微型鋼管樁在重力式擋墻中的應(yīng)用及驗(yàn)算

劉光彬，黃雅澤，羅安民

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西　南寧　530029)

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微型鋼管樁在重力式擋墻中的應(yīng)用及驗(yàn)算

劉光彬，黃雅澤，羅安民

(廣西壯族自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，廣西南寧530029)

重力式擋墻因其防護(hù)強(qiáng)度高、施工便捷、造價經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于建筑填方或挖方邊坡支擋工程中，但當(dāng)天然地基土抗剪強(qiáng)度較低時，需增大擋墻尺寸并進(jìn)行地基加固處治，以致其在造價經(jīng)濟(jì)性方面的優(yōu)勢不復(fù)存在。文章以南寧市青環(huán)路K9+140～K9+690段左側(cè)路基滑坡工程為例，介紹了將微型鋼管樁應(yīng)用于重力式擋墻的設(shè)計(jì)方案，并通過驗(yàn)算分析，得出該設(shè)計(jì)方案在確保支擋工程安全可靠的同時，減小了擋墻尺寸，節(jié)約了工程造價。

重力式擋墻；天然地基土；抗剪強(qiáng)度；微型鋼管樁

0　引言

重力式擋墻因其防護(hù)強(qiáng)度高、施工便捷、造價經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于建筑填方或挖方邊坡支擋工程中。但當(dāng)天然地基土抗剪強(qiáng)度較低時，需通過增大擋墻尺寸的方式增大擋墻重力方能達(dá)到擋墻抗滑的目的。而擋墻的尺寸增大，對天然地基土的承載力要求將提高，甚至需要進(jìn)行地基加固處治，此時，重力式擋墻在造價經(jīng)濟(jì)性方面的優(yōu)勢將不復(fù)存在。本文以南寧市青環(huán)路K9+140～K9+690段左側(cè)路基滑坡病害為工程實(shí)例，將微型鋼管樁應(yīng)用在重力式擋墻中，在確保支擋工程

安全可靠的同時，減小了擋墻尺寸，節(jié)約了工程造價。

1　工程概況

2014年6月，南寧市青環(huán)路K9+140～K9+690段人行道區(qū)域發(fā)生路面下沉、開裂，局部已設(shè)置的抗滑樁段落樁間土出現(xiàn)掏空現(xiàn)象?；缕矫嫘螒B(tài)近弓形，沿軸線長約50～80 m，寬度約540 m，最深滑面約10 m，滑坡體體積約110 000 m3，滑坡類型為淺層牽引式中型順層滑坡。

1.1路基邊坡工程地質(zhì)條件

根據(jù)本工程的巖土工程勘察報告：邊坡主體由素填土①及素填土①1構(gòu)成，厚度約8～15 m，素填土①主要成分為黏土，欠固結(jié)，具中等壓縮性及濕陷性，屬中等壓縮土；素填土①1主要成分為碎石土及路面瀝青層，固結(jié)程度較好。

1.2路基邊坡水文地質(zhì)條件

青環(huán)路臨近邕江，受大氣降水及上游水利樞紐控制，邕江50年一遇的洪水位將完全淹沒青環(huán)路，見表1，設(shè)計(jì)驗(yàn)算時應(yīng)考慮邕江的水位漲退作用。

表1　邕江水位調(diào)查表

場地地下水以賦存于覆蓋土層的潛水及風(fēng)化巖層中的裂隙承壓水為主，其主要特點(diǎn)為：含水層位多、層間水力聯(lián)系差、層間地下水位不統(tǒng)一、水量及水位受季節(jié)影響大?？菟诘叵滤湃腌呓?，洪水期接受邕江水反向補(bǔ)給。

1.3滑坡成因分析

綜合現(xiàn)場工程地質(zhì)條件，該滑坡形成的原因主要有以下幾個方面：

(1)巖性：場地素填土層厚度較大，土的固結(jié)程度差，土的抗剪強(qiáng)度較低。

(2)地質(zhì)構(gòu)造及地形：場地填土層與下伏原狀巖土層界面角度大，利于滑坡形成。

(3)人類活動：填挖工程建設(shè)破壞了原有的土體平衡狀態(tài)，使土體下滑力增加。

(4)水文氣象條件：①雨季土層吸水后重度增大，抗剪強(qiáng)度降低；②強(qiáng)降雨后形成的地表徑流造成水土流失，使植被失去對坡面的保護(hù)作用；③河水漲退作用打破了岸坡土層孔隙水壓力平衡[1]，加速滑坡的形成。

2　重力式擋墻設(shè)計(jì)

從路基滑坡造成的破壞現(xiàn)狀看，急需處治的是K9+300～K9+395段。該段路基已設(shè)有抗滑樁板式擋墻，但樁間土被完全掏空，致使擋土板懸空高度約2～4 m，抗滑樁體保護(hù)層出現(xiàn)剝落，其擋土側(cè)地表下沉、開裂現(xiàn)象嚴(yán)重。一旦滑塌進(jìn)一步加劇，將造成路基整體失穩(wěn)。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查及驗(yàn)算，已有抗滑樁板擋墻的破壞以擋板脫落為主，樁體屬有效支護(hù)。設(shè)計(jì)時主要需對掏空區(qū)域進(jìn)行支擋。設(shè)計(jì)采用微型鋼管樁承式重力式擋墻對抗滑樁樁間土掏空區(qū)域進(jìn)行支擋，采用微型鋼管樁對墻后土體進(jìn)行注漿加固，完成支擋后利用無砂大孔混凝土對掏空區(qū)域進(jìn)行回填[2-3]，具體設(shè)計(jì)見圖1。

圖1　擋墻斷面設(shè)計(jì)圖

3　設(shè)計(jì)方案驗(yàn)算

3.1驗(yàn)算參數(shù)選取

根據(jù)本工程勘察成果，結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)及相關(guān)規(guī)范規(guī)程，各巖土層的物理力學(xué)參數(shù)按表2選取。常水位狀態(tài)下汽車行駛動載按4輛城市-B級汽車超載7%考慮[4](4×1.07×20.83 kPa)，同時因50年一遇水位青環(huán)路已被淹沒近2 m，汽車無法行駛，不考慮行車動載。

3.2已有支擋結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

根據(jù)勘察成果提供的潛在滑面因素，驗(yàn)算已建成支擋工程的配筋及截面尺寸設(shè)計(jì)是否能夠滿足要求[5]，計(jì)算結(jié)果見表3。已建成抗滑樁屬有效支擋，但在50年一遇水位工況下樁體縱向配筋充盈率僅為1.13，樁身配筋的安全儲備較低，需加強(qiáng)支擋結(jié)構(gòu)的抗剪、抗彎性能。

3.3新增支擋結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

新增支擋結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算參數(shù)包括：

(1)計(jì)算邊坡經(jīng)處治后的安全系數(shù)，根據(jù)最危險滑動面計(jì)算支擋部位剩余下滑力[6]，計(jì)算結(jié)果見表4。

(2)計(jì)算墻后土體的主動土壓力[7]，判定擋墻墻身是否承受主動土壓力以外的附加力。

常水位：

50年一遇水位工況：

式中：φ′——墻背填土的有效內(nèi)摩擦角；

γ/γ′/γω——分別為填土重度、浮重度、水重度；

Z——墻頂以上水深(取Z=2 m)。計(jì)算得出常水位及50年一遇工況條件下土壓力分別為E常=174 kN/m，E50=481 kN/m。

常水位工況支擋部位剩余下滑力水平推力大于對應(yīng)工況下土壓力，墻背需承受附加外力F=277-174=103 kN/m；50年一遇水位工況支擋部位剩余下滑力水平推力小于對應(yīng)工況下土壓力，墻背不受附加外力。

(3)計(jì)算鋼管樁承式擋墻的安全穩(wěn)定性，計(jì)算結(jié)果見表5。

表2　各巖土層參數(shù)取值表

表3　抗滑樁配筋驗(yàn)算結(jié)果表

表4　邊坡處治后安全系數(shù)及支擋部位剩余下滑力計(jì)算結(jié)果表

表5　鋼管樁承式擋墻穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果表

4　與傳統(tǒng)重力式擋墻比較

由于鋼管樁注漿的加固作用，注漿區(qū)土體的承載力及抗剪強(qiáng)度有所提高，加上鋼管樁自身的抗剪作用[8]，鋼管樁承式擋墻的尺寸遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)重力式擋墻尺寸，建設(shè)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)也優(yōu)于傳統(tǒng)重力式擋墻，具體見表6。

表6　與傳統(tǒng)重力擋墻比較結(jié)果表

注：鋼管樁擋墻費(fèi)用包括鋼管樁成孔及注漿費(fèi)用。

5　結(jié)語

(1)將微型鋼管樁應(yīng)用于重力式擋墻可以在保證在支擋結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的前提下，大幅度減小重力式擋墻的尺寸，節(jié)約工程造價，該技術(shù)尤其適用于天然地基土力學(xué)性質(zhì)較差區(qū)域的重力式擋墻[9]。

(2)本工程在驗(yàn)算中通過對剩余下滑力與主動土壓力對比分析，判斷擋墻墻身是否承受主動土壓力以外的附加力，避免了墻身受力重復(fù)加載造成的工程浪費(fèi)。

(3)本工程綜合了地下水、河流漲退作用、行車動載、支擋結(jié)構(gòu)同時存在的極端復(fù)雜工況條件下穩(wěn)定性驗(yàn)算，為日后近似工況重力式擋墻的設(shè)計(jì)驗(yàn)算提供了經(jīng)驗(yàn)及參考。

[1]工程地質(zhì)手冊(第四版)編委會.工程地質(zhì)手冊(第四版)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2]GB 50010-2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]JTJ D30-2015，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[6]GB 50330-2013，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[7]李境培，梁發(fā)云，趙春風(fēng).土力學(xué)第二版[M].北京：高等教育出版社，2008.

[8]肖春錦.微型鋼管樁用于滑坡治理及理論分析[J].路基工程，2010(4)：94-97.

[9]孫毅，向波，楊小松，等.小直徑鋼管排樁支擋結(jié)構(gòu)抗滑機(jī)理及工程應(yīng)用[J].路基工程，2012(3)：57-60.

Application and Checking of Micro Steel-tube Piles in Gravity Retaining Wall

LIU Guang-bin，HUANG Ya-ze，LUO An-min

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

Due to its high protection strength，convenient construction，economical cost and other characteristics，the gravity retaining wall is widely used in the retaining engineering of construction filling or ex-cavation slope，however，when the natural foundation soil has lower shear strength，it is required to in-crease the retaining wall size together with foundation reinforcement treatment，thus its advantages in terms of economic cost does no longer exist.Taking the roadbed landslide engineering at the left side of Nanning Qinghuan Road K9+140～K9+690 section as the example，this article introduced the design program of applying the micro steel-tube piles in the gravity retaining wall，and through the checking analysis，it obtained that this design program can ensure the safe and reliable support engineering，while reducing the size of retaining wall and saving the project cost.Keywords：Gravity retaining wall；Natural foundation soil；Shear strength；Micro steel-tube piles

U417.1+1

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.05.002

1673-4874(2016)05-0006-04

2016-04-29

劉光彬(1982—)，工程師，主要從事巖土工程勘察設(shè)計(jì)工作；

黃雅澤(1976—)，工程師，主要從事巖土工程勘察設(shè)計(jì)工作；

羅安民(1990—)，助理工程師，主要從事巖土工程勘察設(shè)計(jì)工作。