注漿鋼管微型樁－錨支護(hù)體系在擋墻基礎(chǔ)加固中的應(yīng)用

陳 云，沈志祥

(中國(guó)建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都610081)

注漿鋼管微型樁具有安全可靠、工程造價(jià)低、工期短、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，因而越來(lái)越多的被應(yīng)用于滑坡和邊坡治理中。注漿鋼管微型樁，一般指樁徑小于300 mm，長(zhǎng)細(xì)比較大(一般大于30)，采用鉆孔、內(nèi)插鋼管、壓力注漿工藝施工的灌注樁。微型樁是20世紀(jì)50年代由意大利Fonddile公司首先開(kāi)發(fā)應(yīng)用的，早期主要用于地基加固[1]。近年來(lái)，通過(guò)將微型樁與其它支擋方式的結(jié)合，已逐漸用于滑坡治理、邊坡加固，以及基抗支護(hù)等工程當(dāng)中。本文主要以工程實(shí)例介紹一種綜合加固方法:注漿鋼管微型樁－錨支護(hù)體系。

注漿鋼管微型樁－錨支護(hù)體系是指在滑坡治理和邊坡加固時(shí)按照一定的距離布置一排或多排鉆孔，插入鋼管，在管內(nèi)進(jìn)行壓力注漿，從而形成鋼管微型樁，再通過(guò)橫梁連接，使排列的鋼管微型樁形成一個(gè)平面桁架結(jié)構(gòu)，并在橫梁處設(shè)置一道預(yù)應(yīng)力錨桿，通過(guò)錨桿將各樁承受的土壓力和下滑力傳遞到穩(wěn)定巖土中，共同起到抗滑和加固邊坡的作用。

1 工程概況

浙江湖州某單位開(kāi)發(fā)的別墅位于丘陵坡地上，由于坡腳道路標(biāo)高與別墅±0標(biāo)高相差20 m，且均為填土邊坡，支擋結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，工程造價(jià)也高。因此，設(shè)計(jì)單位綜合考慮業(yè)主意見(jiàn)，為充分利用該區(qū)域，將坡底設(shè)置一架空層的構(gòu)筑物，構(gòu)筑物上為別墅，構(gòu)筑物底采用分階放坡，構(gòu)筑物后緣設(shè)置一高約9 m的擋墻。擋墻設(shè)計(jì)是基于架空層樁基礎(chǔ)采用人工挖孔樁等干作業(yè)法施工，且要求擋墻施工與架空結(jié)構(gòu)同步施工，但在樁基施工時(shí)，擋墻可以施工至3 m，3 m以上部份要在樁基施工完，且墻前土體回填到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，擋墻才可以繼續(xù)施工。由于在樁基施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地實(shí)際地質(zhì)條件與勘察報(bào)告有出入，即場(chǎng)地下部存在大直徑的石灰?guī)r孤石，人工挖孔樁施工難度大，工效低，因此，暫停了構(gòu)筑物的樁基施工，進(jìn)行施工勘察，但此時(shí)擋墻卻在繼續(xù)施工，且已達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)高。由于施工勘察工期較長(zhǎng)，施工單位在這個(gè)期間把擋墻墻前分階放坡的土體全部挖走，導(dǎo)致?lián)鯄A(chǔ)完全暴露，無(wú)埋深，擋墻基礎(chǔ)抗滑移能力嚴(yán)重不足，在下過(guò)幾場(chǎng)暴雨之后，擋墻開(kāi)始向前滑移，擋墻出現(xiàn)了傾斜和裂縫，最大裂縫已達(dá)50 mm，該擋墻存在嚴(yán)重安全隱患(見(jiàn)圖1)。

圖1 擋墻滑移現(xiàn)場(chǎng)

2 擋墻加固方案

針對(duì)該邊坡工程場(chǎng)地條件復(fù)雜，場(chǎng)地下部存在大直徑的石灰?guī)r孤石，若采用抗滑樁進(jìn)行擋墻基礎(chǔ)加固，由于旋挖樁、人工挖孔樁的施工難度大，如果用沖孔樁，則強(qiáng)烈的震動(dòng)會(huì)加大擋墻的變形，因此不適合傳統(tǒng)的抗滑樁進(jìn)行加固。由于擋墻基礎(chǔ)還在滑移，應(yīng)及時(shí)采取安全措施，故經(jīng)幾種方案比較后，認(rèn)為采用鋼管微型樁施工方便，加固地基比較合理，同時(shí)經(jīng)過(guò)計(jì)算，此邊坡處于失穩(wěn)的危險(xiǎn)狀態(tài)，同時(shí)由于原擋墻基礎(chǔ)埋深較淺，因而采用了連系梁連接樁頭，加上預(yù)應(yīng)力錨索可控制擋墻的變形，改變了鋼管微型樁的純懸臂受力狀態(tài)，使微型樁與預(yù)應(yīng)力錨索構(gòu)成一個(gè)整體，可以提高鋼管微型樁的抗彎能力，充分發(fā)揮了鋼管微型樁抗剪能力大的優(yōu)點(diǎn)。具體加固方案如下:

(1)鋼管微型樁加固墻前土體，阻止擋墻基礎(chǔ)下部土體出現(xiàn)向前滑移，保證擋墻基礎(chǔ)的穩(wěn)定。

(2)微型樁樁頂連系梁可使微型樁群形成平面桁架結(jié)構(gòu)，使樁頂成為一個(gè)整體，提高微型樁的變形能力。

(3)通過(guò)樁頂連系梁設(shè)置一排預(yù)應(yīng)力錨索，可有效控制擋墻的進(jìn)一步滑移和變形，恢復(fù)擋墻的支擋作用。

在擋墻坡腳外側(cè)設(shè)3排 220 mm注漿鋼管微型樁，樁間距0.8 m、排間距0.8 m，每根樁長(zhǎng)12.0 m。微型樁頂部均設(shè)C25鋼筋混凝土連系梁，連系梁稍高于擋墻基礎(chǔ)頂。連系梁處設(shè)置一排預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長(zhǎng)20 m，錨固段長(zhǎng)9 m，傾角25°(見(jiàn)圖2)。

圖2 擋墻加固剖面圖

3 鋼管微型樁－錨支護(hù)體系設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

由于邊坡已經(jīng)滑動(dòng)，盡管己進(jìn)行了反壓和卸載，但滑動(dòng)帶土體結(jié)構(gòu)已遭破壞，擋墻墻身出現(xiàn)裂縫，擋墻基礎(chǔ)向前滑移，墻前土體出現(xiàn)滑動(dòng)，通過(guò)反算法和工程類比法，綜合考慮邊坡性質(zhì)及工程狀態(tài)，選取最不利的剖面作為計(jì)算剖面，在不考慮已建擋墻支擋作用的前提下，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用理正邊坡分析軟件對(duì)該邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算。通過(guò)計(jì)算，在不考慮已建擋墻支擋作用的條件下，該邊坡安全系數(shù)為 0.875，總的下滑力 430.875 kN，總的抗滑力232.324 kN。

3.2 注漿鋼管微型樁設(shè)計(jì)計(jì)算

對(duì)于該加固工程中的鋼管微型樁，根據(jù)勘察報(bào)告，取邊坡土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值cr=15 kPa，φr=10°，經(jīng)理正邊坡分析軟件計(jì)算得出邊坡的下滑力為430.875 kN，抗滑力為232.324 kN。邊坡經(jīng)鋼管微型樁加固后，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為加固后K=1.2，漿體抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[τ]1=1.8 N/mm2，鋼管抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[τ]2=130 N/mm2。

(1)鋼管微型樁樁徑、樁壁厚的確定。在上述瑞典條分法的基礎(chǔ)上，鋼管微型樁對(duì)邊坡的加固作用表現(xiàn)為式:

式中:P為鋼管微型樁對(duì)邊坡的抗滑力。

式中:P為鋼管微型樁對(duì)邊坡的抗滑力(即鋼管微型樁所能承受的剪力);R為鋼管微型樁的抗剪力。將P式代入K式得，

式中:[τ]1為漿體抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;[τ]2為鋼管抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;d為微型樁直徑;d1為鋼管外徑;d2為鋼管內(nèi)徑;D為鋼管的壁厚。

(2)樁間距的確定。瑞典條分法是計(jì)算在邊坡每延米上邊坡的受到的下滑力與抗滑力，鋼管微型樁的間距對(duì)樁抗滑力的影響為:

式中:η=1/X;X為微型樁樁間距。

由上式通過(guò)反算法可以計(jì)算出設(shè)計(jì)施工時(shí)需要的鋼管微型樁的樁徑、樁壁厚和樁間距。

在本次擋墻加固計(jì)算中，根據(jù)場(chǎng)地和施工條件，取微型樁直徑d=220 mm，鋼管外徑d1=127 mm，鋼管內(nèi)徑d2=115 mm，鋼管的壁厚D=6 mm，代入上式，

通過(guò)計(jì)算，微型樁最大樁間距為1.366 m，實(shí)際布置的樁間距1.0 m，共布置3排。

(3)鋼管微型樁的最大抗彎能力。

①注漿鋼管微型樁的最大抗彎能力為:

其中，注漿鋼管微型樁的抗彎剛度為:

當(dāng)設(shè)置3排樁時(shí)，qmax=0.487×3=1.461 kN/m。

上式中，微型樁樁頂位移[δ]取10 mm，懸臂長(zhǎng)度H取5 m，微型樁直徑d=220 mm，鋼管外徑d1=127 mm，鋼管內(nèi)徑d2=115 mm，鋼管的壁厚D=6 mm，砂漿彈性模量E1=2.5×104MPa，鋼管彈性模量 E2=2.06×105MPa。

②管微型樁所能承受的剪力為:

當(dāng)設(shè)置3排樁時(shí)，P=364.742×3=1094.226 kN。

3.3 綜合分析

通過(guò)分析，鋼管微型樁的抗彎力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其抗剪力，在本加固方案的分析中可以近似忽略鋼管微型樁的抗彎力對(duì)邊坡的提供的抗力。由于該擋墻基礎(chǔ)變形較大，必須控制鋼管微型樁樁頂?shù)奈灰?，才能使鋼管微型樁樁的抗剪力更好地發(fā)揮作用。所以，在加固方案中將鋼管微型樁樁頂用橫梁聯(lián)接起來(lái)，提高鋼管微型樁的的抗彎能力，使樁與樁相互作用來(lái)控制樁頂變形，同時(shí)與預(yù)應(yīng)力錨桿一起使用，控制擋墻基礎(chǔ)不發(fā)生滑移，充分發(fā)揮鋼管微型樁的抗剪能力大的特點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力錨索的設(shè)計(jì)可根據(jù)邊坡下滑力和主動(dòng)土壓力來(lái)分別進(jìn)行計(jì)算，以確定最不利工況下的錨索長(zhǎng)度。

4 結(jié)束語(yǔ)

注漿鋼管微型樁－錨支護(hù)體系區(qū)別于滑坡治理中常用的大截面抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁等強(qiáng)力支擋結(jié)構(gòu)，它是一種新型支擋結(jié)構(gòu)體系，主要包括注漿提高結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度、微型樁加固不穩(wěn)定巖土體和預(yù)應(yīng)力錨索控制邊坡滑移三種工程措施。該邊坡?lián)鯄νㄟ^(guò)注漿鋼管微型樁－錨支護(hù)體系的綜合治理，經(jīng)過(guò)三個(gè)月的監(jiān)測(cè)，特別是在擋墻前緣沖孔樁施工完畢后，擋墻變形基本停止，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，鋼管微型樁由于其穩(wěn)定邊坡見(jiàn)效快，施工方便，安全可靠，是邊坡事故治理中首先考慮的措施，由于在施工中采用了預(yù)應(yīng)力錨索錨固的方法，改變了鋼管微型樁的懸壁受力狀態(tài)，提高了鋼管微型樁抗彎能力，發(fā)揮了鋼管微型樁的抗剪能力大的優(yōu)點(diǎn)，大大減小了鋼管微型樁的截面、數(shù)量和埋深，同時(shí)有效控制了擋墻的變形。

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