣泛存在于自然山體、人工開挖的路塹、路堤以及基坑側(cè)壁等。邊坡工程的主要問題是失穩(wěn)破壞，表現(xiàn)為滑坡、崩塌、剝落等形式：1.滑坡：指邊坡巖土體在重力作用下，沿著一定的軟弱面或軟弱帶，整體地或分散地順坡向下滑動的現(xiàn)象?；碌陌l(fā)生往往與地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地形地貌、水文地質(zhì)條件以及人類工程活動（如開挖坡腳、加載、爆破）密切相關(guān)。2.崩塌與落石：通常發(fā)生在陡峭的巖質(zhì)邊坡，由于巖體受風(fēng)化、裂隙切割等影響，局部巖體突然脫離母巖，以墜落、跳躍等方式向下運動。這類災(zāi)害具有突發(fā)性強、危害大的特點。3.坡面沖刷與水土流失：雨水、地表徑流對邊坡表面的沖刷會帶走表層土體，降低邊坡的穩(wěn)定性，長期作用可能誘發(fā)更嚴(yán)重的失穩(wěn)。（三）基坑工程問題隨著城市建設(shè)的發(fā)展，深基坑工程日益增多，其面臨的挑戰(zhàn)也更為復(fù)雜：1.基坑圍護結(jié)構(gòu)失效：圍護結(jié)構(gòu)（如排樁、地下連續(xù)墻、鋼板樁等）的強度或剛度不足，可能導(dǎo)致圍護結(jié)構(gòu)變形過大、滲漏水甚至坍塌。2.基坑坑底隆起與管涌：在軟弱土層中，基坑開挖后，由于卸荷作用和地下水的影響，可能出現(xiàn)坑底土體向上隆起或發(fā)生管涌、流砂現(xiàn)象，影響基坑穩(wěn)定性和后續(xù)施工。3.基坑周邊環(huán)境影響：基坑開挖會引起周圍土體應(yīng)力場和位移場的變化，可能導(dǎo)致周邊建筑物、道路、地下管線等設(shè)施產(chǎn)生沉降、傾斜或開裂。（四）地下工程問題隧道、涵洞等地下工程常面臨以下巖土工程問題：1.圍巖失穩(wěn)：在隧道開挖過程中，若支護不及時或支護措施不當(dāng)，圍巖可能發(fā)生塌方、變形過大等失穩(wěn)現(xiàn)象。2.涌水與突泥：當(dāng)隧道穿越富水地層或斷層破碎帶時，可能遭遇突然的涌水、涌砂或突泥，給施工帶來極大風(fēng)險。3.高地溫與巖爆：在深埋隧道中，可能遇到高地溫環(huán)境，影響施工人員安全和設(shè)備性能；在堅硬完整的巖體中，還可能發(fā)生巖爆現(xiàn)象，對支護結(jié)構(gòu)和施工人員造成危害。二、擋土墻設(shè)計方案擋土墻是一種防止土體坍塌、保持土體穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)物，廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、水利、建筑、礦山等工程領(lǐng)域。其設(shè)計需綜合考慮場地地質(zhì)條件、荷載情況、材料供應(yīng)、施工條件以及工程造價等多方面因素。（一）擋土墻的類型與選擇根據(jù)結(jié)構(gòu)形式、受力特點和材料的不同，擋土墻可分為多種類型，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)具體工程條件合理選擇。1.重力式擋土墻*特點：主要依靠墻身自重來抵抗土壓力，保持穩(wěn)定。一般由漿砌片石、塊石或混凝土砌筑而成，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便。*適用條件：適用于高度不大（通常不超過8米）、地基承載力較好的填方或挖方邊坡。當(dāng)?shù)鼗休d力較低時，可采用臺階式基礎(chǔ)以減小基底壓力。*優(yōu)缺點：優(yōu)點是就地取材、施工簡便、成本較低；缺點是圬工量大、自重較大，對地基要求較高。2.懸臂式擋土墻*特點：由立壁、趾板和踵板三部分組成，利用墻踵板上的填土重量來維持穩(wěn)定。墻身通常采用鋼筋混凝土澆筑。*適用條件：適用于墻高較大（一般6-10米）、地基承載力較低的填方地段。由于自重較輕，對地基土的適應(yīng)性較強。*優(yōu)缺點：優(yōu)點是圬工量小、自重輕、經(jīng)濟指標(biāo)較好；缺點是施工需要模板和鋼筋，對施工技術(shù)有一定要求。3.扶壁式擋土墻*特點：當(dāng)懸臂式擋土墻墻高較大時，為增強立壁的剛度和抵抗彎曲變形的能力，在立壁與踵板之間設(shè)置扶壁（肋板），形成扶壁式擋土墻。*適用條件：適用于墻高更大（通常超過10米）的填方工程。*優(yōu)缺點：與懸臂式相比，受力更合理，能承受更大的土壓力，但施工更復(fù)雜，混凝土用量也相應(yīng)增加。4.錨桿式擋土墻與土釘墻*特點：錨桿式擋土墻由預(yù)制的鋼筋混凝土面板和錨固于穩(wěn)定地層中的錨桿組成，依靠錨桿的拉力維持墻身穩(wěn)定；土釘墻則是通過將土釘植入原位土體并與噴射混凝土面層相結(jié)合，形成復(fù)合土體，提高邊坡穩(wěn)定性。*適用條件：錨桿擋墻適用于巖質(zhì)邊坡或土質(zhì)較好的挖方邊坡；土釘墻適用于土質(zhì)邊坡，尤其是填土邊坡和風(fēng)化破碎巖質(zhì)邊坡。兩者均能適應(yīng)較高的邊坡高度，并能節(jié)約占地。*優(yōu)缺點：優(yōu)點是結(jié)構(gòu)輕巧、對地基要求低、施工靈活、可與土方開挖同步進行；缺點是對錨桿或土釘?shù)腻^固力要求高，施工質(zhì)量控制嚴(yán)格，后期維護相對復(fù)雜。5.加筋土擋土墻*特點：由填土、拉筋和面板三部分組成。利用拉筋與填土之間的摩擦力，將土壓力傳遞給拉筋，從而維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。面板多為預(yù)制混凝土塊或金屬板。*適用條件：適用于地基承載力較低、高度較大的填方邊坡，尤其在軟土地基上具有明顯優(yōu)勢。*優(yōu)缺點：優(yōu)點是結(jié)構(gòu)輕、柔性好、對地基變形適應(yīng)性強、施工快速簡便、造價較低；缺點是對填料的性質(zhì)（如粒徑、壓實度）要求較高，在寒冷地區(qū)需考慮凍脹影響。（二）擋土墻設(shè)計要點1.土壓力計算土壓力是擋土墻設(shè)計的核心荷載，其大小和分布直接影響擋土墻的結(jié)構(gòu)尺寸和穩(wěn)定性。常用的土壓力理論有朗肯土壓力理論和庫侖土壓力理論。設(shè)計時應(yīng)根據(jù)墻背形式、填土性質(zhì)、地面坡度等條件選擇合適的理論，并考慮超載、地震等因素的影響。通常情況下，擋土墻按主動土壓力計算，在驗算擋土墻的穩(wěn)定性（如抗傾覆、抗滑移）時，有時也會用到被動土壓力。2.穩(wěn)定性驗算擋土墻必須保證在土壓力及其他荷載作用下具有足夠的穩(wěn)定性，主要包括：*抗傾覆穩(wěn)定性：防止擋土墻繞墻趾向外傾覆。需驗算傾覆力矩與抗傾覆力矩的比值是否滿足規(guī)范要求。*抗滑移穩(wěn)定性：防止擋土墻沿基底產(chǎn)生整體滑動。需驗算滑動力與抗滑力的比值是否滿足規(guī)范要求。*地基承載力驗算：確保擋土墻基底壓力不超過地基土的承載力特征值，同時基底壓力的分布應(yīng)盡量均勻，避免過大的偏心荷載導(dǎo)致地基不均勻沉降。*整體穩(wěn)定性驗算：對于較高的擋土墻或地基條件復(fù)雜時，還需驗算包括擋土墻和墻后土體在內(nèi)的整體滑動穩(wěn)定性。3.結(jié)構(gòu)強度驗算對擋土墻的墻身、基礎(chǔ)等構(gòu)件，需進行強度和剛度驗算，確保其在荷載作用下不發(fā)生破壞或過大變形。例如，重力式擋土墻需驗算墻身的壓應(yīng)力、剪應(yīng)力；懸臂式、扶壁式擋土墻需驗算立壁、趾板、踵板及扶壁的內(nèi)力（彎矩、剪力），并配置相應(yīng)的鋼筋。4.排水設(shè)計排水設(shè)計是擋土墻設(shè)計中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，其目的是降低墻后填土的含水量，減小土壓力（尤其是靜水壓力和孔隙水壓力），防止填土軟化和凍脹，避免墻身承受過大的水壓力而失穩(wěn)。排水措施主要包括：*墻身排水：在墻身適當(dāng)高度設(shè)置泄水孔，排除墻后積水。泄水孔應(yīng)高于地面，并向外傾斜，孔內(nèi)可設(shè)置反濾層，防止填料流失。*墻后排水：在墻后填土表面鋪設(shè)排水層（如砂礫石），或設(shè)置盲溝、截水溝，將地表水和滲入土中的雨水引離擋土墻。*地基排水：當(dāng)?shù)鼗镣杆暂^差時，可在基底設(shè)置排水盲溝，降低地下水位。5.材料選擇與構(gòu)造要求*材料：擋土墻材料應(yīng)具有足夠的強度、耐久性和抗?jié)B性。漿砌石常用MU30以上塊石，M5以上水泥砂漿；混凝土強度等級不宜低于C15或C20；鋼筋應(yīng)采用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的熱軋鋼筋。*構(gòu)造：擋土墻的斷面尺寸應(yīng)滿足受力和構(gòu)造要求，如重力式擋土墻的頂寬不宜小于0.5米；墻背可根據(jù)需要做成仰斜、垂直或俯斜形式，仰斜墻背主動土壓力較小，較為經(jīng)濟；墻面坡度應(yīng)根據(jù)墻高和材料特性確定。此外，還應(yīng)設(shè)置沉降縫和伸縮縫，以適應(yīng)地基不均勻沉降和溫度變化產(chǎn)生的變形。（三）設(shè)計方案優(yōu)化與注意事項1.因地制宜：充分了解場地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，選擇最適合的擋土墻類型。例如，在巖石邊坡地段，可優(yōu)先考慮錨桿擋墻或土釘墻，以節(jié)省圬工、減少開挖；在軟土地基上，宜采用加筋土擋墻或輕型結(jié)構(gòu)擋墻。2.動態(tài)設(shè)計與信息化施工：巖土工程具有一定的復(fù)雜性和不確定性，設(shè)計方案應(yīng)根據(jù)施工過程中揭露的實際地質(zhì)情況和監(jiān)測數(shù)據(jù)進行動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化。加強施工監(jiān)測，及時反饋信息，確保工程安全。3.環(huán)境保護：擋土墻設(shè)計應(yīng)盡量減少對周邊自然環(huán)境的破壞，避免大挖大填。可結(jié)合植被防護，采用生態(tài)擋墻等新型結(jié)構(gòu)形式，實現(xiàn)工程效益與生態(tài)效益的統(tǒng)一。4.經(jīng)濟性比較：在滿足安全和使用功能的前提下，應(yīng)進行多方案比選，選擇技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的設(shè)計方案。考慮材料采購、運輸、施工等綜合成本。5.安全儲備：設(shè)計中應(yīng)留有適當(dāng)?shù)陌踩珒?，以?yīng)對各種不利因素和偶然荷載的影響。嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計計算，確保結(jié)構(gòu)安全可靠。三、結(jié)論與展望巖土工程問題復(fù)雜多樣，準(zhǔn)確診斷和有效治理是確保工程安全的關(guān)鍵。擋土墻作為一種重要的支擋結(jié)構(gòu)，其設(shè)計質(zhì)量直接關(guān)系到工程的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。工程師在設(shè)計過程中，需秉