反演分析法在樁板式擋土墻加固設計中的應用

李連偉

摘要：邊坡?lián)鯄Τ霈F(xiàn)險情后，如何在考慮原有支護措施對邊坡穩(wěn)定貢獻的基礎上，提出邊坡加固設計方案，做到既安全又經(jīng)濟，成了加固設計的難點。本文依據(jù)反演分析法的思路，提出設計思路，應運用于工程實踐中，取得較好的經(jīng)濟效果。

Abstract： In view of the danger of slope retaining wall， the paper puts forward the scheme of slope reinforcement design on the basis of considering the contribution of the original supporting measures to the slope stability. On the basis of the inversion analysis method， this paper puts forward the design idea， which is used in engineering practice and has achieved good economic effect.

關鍵詞：擋墻加固；反演分析法；樁板式擋土墻

Key words： retaining wall reinforcement；inversion analysis method；pile plank retaining wall

中圖分類號：U417.1+1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）21-0131-03

0 引言

隨著2011年云南省“城鎮(zhèn)上山”重大用地決策的提出，越來越多的山地工程建設項目的涌現(xiàn)也帶來眾多的邊坡、擋墻問題。一些邊坡、擋墻因設計經(jīng)驗不足、施工質(zhì)量不夠等原因，往往剛施工完成就出現(xiàn)嚴重變形，影響正常使用。如何在考慮原有工程量對邊坡穩(wěn)定貢獻的基礎上，提出邊坡加固設計方案，做到既安全又經(jīng)濟，是各位巖土工程師常常遇到的困惑。筆者在多年的工程實踐中，結合規(guī)范要求、理論計算及工程實踐，采用基于反演分析法的擋墻加固設計思路，實際應用效果較好。

1 反演分析法思路

《建筑邊坡工程鑒定與加固技術規(guī)范》第4.4.4條“當邊坡工程已產(chǎn)生變形或滑動時，可采用反演分析法確定滑動面抗剪強度指標。對出現(xiàn)變形的邊坡工程，其穩(wěn)定性系數(shù)Ks宜取1.00～1.05；對產(chǎn)生滑動的邊坡工程，其穩(wěn)定系數(shù)Ks宜取0.95～1.00?！?/p>

基于以上規(guī)范要求，我們可以假設現(xiàn)狀邊坡或擋墻是處于臨界平衡狀態(tài)的，臨界狀態(tài)所對應的安全系數(shù)可按等于1.00考慮。此時邊坡平衡狀態(tài)方程可表述為：

R抗≈K0R下 （1）

式中：R抗—原有支擋措施提供的抗滑力；R下—含外力作用下的邊坡下滑力；K0—現(xiàn)狀下邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)，≈1.00。

加固后的擋墻或邊坡的設計安全系數(shù)須滿足規(guī)范要求，可表述為：

μR增+R抗≥K1R下 （2）

式中：μ—新增加固措施安全發(fā)揮系數(shù)；R增—新增支擋措施提供的抗滑力；R抗—原有支擋措施提供的抗滑力； R下—含外力作用下的邊坡下滑力；K1—滿足規(guī)范要求的安全系數(shù)。

2 工程實例

2.1 工程概況

云南省楚雄市某礦業(yè)機械廠建設于山前坡地上，整個場地由挖山平整形成，在東北側(cè)形成約12.0m高垂直邊坡，坡頂1：1自然放坡。支擋措施采用“懸臂式樁板擋墻”，抗滑樁樁長20.0m，懸臂段高12.0m，嵌固端入穩(wěn)定基巖8.0m，截面尺寸1.0m×1.2m，間距4.0m，建成后運行正常，未見變形裂縫。2014年擋墻上部地塊規(guī)劃新建一玻璃廠，玻璃廠地面標高高于原擋墻頂約7.5m，平整場地后擋土墻前硬化層被擠裂鼓起（圖1）、原支擋方樁樁身中下部出現(xiàn)斜裂縫（圖2），樁頂偏移錯位嚴重，最大水平位移達10cm，對擋土墻前部廠區(qū)的人員生命和財產(chǎn)安全造成了嚴重的影響。究其破壞原因，主要是原有擋墻措施在未加固的情況下，墻頂場平、建筑加荷，對抗滑樁產(chǎn)生的主動土壓力超過其支擋能力，導致抗滑樁損壞，擋土墻失穩(wěn)。

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2.2 反演計算

由于該懸臂式樁板墻設計時未按規(guī)范實施，建設方不能提供原設計圖紙及邊坡勘察資料，故本次擋墻加固采用“反驗分析法”進行設計。設計過程如下：

采用朗肯土壓力公式計算天然狀態(tài)下?lián)鯄λ艿酵翂毫?，填土重度?9kN/m3，填土綜合內(nèi)摩擦角取35°：

Ea1=0.5×19×（12）2×tan（45-35/2）2=370.71kN/m

坡頂動荷載及超載產(chǎn)生的土壓力：

Ea2=（20+7.5×19）×12×tan（45-35/2）2=528.43kN/m

則單位長度擋墻所承受的土壓力為：

Ea合=899.14kN

根據(jù)擋土墻變形現(xiàn)狀，假定現(xiàn)狀安全系數(shù)為1.00，則根據(jù)式（1）推導原擋土墻被動土壓力合力為：

Ep合≈Ea合=899.14kN

擋墻加固考慮采用預應力錨索加固，設計3排，新增加錨索安全發(fā)揮系數(shù)μ取0.95，加固后的擋設計安全系數(shù)取1.35，則根據(jù)式（2），有：

0.95×3×R增+899.14×4≥1.35×899.14×4

R增≥441.68kN

錨桿的極限粘結強度標準值按120kPa考慮，則設計錨索錨固長度L：

L=441.68/（3.14×0.15×120×0.75×cos（20°））=11.09m

2.3 治理方案

為保證擋土墻墻頂及墻腳廠區(qū)安全，采取如下緊急搶險和后續(xù)加固設計方案（圖3）。

2.3.1 坑頂卸載

為控制擋墻繼續(xù)變形，立即組織人力、機械將擋土墻頂部新近填土挖除卸載。

2.3.2 增大抗滑樁樁徑

根據(jù)樁的受損外觀分析及加固條件，采用增大抗滑樁截面的加固措施，沿原樁左側(cè)、面?zhèn)燃坝覀?cè)三面布設雙層雙向HRB400Φ16鋼筋，樁身三側(cè)截面尺寸均增大20cm，采用C30混凝土澆筑。

2.3.3 預應力錨索設計

在原樁板擋土墻上設置3道預應力錨索，錨索種類采用5束？準15.2mm低松弛鋼絞線（極限強度標準值為1860MPa），錨索總長24m，自由段12m，錨固段12m，直徑150mm，錨索設計值678kN，鎖定值480kN。

2.3.4 加筋土擋墻設計

為減少坡頂擋墻加荷對樁板墻的影響，對坡頂玻璃廠的后期高填方邊坡宜采用輕體量的支護措施，故考慮采用7.5m高的加筋土擋墻進行支擋。加筋土擋墻分兩級，上一級墻高3.5m，下一級墻高4.0m，土工格柵采用坦薩UXB型單向土工格柵，模塊現(xiàn)場預制后拼裝。

2.4 治理效果

該工程自加固竣工（圖4）至今已近2年，施工過程監(jiān)測及竣工后的跟蹤監(jiān)測結果顯示，從預應力錨索施工后，抗滑樁頂部未再出現(xiàn)明顯位移；上部加筋土擋墻也未出現(xiàn)明顯沉降、位移現(xiàn)象，說明原損壞的樁板墻得到了加固修復，證明了該加固方案的合理性，為類似工程的處理提供參考。

3 結論

在缺少原有邊坡?lián)鯄翱辈熨Y料的情況下，反演分析法可以迅速地確定出比較安全、經(jīng)濟、合理的加固設計計算方法，可充分考慮原有支擋結構的作用，取得較好的經(jīng)濟效益。

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