某邊坡工程的加固措施研究

關(guān)海燕

(福建省閩武長城巖土工程有限公司 福建福州 350013)

0 引言

由于施工單位未按照原設(shè)計圖紙施工，在土方開挖過程中，邊坡周邊出現(xiàn)較大變形，顯然原支護(hù)體系強(qiáng)度不足，已不能滿足安全性要求。在這種情況下可供選擇的方案有兩種：一是廢棄原有支護(hù)結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計施工，這樣造成很大浪費(fèi)，并且拖延工期；二是充分利用已有支護(hù)結(jié)構(gòu)，對已有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，但是已有支護(hù)結(jié)構(gòu)到底能發(fā)揮多大的作用，顯然是一件較難評估且有一定風(fēng)險的工作。經(jīng)過多方討論及專家論證，最終選擇充分利用已有支護(hù)結(jié)構(gòu)，采取加固補(bǔ)強(qiáng)措施，以滿足安全及經(jīng)濟(jì)要求。

1 工程概況

擬建工程場地原為剝蝕殘丘地貌單元，因工程建設(shè)需要，場地進(jìn)行設(shè)計整平后，最終在南側(cè)形成10m～15m高人工邊坡，低洼地段回填最大厚度約10m。坡腳距離擬建建筑外墻線約6.5m，坡頂有一條12.0m寬的水泥路，以及一棟18F住宅樓，基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，建筑邊線距離坡頂線最近為14.0m。該區(qū)域抗震設(shè)防烈度為6度。

1.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報告鉆孔揭示，表層為新近人工堆填素填土，其下為全～中風(fēng)化凝灰熔巖。地層及設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)表

1.2 水文地質(zhì)條件

擬建場地地表水不發(fā)育，場地內(nèi)地下水為風(fēng)化帶孔隙裂隙水和下部基巖裂隙水兩種類型。前者主要賦存于全～強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖孔隙裂隙中，后者賦存于中風(fēng)化凝灰熔巖層中?？辈炱陂g擬建場地內(nèi)未見初見水位，地下水混合穩(wěn)定水位埋深7.50m～13.30m，穩(wěn)定水位標(biāo)高30.75m～35.52m，預(yù)計場地范圍內(nèi)全年地下水位變化幅度約為2m～3m。

2 原支護(hù)方案及存在問題

2.1 原支護(hù)方案

邊坡分兩級支護(hù)，采用全粘結(jié)系統(tǒng)錨桿+排樁+預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行支護(hù)。上一級坡高為5.0m，坡率為1∶0.75，采用全粘結(jié)系統(tǒng)錨桿支護(hù)；下一級采用排樁+預(yù)應(yīng)力錨索，沖(鉆)孔灌注樁樁徑1.0m，樁長約15m，樁間距1.5m。上下兩級之間平臺寬2m，上下兩級面層均掛鋼筋網(wǎng)，噴射100mm C25混凝土進(jìn)行護(hù)面。坡體設(shè)置一排仰斜排水管，坡面布置泄水孔，坡腳設(shè)置排水溝。支護(hù)方案如圖1所示。

圖1 原支護(hù)方案剖面圖

2.2 存在問題

施工單位已經(jīng)完成全粘結(jié)系統(tǒng)錨桿、沖(鉆)孔灌注樁、預(yù)應(yīng)力錨索施工，預(yù)應(yīng)力錨索在未進(jìn)行張拉鎖定的情況下開挖土方至排樁冠梁面以下4m～5m，違背設(shè)計施工順序，排樁處于懸臂狀態(tài)，導(dǎo)致坡頂?shù)乃嗦烦霈F(xiàn)嚴(yán)重沉降，沉降量約10cm，沉降較均勻，未出現(xiàn)嚴(yán)重開裂。坡頂建筑亦出現(xiàn)開裂，建筑周邊排水溝頂蓋與建筑墻體脫離。

經(jīng)設(shè)計單位深入調(diào)查了解發(fā)現(xiàn)，施工中存在諸多問題，其中較嚴(yán)重的有兩點(diǎn)：

其一，排樁樁長未達(dá)到設(shè)計長度，有些比設(shè)計樁長短約7m，樁端未落于設(shè)計地層。

其二，在現(xiàn)場隨機(jī)抽取4根預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行錨索拉拔試驗(yàn)，設(shè)計單根錨索拉拔力值為650kN，現(xiàn)場試驗(yàn)僅可做到70～80 kN時錨索變形量就已超出規(guī)范限值，試驗(yàn)值偏離原設(shè)計值太多。

根據(jù)上述調(diào)查結(jié)果，分析該邊坡變形的根本原因有以下兩點(diǎn)：

其一、樁長不足主要是樁嵌固段長度不足，由于上部松散土層較厚，樁端應(yīng)穿過不穩(wěn)定土層，嵌入原狀穩(wěn)定土層一定深度，樁身嵌固段長度不足導(dǎo)致樁前端被動區(qū)土壓力難以支擋樁后的主動土壓力，最終出現(xiàn)樁頂變形較大。

其二、錨索并未起到作用，樁頂設(shè)置錨索，初衷是樁身出現(xiàn)變形，由錨索承擔(dān)一部分荷載，由于施工質(zhì)量問題導(dǎo)致錨索基本處于失效狀態(tài)，當(dāng)樁頂一旦出現(xiàn)較大變形，錨索根本起不到作用。

3 臨時搶險措施

險情發(fā)生后立刻組織施工單位進(jìn)行搶險，采取土方回填反壓措施，土方回填高度至排樁冠梁底面，并且要求監(jiān)測頻率提高。監(jiān)測單位最終反饋的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，坡頂?shù)乇硭轿灰萍俺两?、坡體深層水平位移、坡頂建筑豎向、水平位移及傾斜等監(jiān)測數(shù)據(jù)，均小于預(yù)警值。

圖2 重新加固方案剖面圖

4 加固方案設(shè)計

鑒于該邊坡工程存在上述問題，必須對現(xiàn)有的支護(hù)體系進(jìn)行加固處理，以確保邊坡自身穩(wěn)定及周邊建構(gòu)物的安全。加固處理同時應(yīng)考慮以下3個因素。

(1)坡頂小區(qū)業(yè)主禁止建設(shè)單位再打錨索；

(2)已將原設(shè)計的支護(hù)樁施工完成，本次加固設(shè)計應(yīng)盡可能利用原支護(hù)樁，以免造成浪費(fèi)；

(3)控制邊坡及周邊建構(gòu)物的繼續(xù)變形，最終保證邊坡整體穩(wěn)定。

4.1 加固方案

重新加固在原支護(hù)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行加固,在已施工排樁前加打兩排沖(鉆)孔灌注樁，前排樁樁徑1.0m，樁間距2m，后排樁樁徑1.0m，樁間距6m。兩排樁樁頂布設(shè)冠梁，兩排樁頂用連梁、200mm厚度板連接，已施工單排樁與前排樁之間在樁頂設(shè)置豎向斜撐梁，斜撐梁間距為6m。這樣冠梁、連梁板、豎向斜撐梁以及樁間腰梁將所有樁連成一個整體，形成剛度較大的支護(hù)體系。樁間土面層掛鋼筋網(wǎng)，噴射100mm C25混凝土進(jìn)行護(hù)面。坡體設(shè)置一排仰斜排水管，坡面布置泄水孔，坡腳設(shè)置排水溝。景觀工程考慮在坡頂及平臺上種植爬藤植物。支護(hù)方案如圖2所示。

4.2 模型建立與計算

由于加打的兩排沖(鉆)孔灌注樁，樁身進(jìn)入原狀穩(wěn)定土層一定深度，且樁端嵌入中風(fēng)化巖1D，樁端可以近似認(rèn)為固定端。樁頂采用剛度較大的冠梁、連梁板、豎向斜撐梁以及樁間腰梁，將所有樁連成一個整體，形成剛度較大的剛架結(jié)構(gòu)。該支護(hù)體系中樁的受力機(jī)理與理正深基坑軟件中雙排樁的受力機(jī)理比較接近，即作用在結(jié)構(gòu)兩側(cè)的荷載與單排樁相同，前后排樁之間的樁間土采用側(cè)限約束假定，認(rèn)為樁間土對前后排樁的土反力與樁間土的壓縮變形有關(guān)，將樁間土看做水平向單向壓縮體，按土的壓縮模量確定水平剛度系數(shù)。

同時，考慮邊坡開挖后樁間土應(yīng)力釋放后仍存在一定初始壓力，計算土反力時應(yīng)反映其影響，該模型初始壓力按樁間土自重占滑動體自重的比值關(guān)系確定；加之，要考慮原支護(hù)樁的有利作用以及以往工程經(jīng)驗(yàn)[2]。經(jīng)綜合考慮，利用理正深基坑軟件的雙排樁計算模塊近似模擬該支護(hù)體系。將雙排樁排距折中考慮為3.5m，間距為2.5m，坡頂?shù)缆泛奢d按20kPa考慮，計算邊坡的整體穩(wěn)定性及變形量，計算結(jié)果均滿足規(guī)范要求[1]。計算結(jié)果如表2所示。

表2 邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

5 加固方案施工與檢測

該工程為一級邊坡工程,采用逆作法施工,其施工順序?yàn)?

第一階段：分級、分層開挖土方(上一級土方開挖5.0m)→分級、分層施工系統(tǒng)錨桿→面層防護(hù)→施工沖(鉆)孔灌注樁(單排樁)→施工冠梁。(此階段已施工完成)。

第二階段：沖(鉆)孔灌樁(兩排樁)→分級、分層放坡開挖至外排樁頂→施工外排樁頂冠梁及豎向斜撐梁→開挖斜坡土方至內(nèi)排樁→施工水平連梁、腰梁、200mm厚度鋼筋混凝土板→分級、分層開挖土方(開挖至坡底)→面層防護(hù)→排泄水系統(tǒng)施工。(此階段為本次加固設(shè)計內(nèi)容)。

支護(hù)體系必須形成整體,且混凝土強(qiáng)度達(dá)80%設(shè)計強(qiáng)度后,方可進(jìn)行土方開挖,要求分層均衡開挖，分層開挖厚度不超過1.5m,分層開挖至設(shè)計標(biāo)高。施工中各項原材料檢驗(yàn)批、試塊檢驗(yàn)結(jié)果均滿足規(guī)范要求。樁基完整性采用低應(yīng)變法動測法檢測，樁均為Ⅰ、Ⅱ類樁，滿足設(shè)計要求。

6 邊坡監(jiān)測

邊坡施工期及竣工2年之內(nèi)第三方進(jìn)行監(jiān)測，建立了較完善的監(jiān)測系統(tǒng)。邊坡布置了坡體深層水平位移、支護(hù)樁身變形(測斜)、支護(hù)樁鋼筋應(yīng)力、坡頂?shù)乇硭轿灰萍俺两?、坡頂建筑豎向、水平位移及傾斜。其中，坡體深層水平位移累計值23mm，支護(hù)樁身變形(測斜) 累計值18mm，坡頂?shù)乇沓两道塾嬛?4mm，坡頂建筑沉降累計值8.0mm。各項監(jiān)測數(shù)據(jù)均滿足規(guī)范要求，表明該次加固方案是行之有效的。

7 結(jié)論

(1)在某些特殊條件下，錨索無法實(shí)施時，采用單排懸臂樁難以滿足承載力、變形等要求時，雙排剛架結(jié)構(gòu)是一種可供選擇的支護(hù)型式。

(2)根據(jù)理論計算結(jié)果及后期的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，該支護(hù)體系具有整體性好、側(cè)向位移較小，安全性大大提高的優(yōu)點(diǎn)。

(3)排樁加固必須穿過不穩(wěn)定地層，樁身進(jìn)入原狀穩(wěn)定地層一定深度，依靠樁前端的穩(wěn)定地層被動土壓力抵抗樁后的主動土壓力。

(4)要建立有效的監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)反饋回的監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時調(diào)整設(shè)計，以免發(fā)生事故。

參考文獻(xiàn)

[1] GB50330-2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)建筑，2013.

[2] JGJ120-2012 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社, 2012.