錨桿式擋土墻在基坑支護(hù)中的應(yīng)用

陸 雯，張 旭，吳舒海

(1.江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127；2.江蘇省太湖水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 蘇州 215000)

錨桿式擋土墻在基坑支護(hù)中的應(yīng)用

陸 雯1，張 旭2，吳舒海1

(1.江蘇省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127；2.江蘇省太湖水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 蘇州 215000)

錨桿擋土墻是一種輕型的支護(hù)結(jié)構(gòu)。本文以淮漣閘除險(xiǎn)加固工程基坑支護(hù)的錨桿擋土墻為研究對(duì)象，分析了錨桿擋土墻的不同的計(jì)算方法及施工要求。研究表明：工程施工后對(duì)淮漣閘東側(cè)附近的民房基本無(wú)影響，減少了周邊房屋的拆遷量；錨桿擋土墻具有占用場(chǎng)地少、施工方便、工期短等特點(diǎn)，能夠有效地確保工程的安全性。

錨桿擋土墻；基坑支護(hù)；土壓力；擋土結(jié)構(gòu)

1 工程概況

淮漣閘位于淮安市淮陰區(qū)楊莊，中運(yùn)河與淮沭新河交匯處，與淮陰閘相距200 m，是分淮入沂綜合利用工程之一，為淮漣灌區(qū)和徐溜灌區(qū)引水渠首工程。根據(jù)淮漣閘安全鑒定結(jié)論，對(duì)該閘進(jìn)行原址拆除重建。根據(jù)工程總體規(guī)劃，淮漣閘設(shè)計(jì)流量為110 m3/s?，F(xiàn)狀老閘共6孔，單孔凈寬4 m，總凈寬24 m。除險(xiǎn)加固工程擬于原址上拆除新建，按照原有規(guī)模進(jìn)行設(shè)計(jì)，單孔凈寬8 m，共3孔，設(shè)計(jì)流量仍為110 m3/s，采用整體式平底板胸墻式水閘結(jié)構(gòu)[1]?；礉i閘東側(cè)民房較為密集，上、下游第一節(jié)擋墻基礎(chǔ)邊線(xiàn)距最近的民房?jī)H約10 m。經(jīng)方案比選，為減少工程征占地及對(duì)周邊房屋的影響，在老閘拆除之前先于閘東側(cè)采用預(yù)應(yīng)力錨桿擋土墻作為臨時(shí)基坑支護(hù)。

根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，閘東側(cè)地質(zhì)按其成因類(lèi)型及土的性狀自上而下可分為如下各層：

(2)①層(Q4al)：黃灰?jiàn)A灰色粉質(zhì)黏土，局部為黏土，高程6.40～4.90 m，直接快剪凝聚力cq為21.2 kPa，內(nèi)摩擦角φq為9.3°。

(3)②層(Q3al)：灰綠漸變?yōu)榛尹S、棕黃色粉質(zhì)黏土，含鐵錳質(zhì)斑，高程4.90～1.80 m，直接快剪凝聚力cq為40.7 kPa，內(nèi)摩擦角φq為13.2°。

(4)③1層(Q3al)：灰黃色粉砂、細(xì)砂，含云母片，高程1.80～-3.90 m，直接快剪凝聚力cq為4.4 kPa，內(nèi)摩擦角φq為27.4°。

(5)③2層(Q3al+pl)：灰黃色含少量礫的細(xì)砂，含云母片，高程-3.90～-7.00 m，直接快剪凝聚力cq為4.9 kPa，內(nèi)摩擦角φq為30.4°。

(6)⑤層(Q3al)：棕黃夾灰白色含少量礫的粉質(zhì)黏土，含少量砂礓和鐵錳質(zhì)結(jié)核，高程-7.00～-17.40 m，直接快剪凝聚力cq為62.4 kPa，內(nèi)摩擦角φq為12.3°。

2 錨桿擋土墻受力分析及計(jì)算方法

2.1 錨桿擋土墻的布置

本工程錨桿擋土墻立板采用混凝土地連墻結(jié)構(gòu)，地連墻厚度為60 cm，墻頂高程為13.00 m，墻底高程為-1.00 m，根據(jù)地質(zhì)條件、擋土高度要求，墻后采用1排錨桿拉結(jié)。地連墻施工前先將閘身閘側(cè)土方開(kāi)挖至標(biāo)高13.00 m，地連墻施工完畢后，進(jìn)行第一次墻前土方開(kāi)挖，開(kāi)挖至標(biāo)高10.00 m，然后進(jìn)行墻后錨桿施工，最后墻前土方開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高5.80 m。錨桿鉆孔直徑為200 mm，錨桿采用4根1×7標(biāo)準(zhǔn)型公稱(chēng)直徑12.7 mm-1860無(wú)粘結(jié)鋼絞線(xiàn)，傾角15°，錨桿自由段長(zhǎng)6 m，錨固段長(zhǎng)14.0 m，水平間距1.5 m，錨固段灌M30水泥砂漿。錨桿擋土墻布置詳見(jiàn)圖1。

圖1 錨桿擋土墻布置圖

2.2 錨桿擋土墻計(jì)算方法

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算主要有經(jīng)典法和彈性法。由于經(jīng)典法計(jì)算土體的被動(dòng)土壓力無(wú)法計(jì)算土體的變形，而且在一些不可能或不允許產(chǎn)生土體極限平衡狀態(tài)的情況下，經(jīng)典法無(wú)法計(jì)算其相應(yīng)的土壓力，因此，彈性法在理論上較經(jīng)典法更為成熟[2]。本文計(jì)算采用桿系有限元法，它是基于彈性理論較常采用的一種用于基坑支護(hù)工程的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。沿縱向方向取地連墻單位寬度，將其視為一個(gè)豎放的彈性地基梁，對(duì)錨桿擋土墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化，地層抗力作用采用一系列彈簧來(lái)模擬，彈簧布置在節(jié)點(diǎn)上。在兩個(gè)階段的基坑開(kāi)挖面(高程10.00 m、5.80 m)處及錨桿支撐處(高程11.00 m)各布置1個(gè)節(jié)點(diǎn)，共3個(gè)，沿高程5.80～-1.00 m地連墻豎向方向間距0.60～1.40 m布置6個(gè)結(jié)點(diǎn)，即截取9個(gè)單元，17個(gè)桿件(彈簧支座均模擬成桿)，18個(gè)節(jié)點(diǎn)，桿系劃分詳見(jiàn)圖2桿系有限元法計(jì)算簡(jiǎn)圖。

圖2 桿系有限元法計(jì)算簡(jiǎn)圖

地連墻墻后主動(dòng)土壓力計(jì)算仍采用經(jīng)典土壓力理論——朗肯理論計(jì)算。對(duì)于粉土及黏性土，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的主動(dòng)土壓力(即水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值)為[3]：

(1)

式中:eajk為主動(dòng)土壓力，kN;Ka i為第i層土的主動(dòng)土壓力系數(shù)；σajk為作用于深度zj處的豎向土應(yīng)力,kN；ci k三軸實(shí)驗(yàn)確定的第i層土固結(jié)不排水(快)剪黏聚力,kN；當(dāng)按式(1)計(jì)算eajk小于零時(shí)，應(yīng)取零。

圖3 主動(dòng)土壓力分布圖

各單位寬度的地層抗力彈簧剛度取該彈簧附近的地層彈性抗力系數(shù)乘以相鄰兩彈簧之間距離的平均值，其計(jì)算式為：

(2)

錨桿處水平剛度系數(shù)KT：

(3)

(4)

式中：Lf為錨桿自由段長(zhǎng)度，取6 m；La為錨桿錨固段的長(zhǎng)度，取14 m；Es為桿體的彈性模量，無(wú)粘結(jié)鋼絞線(xiàn)取1.95E+5；A為桿體截面積，4根1×7標(biāo)準(zhǔn)型公稱(chēng)直徑12.7 mm-1860無(wú)粘結(jié)鋼絞線(xiàn)公稱(chēng)截面積共394.8 mm2；AC為錨固體的截面積，78.54 cm2；EC為錨固體組合彈性模量，算得30 696.3 N/mm2；Em為注漿體彈性模量，M30水泥砂漿取22 000 N/mm2。θ為錨桿水平傾角15°。將各參數(shù)代入式(3)、式(4),求得錨桿處水平剛度系數(shù)KT為10 640.81 kN/m。

2.3 錨桿擋土墻內(nèi)力計(jì)算分析

根據(jù)錨桿擋土墻設(shè)計(jì)荷載及相關(guān)計(jì)算參數(shù)，運(yùn)用矩陣位移法基本平衡方程進(jìn)行計(jì)算：

[K]·{δ}={R}

(5)

式中:[K]為整個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)的總體剛度矩陣；{δ}為位移矩陣；{R}為總的荷載矩陣。

采用電算程序，求得各跨最大彎矩M、各支座剪力V、軸力N后繪出彎矩圖、剪力圖。根據(jù)計(jì)算成果，桿件⑩(即錨桿支撐處)彎矩M為0，剪力V為0，軸力N為173.45 kN。根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 120-2012)中公式，算得錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值N=337 kN，取340 kN，因此選取4根1×7標(biāo)準(zhǔn)型公稱(chēng)直徑12.7 mm-1860無(wú)粘結(jié)鋼絞線(xiàn)符合規(guī)范要求；節(jié)點(diǎn)1(即地連墻墻頂處)位移δ為1.5 cm小于規(guī)范允許值，符合規(guī)范要求；彎矩M最大值在桿件③處，Mmax為276 kN·m，根據(jù)規(guī)范，每米地連墻配置522 mm受力鋼筋。

2.4 施工要求

該工程的施工工序?yàn)椋浩秸麍?chǎng)地→測(cè)量放線(xiàn)→開(kāi)挖一段地連墻基槽→現(xiàn)澆相應(yīng)段鋼筋混凝土地連墻→重復(fù)前2項(xiàng)施工工藝，直至地連墻澆筑完成→開(kāi)挖一段墻前土方至第一次開(kāi)挖高程10.0 m→相應(yīng)段錨桿制作、鉆孔→清孔→注漿→養(yǎng)護(hù)→相應(yīng)段錨桿第一次預(yù)緊鎖定→重復(fù)前6項(xiàng)施工工藝，直至錨桿全部預(yù)緊鎖定→開(kāi)挖墻前土方至設(shè)計(jì)高程5.8 m→統(tǒng)一微調(diào)錨桿張力至軸向拉力設(shè)計(jì)值340 kN。

施工中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：(1)應(yīng)嚴(yán)格控制地連墻嵌入地面深度，以保證其穩(wěn)定性；(2)錨桿張拉應(yīng)有序進(jìn)行，張拉順序應(yīng)考慮鄰近錨桿的相互影響；錨桿正式張拉前，應(yīng)取0.1～0.2的錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值N(340 kN)，對(duì)錨桿預(yù)張拉1～2次，使桿體完全平直，各部位接觸緊密；(3)宜采用順作法施工；(4)各項(xiàng)工序應(yīng)該緊密銜接，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，做到施工信息動(dòng)態(tài)化。

3 結(jié) 語(yǔ)

淮漣閘除險(xiǎn)加固工程在老閘拆除之前于閘身東側(cè)采用錨桿擋土墻作為臨時(shí)基坑支護(hù)，工程施工后地連墻實(shí)際位移僅有1.5 cm左右，對(duì)該閘東側(cè)附近的民房基本無(wú)影響，減少了周邊房屋的拆遷量，保障了施工工期。本工程錨桿擋土墻施工實(shí)施效果表明，錨桿擋土墻具有占用場(chǎng)地少、施工方便、工期短等特點(diǎn)，能夠有效地確保工程的安全性，為類(lèi)似工程的施工設(shè)計(jì)提供了很好的基坑支護(hù)經(jīng)驗(yàn)。

[1] 李輝, 張曉松, 李興兵,等. 地下連續(xù)墻與壓力分散型錨桿組合式擋土結(jié)構(gòu)研究與工程應(yīng)用[J]. 江蘇水利, 2012(9):51.

[2] 任澤垠, 陳維康. 錨桿邊墻在重陽(yáng)水庫(kù)溢洪道中的應(yīng)用[J]. 水利規(guī)劃與設(shè)計(jì), 2010(3):71-73.

[3] 朱思軍, 陳小丹, 楊光華,等. 某水閘左岸擋土墻開(kāi)裂原因分析及處理措施[J]. 廣東水利水電, 2016(9):11-15.

Application of anchor retaining wall in foundation pit support

LU Wen1，ZHANG Xu2，WU Shuhai1

(1.JiangsuWaterConservancySurveyDesignandResearchInstituteCo.,Ltd.,Yangzhou225127,China;2.TaihuWaterConservancyPlanningandDesignInstituteofJiangsuProvince,Ltd.,Suzhou215000,China)

The anchor retaining wall is a kind of light retaining structure,the Huailian Sluice reinforcement project used the anchor retaining wall as the foundation pit supporting measures. the paper taked anchor retaining wall as the research object,and analysed the different calculation methods of anchor retaining wall and construction requirement.The results showe that,the construction of anchor retaining wall has no effect on the house which near the east gate Huai Lian,anchor retaining wall has the characteristics of less occupied site, convenient construction and short period of work,and can effectively ensure the safety of the project.

anchor retaining wall;foundation pit support;earth pressure;retaining structure

U417.1+16;TU476+.4

A

2096-0506(2017)11-0040-04

陸 雯(1985-)，女 ，江蘇興化人，研究方向：水利建設(shè)與管理。E-mail：kikiki158@163.com。