探討樁板墻在邊坡支護中的運用

朱啟標

（福建龍巖）

探討樁板墻在邊坡支護中的運用

朱啟標

（福建龍巖）

樁板墻是一種用來抵抗水平壓力或防止土地坍塌和滲漏的擋土結(jié)構(gòu)物。它主要分為木板樁、鋼板樁和預(yù)制鋼筋混凝土板樁三種類型。由于樁板墻結(jié)構(gòu)比較簡便，施工也方便，造價便宜，所以樁板墻在工程上的作用是不可取代的。本文主要通過樁板式擋墻的構(gòu)造、設(shè)計等進行說明，舉例分析樁板墻在邊坡支護中的應(yīng)用，以供參考。

樁板式擋墻；設(shè)計；計算；施工

1　工程概況

上杭縣舊白公路2012年6月K2+290～K2+362.42段擋墻由于地質(zhì)變形及砌筑工藝不到位出現(xiàn)裂縫。曾多次提出多個處理方案供業(yè)主參考。2013年3月專家及業(yè)主確定為樁板墻設(shè)計重新施工?？够瑯锻鈧?cè)的鋼筋混凝土渠道頂需考慮通行農(nóng)用車，渠道為整體式基礎(chǔ)，樁、板墻、樁頂聯(lián)系梁均采用C30混凝土現(xiàn)澆，原渠道改變位置后采用C20鋼筋混凝土，能滿足一般4～6t車輛的通行，而在樁板墻的設(shè)計方面則是將懸臂樁和擋土板進行合理的搭配，并加密錨固點，再通過對擋土板的土壓力等，進行仔細地計算。施工過程中坡底采用砂漿護底，并對邊坡坡腳設(shè)置帽石，對坡腳進行防護。

2　樁板墻的設(shè)計

2.1構(gòu)造

（1）樁板墻是由懸臂樁和擋土板組合而成，懸臂樁本分錨入地下，截面為矩形；部分身處地表，截面為T形，擋土板可以做成預(yù)制平板、拱板或現(xiàn)澆板[1]。

（2）錨固點附近箍筋需要適當?shù)募用?，變截面樁?yīng)在截面變化出適當?shù)募用芄拷睢?/p>

（3）外掛式樁板墻樁身應(yīng)預(yù)留連接鋼筋。

（4）擋土板受力主筋混凝土保護層不能小于25mm，箍筋和構(gòu)造鋼筋的保護層后的不能小于15mm。

（5）擋土板的縱向受力鋼筋的混凝土層大于40mm時，應(yīng)對保護層采用有效的防裂構(gòu)造措施。

（6）縱向受力鋼筋直徑不能小于12mm，不能大于25mm。

（7）受力鋼筋的間距不宜大于1.5h，且不宜大于250mm。

（8）擋土板與樁的搭接長度大于30cm。

（9）外掛式樁板墻的預(yù)留連接鋼筋需要與四根幫條鋼筋焊接。

2.2適用范圍

（1）懸臂長度可達15cm左右，樁間距為4～6m。

（2）懸臂樁的施工中，樁頂設(shè)置通常冠梁，其上可預(yù)埋鋼板設(shè)置防護欄桿。

（3）樁間裝配式預(yù)制擋土板一般用于填方邊坡，現(xiàn)澆擋土板一般用于直立削坡的挖方邊坡。

（4）鋼墊板上預(yù)留孔的直徑應(yīng)大于預(yù)留鋼筋直徑3mm。

2.3設(shè)計要點

（1）墻樁的樁位要設(shè)在滑坡體較薄、錨固段地基強度較高的地段。由于樁間距決定了滑坡推力大小、樁的長度和錨固深度等因素，因此，在兩樁之間能形成土拱的條件下，土拱的支撐力和側(cè)樁摩擦力之和應(yīng)大于一個根樁所能承受的滑坡推力。

（2）樁的錨固深度與該地層的強度、樁的剛度以及樁所承受的滑坡推力有很大的關(guān)系[2]。因此，樁的錨固段傳遞到滑面以下地層的側(cè)向壓力不得大于該地層的側(cè)向壓應(yīng)力，同時，也不得大于該地層的側(cè)向容許壓應(yīng)力。

（3）樁的截面形狀有矩形和圓形。為了使其上部受力段正面可以產(chǎn)生較大的摩擦力，并且使下部錨固段可以抵抗較大的反力，要求其截面具有較好的抗彎和抗剪強度。

（4）作用于樁的力系，應(yīng)該計算滑坡推力和錨固段地層的抗力。對于懸臂長、截面大的懸臂樁，樁身自重不應(yīng)忽略，樁側(cè)摩擦阻力和粘聚力以及樁身重力也可不計算。

（5）邊坡應(yīng)分段跳槽開挖，根據(jù)開挖情況應(yīng)從上到下施工，邊開挖邊施工。開挖過程中肋柱底部不得臨空，保持制成于地面。

（6）板樁墻建議施工步驟為：邊坡修整→成孔→澆筑抗滑樁、樁頂細梁及擋土板→泄水孔施工→鋪筑路面及安全措施。

（7）各邊坡每隔10～15m和邊坡的轉(zhuǎn)角處設(shè)置伸縮縫，縫寬3mm，從頂?shù)降棕炌?，填縫料為熱瀝青麻絮。擋板上設(shè)置直徑60mm的泄水孔，泄水孔間距2～3m，孔內(nèi)安裝PVC管。

（8）抗滑樁截面尺寸1.5m×2.0m，嵌固深度4.0m或整平地面后中風化基層以下3.5m，樁間距5m，嵌固段地籍持力層為中風化砂巖，巖石地基承載力大于1000kPa大于計算值488.3，墻側(cè)排水系統(tǒng)與灌溉渠銜接。

3　樁身設(shè)計計算

3.1土壓力計算

庫倫土壓力計算公式為：

式中：γ——填料容重；

H——墻高；

h0——墻背填土表面活載折算土柱高度，h0=q/γ土；

θ——破裂面與垂直線夾角；

ψ——填料內(nèi)摩擦角；

α——墻背與垂直面夾角；

δ——墻背與墻后填料摩擦角，取δ=ψ/2；

C——墻背頂點至墻背填土表面活載分布邊緣的距離。

舉例說明：計算高度為6.970（m）處的庫侖主動土壓力。

無荷載時的破裂角=9.662（°），路-Ⅱ級。

路基面總寬=8.500（m），路肩寬=0.000（m），安全距離=0.500（m）。

單車車輛外側(cè)車輪中心到車輛邊緣距離=0.350（m），車與車之間距離=0.600（m），經(jīng)計算得，路面上橫向可排列此種車輛3列，布置寬度=1.753（m）。布置寬度B0=1.753（m）分布長度L0= 20.000（m）荷載值SG=275.000（kN），算土柱高度h0=0.314（m），1破裂角：40.124（度）。Ea=203.943（kN），Ex=194.504（kN），Ey=61.327（kN），作用點高度Zy=1.852（m）。

3.2樁身計算

3.2.1彎矩和剪力的計算

（1）作用于樁板墻的荷載有汽車荷載、土壓力、滑坡推力、地下水的滲透壓力、地震力等。

（2）樁的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0，永久荷載的分項系數(shù)是1.35。如果裝上設(shè)有錨索，結(jié)構(gòu)承受的側(cè)向土壓力應(yīng)按庫倫土壓力的1.05～1.4倍計算。

（3）無論是按彈性地基梁法計算還是用極限狀態(tài)法，實際的土壓力都會比庫倫主動土壓力大。

（4）定義：彎矩是受力構(gòu)件截面上的內(nèi)力矩的一種，即垂直于橫截面的內(nèi)力系的合力偶矩。其大小為該截面截取的構(gòu)件部分上所有外力對該截面形心矩的代數(shù)和，其正負約定為是構(gòu)件下凸為正，上凸為負（正負區(qū)分標準是構(gòu)件上部受壓為正，下部受壓為負；反之構(gòu)件上部受拉為負，下部受拉為正）。剪力作用于同一物體的兩個距離很近，大小相等，方向相反的平行力[4]。建筑物中的豎向承重構(gòu)件主要由墻體承擔時，這種墻體既承擔水平構(gòu)件傳來的豎向荷載，同時承擔鋒利或地震作用傳來的水平地震作用。

（5）計算公式：彎矩的計算公式為Mmax=FL/2，舉例說明。比如一個懸臂梁，梁端力為2kN，梁長為3m，剛固端彎矩為-6kN·m，那么通過計算可以得到梁的跨中彎矩為-3kN·m。

3.2.2樁身內(nèi)力和變位計算

（1）計算方法為m法。

（2）普通板樁墻的內(nèi)力、變位主要有懸臂梁法，地基系數(shù)，有限差法以及有限元法。。工程中常用的方法是將抗滑樁分為兩部分，滑面以上按懸臂梁計算，內(nèi)力是根據(jù)滑面處的彎矩和剪力按地基的彈性抗力計算。就是把受到內(nèi)力作用的部分拿出來進行受力分析，比如背側(cè)——為擋土側(cè)；面?zhèn)取獮榉菗跬羵?cè)。

背側(cè)最大彎矩=5720.235（kN·m）距離樁頂13.700（m）

面?zhèn)茸畲髲澗?0.000（kN·m）距離樁頂1.162（m）

最大剪力=971.412（kN）距離樁頂6.970（m）

樁頂位移=11（mm）。

3.2.3擋土板內(nèi)力配筋計算

（1）配筋率定義：為了使構(gòu)件不發(fā)生脆性破壞，規(guī)范對配筋率有一個限制。如果計算配筋得到的配筋率處于最大配筋率和最小配筋率之間，說明是適筋梁，這樣可以進行配筋計算，同樣，任何鋼筋混凝土的受力構(gòu)件也可以力（彎矩、剪力、軸力等）進行配筋計算。

（2）公式：p=A（s）/A。其中A（s）為受拉或受壓區(qū)縱向鋼筋的截面面積；A根據(jù)受力性質(zhì)不同而含義不同。若受壓構(gòu)件的全部縱筋和一側(cè)縱向鋼筋和軸心受拉構(gòu)件的配筋率計算中，A取構(gòu)件的全截面面積；若是受彎構(gòu)件和大偏心受拉構(gòu)件一側(cè)受拉鋼筋的配筋率計算，A區(qū)構(gòu)件的全截面面積扣除壓翼緣面積后的截面面積[5]。舉例說明，一塊擋土板板厚300mm，板下緣距頂舉例為6.970m，最大土壓力為66.438kPa，單塊板彎矩為1550.913kN·m，且單塊板全部縱筋為23806mm2，那么根據(jù)上述的一些公式，則可進行配筋計算。

3.2.4整體穩(wěn)定驗算

基底摩擦系數(shù)=0.250

采用傾斜基底增強抗滑動穩(wěn)定性，計算過程如下：

圓心：（2.00000，11.40417）

半徑=11.37914（m）

安全系數(shù)=1.564

總的下滑力=218.326（kN）

總的抗滑力=341.520（kN）

土體部分下滑力=218.326（kN）

土體部分抗滑力=341.520（kN）

筋帶的抗滑力=0.000（kN）

經(jīng)驗算，整體穩(wěn)定驗算滿足：最小安全系數(shù)=1.564>=1.250

4　工程效果

上杭縣舊白公路2012年6月K2+290～K2+362.42段擋墻在明確樁板式擋墻支護方案的基礎(chǔ)上，選擇合理的樁間距和截面，控制好樁的入土深度和樁頂位移，并根據(jù)施工開挖對原設(shè)計進行更完善的修改，最終完成了整個項目。在這個項目中，施工人員認真仔細的完成各自分配的任務(wù)環(huán)節(jié)，有效的對樁板墻進行仔細的計算，從而保證了工程的順利實施，不僅保障了工程的質(zhì)量安全，同時還對施工人員的生命安全帶來很大程度上的保障，最重要的是為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益，為居民的日常生活提供便捷。

5　結(jié)束語

板樁墻適用于大部分高差較大的邊坡支護雖然施工周期長，樁頂變形較大，但是施工簡便，竣工后維護費用低。因此，可以根據(jù)板樁墻的結(jié)構(gòu)特點來實行邊坡支護，與此同時，也可以在支檔結(jié)構(gòu)墻采用綠化技術(shù)，不僅可以保護邊坡，還可以美化城市！

[1]謝蘭芳.云桂鐵路膨脹土地段樁板墻及柔性擋墻試驗研究[D].中南大學，2012.

[2]姜楠楠.斜插式樁板墻的設(shè)計理論與應(yīng)用研究[D].云南大學，2012.

[3]馮玉國，隋永波，周萬東.預(yù)應(yīng)力錨拉樁板墻在高邊坡支護中的應(yīng)用[J].探礦工程（巖土鉆掘工程），2005，S1：127～129+133.

[4]文暢平.多級支擋結(jié)構(gòu)與邊坡系統(tǒng)地震動力特性及抗震研究[D].中南大學，2013.

[5]杲斐.黃土路塹邊坡樁板墻樁間距研究[D].蘭州大學，2014.

P642

A

1673-0038（2015）19-0038-02

2015-4-23