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2019-03-06 07:12:46張穎張磊
山西建筑 2019年6期
張 穎 張 磊
(1.邯鄲市成祥房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司，河北 邯鄲 056000；2.中勘冶金勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，河北 保定 071069)
1 工程概況
某中學(xué)6層教學(xué)樓樓后布置擋土墻，高度7.20 m～7.50 m，擋土墻為鋼筋混凝土板，間隔3.70 m布置一根0.35 m×0.35 m的鋼筋混凝土加強(qiáng)柱，加強(qiáng)柱進(jìn)入下臥原狀土1.00 m，在回填土的施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)擋土墻向外(教學(xué)樓方向)變形過(guò)大，故將回填土挖除，先后在擋土墻后設(shè)兩排樁徑0.60 m的灌注樁(抗拉樁)，通過(guò)連梁把擋墻的加強(qiáng)柱與混凝土抗拉樁連接，擋土墻后回填土分層壓實(shí)。回填土成分大部分為現(xiàn)場(chǎng)的黃土狀土，根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，可能是濕陷性黃土。由于該部分回填土未按照規(guī)定要求進(jìn)行回填，擋土后面布設(shè)的兩排灌注樁嵌固深度不夠，該擋墻在使用過(guò)程中墻體出現(xiàn)了嚴(yán)重的水平位移，局部墻面出現(xiàn)鼓脹。
2 擋土墻破壞情況
擋土墻后填土區(qū)域(寬度6.00 m)上覆鋼筋混凝土面層出現(xiàn)大量平行于擋土墻方向的裂縫，幾近貫通，裂縫寬度5 mm～20 mm，裂縫出現(xiàn)在離擋土墻面板1 m～2 m的范圍內(nèi)，破除鋼筋混凝土面層后的探槽(0.5×1.0×6.5)顯示，擋墻后的第2排樁樁頂已向外(教學(xué)樓方向)傾斜，樁頂與后緣填土間裂縫寬度已達(dá)2 cm～4 cm。
3 擋土墻破壞原因分析
GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[1]要求，壓實(shí)填土邊坡坡高在5 m～10 m范圍內(nèi)的邊坡允許值在1∶1.75，不滿足要求時(shí)應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)與處理。
壓實(shí)填土由于破壞了土的原有結(jié)構(gòu)，土的抗剪強(qiáng)度低，土的側(cè)壓力系數(shù)大，對(duì)支擋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平力大，擋土墻原設(shè)計(jì)的加強(qiáng)柱、抗拉樁嵌入原狀土的深度淺，不能提供足夠大的水平抗力，在填土產(chǎn)生的水平側(cè)壓力作用下，整個(gè)支擋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的水平與垂直方向變形，變形的后果是擋土墻后的抗拉樁、面板、壓頂梁上的鐵質(zhì)欄桿向外傾倒，墻后填土不均勻下沉導(dǎo)致上覆鋼筋混凝土面層開(kāi)裂。
4 擋土墻加固方案
教學(xué)樓后的填土邊坡高度為7.5 m，破壞后果嚴(yán)重，屬于一級(jí)永久邊坡。擋土墻后填土的抗剪強(qiáng)度較低，對(duì)擋土墻產(chǎn)生的側(cè)壓力較大，導(dǎo)致支擋結(jié)構(gòu)變形較大，從坡頂卸載、增設(shè)錨拉結(jié)構(gòu)以及對(duì)擋墻后填土的改良三種思路對(duì)擋墻進(jìn)行加固，加固方案分別如下所示。
1)按照坡頂卸載(放坡)，坡腳加固的思路對(duì)原擋墻進(jìn)行加固，具體方案按照坡底設(shè)寬度3.0 m，高度H=4.5 m的灰土擋墻，坡頂按1∶2放坡，坡面設(shè)臺(tái)階，見(jiàn)圖1。
2)通過(guò)對(duì)現(xiàn)有擋墻增設(shè)錨拉結(jié)構(gòu)，通過(guò)錨桿把作用在擋墻后的土壓力傳到更遠(yuǎn)的穩(wěn)定土層中，同時(shí)對(duì)錨桿施加一定的預(yù)應(yīng)力可以有效控制擋土墻的變形，擋土墻加固詳見(jiàn)圖2。
3)從改良擋土墻后填土的角度來(lái)進(jìn)行加固，原擋墻后填土的抗剪強(qiáng)度較低，對(duì)鋼筋混凝土擋墻產(chǎn)生很大的側(cè)壓力，導(dǎo)致原支擋結(jié)構(gòu)變形較大，采用水泥土樁通過(guò)對(duì)填土進(jìn)行置換，形成復(fù)合地基來(lái)提高填土c(粘聚力)、φ(內(nèi)摩擦角)值來(lái)提高擋土墻自身的穩(wěn)定性，復(fù)合土層的抗剪強(qiáng)度提高公式計(jì)算如下：
tanφsp=mtanφp+(1-m)tanφs
(1)
csp=(1-m)cs+mcp
(2)
式中：φsp——復(fù)合土層內(nèi)摩擦角，(°)；
m——面積置換率；
φp——樁體材料內(nèi)摩擦角，(°)；
φs——樁間土內(nèi)摩擦角，(°)；
csp——復(fù)合土層粘聚力，kPa；
cs——樁間土粘聚力，kPa；
cp——樁體材料粘聚力，kPa。
水泥土樁施工之前應(yīng)進(jìn)行水泥土樁的配合比試驗(yàn)，水泥土樁的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)要滿足c≥290 kPa，φ≥31.5°的要求。
根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)擋墻后填土內(nèi)聚力cs=10 kPa，內(nèi)摩擦角φs=10°；水泥土樁結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果及以往經(jīng)驗(yàn)可取內(nèi)聚力cp=290 kPa，內(nèi)摩擦角φp=31.5°加固后復(fù)合地基的內(nèi)聚力要達(dá)到csp=65 kPa，內(nèi)摩擦角達(dá)到φsp=15°，把上面的數(shù)值代入式(1)，式(2)可求得面積置換率m1=0.210,m2=0.196。
(3)
式中：d——樁身平均直徑，m;
de——一根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑；
s——間距。
水泥土樁樁徑取d=600 mm，由式(3)求得：s1=1.158 m,s2=1.199 m，取樁間距為s=1.15 m，根據(jù)勘察報(bào)告，水泥土樁嵌固老土以下不少于1.0 m，最后水泥土樁長(zhǎng)定位9 m，詳見(jiàn)圖3。
邊坡的穩(wěn)定性分析模型采用瑞典條分法[2]來(lái)計(jì)算邊坡的滑動(dòng)穩(wěn)定安全系數(shù)：
式中：ci——第i土條在滑弧面處土的黏聚力,kPa;
φi——第i土條在滑弧面處土的內(nèi)摩擦角,(°)；
li——第i土條的滑弧長(zhǎng)度,m；
Wi——第i土條承擔(dān)的地面荷載和土條重力之和。
借助于理正巖土計(jì)算6.5版軟件[3]進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)邊坡置換之前土體的穩(wěn)定性及置換之后土體的穩(wěn)定性對(duì)比計(jì)算詳見(jiàn)表1，表2。分析對(duì)比可得，水泥土樁置換邊坡之前滑動(dòng)穩(wěn)定安全系數(shù)Fs=0.413<1.35不滿足規(guī)范要求，水泥土樁置換邊坡后抗滑安全系數(shù)Fs=1.466>1.35滿足邊坡穩(wěn)定安全要求。
表1 邊坡置換之前土體的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果
表2 邊坡置換之后土體的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果
5 結(jié)語(yǔ)
從擋墻加固的原理出發(fā)，筆者提出三種有針對(duì)性的加固方案，方案一通過(guò)加固坡腳，坡頂卸載的方法來(lái)加固邊坡，此方法的優(yōu)點(diǎn)為經(jīng)濟(jì)合理、便于施工，缺點(diǎn)為坡底加固和坡頂消坡(卸載)，都占用了很多的空間；方案二通過(guò)設(shè)置錨桿形成錨拉結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力來(lái)有效控制擋墻的位移，對(duì)擋墻的加固效果很明顯，缺點(diǎn)為在已經(jīng)建造好的擋墻上施工錨桿有一定難度，屬于高空作業(yè)，對(duì)施工隊(duì)伍專業(yè)水平要求較高；方案三通過(guò)改良土層的方法來(lái)提高土體的參數(shù)，達(dá)到土體自身的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)土層改良的方法來(lái)加固擋墻，對(duì)現(xiàn)有的周圍環(huán)境影響較小，既經(jīng)濟(jì)安全又便于施工，對(duì)今后類似的擋墻加固工程具有較高的借鑒價(jià)值。
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2)通過(guò)對(duì)現(xiàn)有擋墻增設(shè)錨拉結(jié)構(gòu)，通過(guò)錨桿把作用在擋墻后的土壓力傳到更遠(yuǎn)的穩(wěn)定土層中，同時(shí)對(duì)錨桿施加一定的預(yù)應(yīng)力可以有效控制擋土墻的變形，擋土墻加固詳見(jiàn)圖2。
3)從改良擋土墻后填土的角度來(lái)進(jìn)行加固，原擋墻后填土的抗剪強(qiáng)度較低，對(duì)鋼筋混凝土擋墻產(chǎn)生很大的側(cè)壓力，導(dǎo)致原支擋結(jié)構(gòu)變形較大，采用水泥土樁通過(guò)對(duì)填土進(jìn)行置換，形成復(fù)合地基來(lái)提高填土c(粘聚力)、φ(內(nèi)摩擦角)值來(lái)提高擋土墻自身的穩(wěn)定性，復(fù)合土層的抗剪強(qiáng)度提高公式計(jì)算如下：
tanφsp=mtanφp+(1-m)tanφs
(1)
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(2)
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m——面積置換率；
φp——樁體材料內(nèi)摩擦角，(°)；
φs——樁間土內(nèi)摩擦角，(°)；
csp——復(fù)合土層粘聚力，kPa；
cs——樁間土粘聚力，kPa；
cp——樁體材料粘聚力，kPa。
水泥土樁施工之前應(yīng)進(jìn)行水泥土樁的配合比試驗(yàn)，水泥土樁的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)要滿足c≥290 kPa，φ≥31.5°的要求。
根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)擋墻后填土內(nèi)聚力cs=10 kPa，內(nèi)摩擦角φs=10°；水泥土樁結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果及以往經(jīng)驗(yàn)可取內(nèi)聚力cp=290 kPa，內(nèi)摩擦角φp=31.5°加固后復(fù)合地基的內(nèi)聚力要達(dá)到csp=65 kPa，內(nèi)摩擦角達(dá)到φsp=15°，把上面的數(shù)值代入式(1)，式(2)可求得面積置換率m1=0.210,m2=0.196。
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de——一根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑；
s——間距。
水泥土樁樁徑取d=600 mm，由式(3)求得：s1=1.158 m,s2=1.199 m，取樁間距為s=1.15 m，根據(jù)勘察報(bào)告，水泥土樁嵌固老土以下不少于1.0 m，最后水泥土樁長(zhǎng)定位9 m，詳見(jiàn)圖3。
邊坡的穩(wěn)定性分析模型采用瑞典條分法[2]來(lái)計(jì)算邊坡的滑動(dòng)穩(wěn)定安全系數(shù)：
式中：ci——第i土條在滑弧面處土的黏聚力,kPa;
φi——第i土條在滑弧面處土的內(nèi)摩擦角,(°)；
li——第i土條的滑弧長(zhǎng)度,m；
Wi——第i土條承擔(dān)的地面荷載和土條重力之和。
借助于理正巖土計(jì)算6.5版軟件[3]進(jìn)行分析計(jì)算，對(duì)邊坡置換之前土體的穩(wěn)定性及置換之后土體的穩(wěn)定性對(duì)比計(jì)算詳見(jiàn)表1，表2。分析對(duì)比可得，水泥土樁置換邊坡之前滑動(dòng)穩(wěn)定安全系數(shù)Fs=0.413<1.35不滿足規(guī)范要求，水泥土樁置換邊坡后抗滑安全系數(shù)Fs=1.466>1.35滿足邊坡穩(wěn)定安全要求。
表1 邊坡置換之前土體的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果
表2 邊坡置換之后土體的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果
5 結(jié)語(yǔ)
從擋墻加固的原理出發(fā)，筆者提出三種有針對(duì)性的加固方案，方案一通過(guò)加固坡腳，坡頂卸載的方法來(lái)加固邊坡，此方法的優(yōu)點(diǎn)為經(jīng)濟(jì)合理、便于施工，缺點(diǎn)為坡底加固和坡頂消坡(卸載)，都占用了很多的空間；方案二通過(guò)設(shè)置錨桿形成錨拉結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力來(lái)有效控制擋墻的位移，對(duì)擋墻的加固效果很明顯，缺點(diǎn)為在已經(jīng)建造好的擋墻上施工錨桿有一定難度，屬于高空作業(yè)，對(duì)施工隊(duì)伍專業(yè)水平要求較高；方案三通過(guò)改良土層的方法來(lái)提高土體的參數(shù)，達(dá)到土體自身的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)土層改良的方法來(lái)加固擋墻，對(duì)現(xiàn)有的周圍環(huán)境影響較小，既經(jīng)濟(jì)安全又便于施工，對(duì)今后類似的擋墻加固工程具有較高的借鑒價(jià)值。
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