復(fù)合式排樁擋土墻在軟土地基中的應(yīng)用

（福建省寧德市東僑東湖塘海堤水閘管理處寧德市352100）

復(fù)合式排樁擋土墻在軟土地基中的應(yīng)用

李松興

（福建省寧德市東僑東湖塘海堤水閘管理處寧德市352100）

結(jié)合工程實(shí)例，文章介紹了復(fù)合式排樁擋土墻在南大塘排洪渠中的應(yīng)用，分析復(fù)合式排樁擋土墻的設(shè)計(jì)思路和計(jì)算原理，為其在建設(shè)場地受限條件下軟土地基水利擋墻應(yīng)用中提供借鑒。

排樁擋土墻水利軟土地基應(yīng)用

軟土地基水利擋墻常采用的型式有重力式、半重力式、懸臂式、扶壁式、加筋土釘式、地下連續(xù)墻、排樁式、水泥土墻、土釘墻、板樁式，其中重力式擋土墻在工程中最為常見，懸臂式、扶壁式使用也較多。以往排樁常用于建筑深基坑支護(hù)，較少作為永久性支擋建筑物。隨著國家大力建設(shè)民生水利工程以及城區(qū)土地價值提升，近年來排樁逐步應(yīng)用于軟土地基水利擋墻中，特別是施工場地受限的城區(qū)河道護(hù)岸中。其中復(fù)合式排樁擋土墻既有擋土功能，又有抗洪水沖刷效果，既作為永久支擋結(jié)構(gòu)，又可利用作為臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)，一舉多得，施工中可采用逆作法確保施工安全，與場地受限地區(qū)軟土地基水利護(hù)岸要求不謀而合，解決了一大難題。2012年，我們在南大塘排洪渠設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)排洪渠護(hù)岸特點(diǎn)結(jié)合支護(hù)排樁進(jìn)行有機(jī)組合，形成復(fù)合式排樁擋土墻。從投入使用后5年的運(yùn)行情況看，效果良好。

1 工程概況

南大塘排洪渠位于寧德市中心城區(qū)金塔組團(tuán)，作為南部城區(qū)排泄山洪和城區(qū)澇水的主要通道，控制集水面積12.5 km2，5年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量94.1m3/s，河道寬度（14～20）m，最大墻高6.0m，受東湖回水影響護(hù)岸按3級建筑物設(shè)計(jì)。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)工程地質(zhì)勘察成果，場地表層為素填土，中層為全新統(tǒng)沖海積層。場地巖土層可劃分為5層，其工程地質(zhì)特征自上而下分布有素填土①、淤泥②、中砂③、圓礫④、殘積砂質(zhì)粘性土⑤。地下水水位約（0.1～1.1）m，抗震設(shè)防烈度為6度，各巖層物理地質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 各巖土層承載力特征值及參數(shù)表

3 排樁擋土墻設(shè)計(jì)

排樁擋土墻按照排列形式分為柱狀式、連續(xù)式及復(fù)合式，其中柱狀式排樁擋土墻常用于地下水位較低、邊坡地質(zhì)條件好、不易產(chǎn)生樁間溜土的場地；連續(xù)式和復(fù)合式排樁擋土墻常用于地下水位較高、邊坡地質(zhì)條件較差的軟土地基。按支撐情況，排樁擋土墻又分為懸臂式和支撐式，其中懸臂式排樁擋土墻適用于護(hù)岸高度小，變形要求低的場地；支撐式排樁擋土墻適用于護(hù)岸高度大，地基地質(zhì)條件差、對變形要求嚴(yán)格的場地。

南大塘排洪渠護(hù)岸兩側(cè)為密集的工業(yè)廠房和民房，最窄處寬度僅為25.0m。水利計(jì)算要求采用直立式擋墻且河底高程無法提高，護(hù)岸開挖深度達(dá)（3.8～6.3）m，若采用周邊地區(qū)常用的重力式、扶壁式等護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式帶來的巨額拆遷費(fèi)用無法承擔(dān)，實(shí)施難度極大。而鋼板樁、預(yù)制混凝土板樁等常用于對變形要求不高的臨時基坑支護(hù)。該工程設(shè)計(jì)時還選擇扶壁式、重力式等多種擋墻結(jié)構(gòu)在經(jīng)濟(jì)、工期、社會穩(wěn)定等方面進(jìn)行比選，最終采用復(fù)合式單支點(diǎn)沖孔灌注樁擋土墻方案（見圖1、圖2）。本方案結(jié)構(gòu)型式簡單、抗水力沖刷能力強(qiáng)、占地小、有效減少拆遷量、施工范圍小、受外界干擾小，可滿足工程功能需求，且綜合造價不高。

圖1 南大塘排洪渠護(hù)岸橫剖面圖（單位：mm）

圖2 南大塘排洪渠護(hù)岸單支點(diǎn)沖孔灌注排樁擋土墻布置圖（單位：mm）

3.1 工程措施

擋墻采用復(fù)合式排樁結(jié)構(gòu)，共設(shè)兩排樁，排距2.0m，其中臨水側(cè)樁徑0.7m，樁距3.6m，樁長17.0 m，背水側(cè)樁徑0.7m，樁距1.8m，樁長23.0m，均為C30鋼筋混凝土沖孔灌注樁，兩排樁間采用C25鋼筋混凝土承臺連接，背水側(cè)樁樁頂設(shè)置C25鋼筋混凝土冠梁（寬0.9 m×高0.6m），背水側(cè)樁外側(cè)設(shè)置厚0.4m的C25鋼筋混凝土面板直通墻頂，面板上設(shè)兩排DN75PVC排水管。排洪渠渠底每隔3.6m，設(shè)置1根C25鋼筋混凝土頂梁（寬0.4 m×高0.6m）。擋墻每隔12.0m設(shè)一結(jié)構(gòu)分縫。

3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

排樁擋土墻受力分析根據(jù)受力條件可分段按平面問題考慮，其受力、變形特征與其樁體平面布置、錨固段埋置深度、各地層地質(zhì)條件和支撐形式等因素有關(guān)。排樁擋土墻的受力、變形分析，按假定邊界條件不同，目前較為常用的計(jì)算方案有彈性支點(diǎn)法、等值梁法、彈性樁法等。

排樁擋土墻穩(wěn)定計(jì)算主要有抗傾覆、抗滑移、抗隆起及整體穩(wěn)定分析等多方面。工程設(shè)計(jì)中初擬結(jié)構(gòu)斷面進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)驗(yàn)算，該工程結(jié)構(gòu)計(jì)算主要采用《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》JGJ120-2012進(jìn)行分析計(jì)算。

3.2.1 錨固深度計(jì)算

施工期按懸臂式排樁擋土墻（渠底對撐梁未實(shí)施）在極限狀態(tài)下的錨固深度工況計(jì)算，可采用式（1）確定錨固深度：

式中∑Epj——所有被動土壓力之合力（kN）；

hp——所有被動土壓力合力作用點(diǎn)至樁底的距離（m）；

γ——安全系數(shù)；

∑Eai——所有主動土壓力之合力（kN）；

ha——所有主動土壓力合力作用點(diǎn)至樁底的距離（m）。

滲流穩(wěn)定期和水位降落期按單支點(diǎn)排樁擋土墻采用傳統(tǒng)的等值梁法，按式（2）計(jì)算確定錨固深度:

式中∑Epj——所有被動土壓力之合力（kN）；

hp——所有被動土壓力合力作用點(diǎn)至樁底的距離（m）；

Tcl——支撐受力（kN）；

htl——支撐受力點(diǎn)至樁前地面距離（m）；

hd——樁錨固深度（m）；

γ——安全系數(shù)；

∑Eai——所有主動土壓力之合力（kN）；

ha——所有主動土壓力合力作用點(diǎn)至樁底的距離（m）。

3.2.2 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

抗傾覆安全系數(shù)Kc采用式（3）計(jì)算：

式中Mp——被動土壓力及支點(diǎn)力對樁底的抗傾覆彎矩（kN/m）。

Ma——主動土壓力對樁底的傾覆彎矩（kN/m）。

3.2.3 整體穩(wěn)定驗(yàn)算

整體穩(wěn)定驗(yàn)算按平面問題采用不計(jì)條塊之間作用力的瑞典圓弧法，穩(wěn)定滲流期和水位降落期的安全系數(shù)采用有效應(yīng)力法，施工期安全系數(shù)采用總應(yīng)力法，計(jì)算公式如下：

式中b——條塊寬度（m）；

W1——墻外水位以上條塊實(shí)重（kN）；

W2——墻外水位以下條塊浮重（kN）；

Z——墻外水位高出條塊底面中點(diǎn)距離（m）；

u——穩(wěn)定滲流期或水位降落期壩體或地基中的孔隙水壓力（kN）；

β——條塊的重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間夾角（°）；

γw——水的容重（kN/m3）；

c′、φ′——土條底面的有效凝聚力（kN/m2）、有效內(nèi)摩擦角（°）。

3.2.4 抗隆起驗(yàn)算

抗降起驗(yàn)算采用《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》YB9258-97中Prandtl(普朗德爾)公式：

式中γ——土的重度（kN/m3）；

c——土的粘聚力（kN/m2）；

q——地面荷載（kN/m2）；

Nq、Nc——地基承載力系數(shù)。

3.2.5 計(jì)算成果

根據(jù)上述計(jì)算方法進(jìn)行分析計(jì)算，各項(xiàng)指標(biāo)結(jié)果詳見表2。

表2 各項(xiàng)指標(biāo)計(jì)算成果表

3.2.6 側(cè)向容許變形

排樁擋土墻側(cè)向容許變形值需要考慮擋墻后土體失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)破壞以及變形過大對墻頂建筑物的影響等因素。排樁擋土墻側(cè)向變形主要考慮控制墻頂和錨固段頂部變形量。錨固段頂部側(cè)向變形施工期按不大于10mm控制，穩(wěn)定滲流期和水位降落期按不大于5mm控制。墻頂側(cè)向變形主要考慮因樁身過大變形對周邊建筑物產(chǎn)生沉降的影響，排樁擋土墻側(cè)向變形與墻后地面沉降的關(guān)系通常按三角形式、Peck法或拋物線式等方法進(jìn)行估算。

3.3 施工注意事項(xiàng)

（1）為減少基坑開挖時單排樁支撐所帶來的樁身變形，可采取以下措施：①先澆筑樁頂冠梁，待冠梁混凝土強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度后再開挖基坑；②基坑開挖采用分層分段法，縱向一般每次開挖長度不超過12.0m，位置與擋墻分縫錯開，橫向開挖采用逆作法每次下挖2.0m后立即噴射樁間混凝土護(hù)面；③基坑開挖至基底并清基后應(yīng)立即澆筑承臺素混凝土墊層，使兩樁間形成支擋結(jié)構(gòu)。

（2）基坑開挖過程中應(yīng)加強(qiáng)樁身變形觀測，嚴(yán)格控制基坑開挖速率，嚴(yán)禁墻后超載，當(dāng)樁身變形超過設(shè)計(jì)允許值時必須立即停止開挖并回填樁前土體。

4 結(jié)語

（1）南大塘排洪渠位于城市建成區(qū)，周邊建筑物密集，經(jīng)方案比選后選用復(fù)合式?jīng)_孔灌注排樁擋墻護(hù)岸方案具有一定的借鑒作用。但目前無統(tǒng)一公認(rèn)的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型，需要在今后工程實(shí)例應(yīng)用中加以總結(jié)，驗(yàn)證。

（2）排樁擋土墻具有布置形式靈活、對狹窄施工場地適應(yīng)性強(qiáng)、不用基坑支護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，在水利工程，特別是軟土地基擋墻工程中具有一定的應(yīng)用價值。

[1]崔俊杰，韓志霞.排樁擋土墻的設(shè)計(jì)及有關(guān)問題探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2006，（11）:13-15.

[2]王倪進(jìn)，邱學(xué)山，朱成勇，等.排樁擋土墻在水利護(hù)岸工程中的應(yīng)用[J].水利科技與經(jīng)濟(jì)，2014，（10）:131-133.

2017-02-20）

李松興（1983-），男，福建福安人，大學(xué)本科，工程師，研究方向：水利工程。