格構(gòu)錨固技術(shù)在北川縣某擋土墻加固中的應(yīng)用

薛莉云， 賀模紅

(四川省地礦局九○九水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊(duì)，綿陽(yáng) 四川 621000)

北川縣某不穩(wěn)定斜坡受5.12汶川大地震的影響，斜坡后緣土體開(kāi)裂變形，中部擋土墻開(kāi)裂，地面裂縫等，其中位于斜坡中部的既有漿砌塊石重力式擋土墻變形最為嚴(yán)重，直接危及寺廟和香客、周圍群眾的安全，急需進(jìn)行加固處置來(lái)控制擋墻繼續(xù)變形。資料表明，適宜采用格構(gòu)錨固技術(shù)進(jìn)行加固。格構(gòu)錨固技術(shù)是利用漿砌塊石、現(xiàn)澆鋼筋砼或預(yù)制預(yù)應(yīng)力砼進(jìn)行坡面防護(hù)，并利用錨桿或錨索固定的一種滑坡或邊坡的綜合防護(hù)措施[1-2],也是既有邊坡工程加固方法的一種，具有結(jié)構(gòu)受力明確，加固效果可靠，能較好地適應(yīng)地形，變形協(xié)調(diào)能力強(qiáng)，施工速度快，后期維護(hù)方便和美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。適用于有錨固條件的邊坡整體穩(wěn)定和支護(hù)結(jié)構(gòu)抗滑移、抗傾覆、支護(hù)結(jié)構(gòu)及構(gòu)件承載力等不滿足要求時(shí)的加固。對(duì)變形控制要求較高和無(wú)放坡條件或因施工擾動(dòng)使邊坡穩(wěn)定性降低較大的邊坡工程加固中優(yōu)先采用[3]。目前，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、水利水電、建筑等領(lǐng)域的邊坡防護(hù)和加固。本文結(jié)合北川縣某既有AC段漿砌塊石重力式擋土墻格構(gòu)加固工程的實(shí)例，重點(diǎn)從擋墻破壞原因分析以及加固工程設(shè)計(jì)與錨桿參數(shù)計(jì)算等方面，介紹格構(gòu)錨固技術(shù)的應(yīng)用情況及效果。

1 工程概況

1.1 工程概況

北川縣某寺廟所處地貌形態(tài)為構(gòu)造侵蝕低山河谷地貌，原始地形坡度10°～25°，呈折線型，局部發(fā)育陡坎。邊坡安全等級(jí)為二級(jí)土質(zhì)邊坡,為治理不穩(wěn)定斜坡并為寺廟食堂和祭祀修建平臺(tái)，采用了漿砌塊石重力式擋土墻進(jìn)行護(hù)坡(圖1)。該擋土墻為漿砌塊石重力式擋土墻，總長(zhǎng)46.0 m，墻體高8.0～9.0 m，分布高程748.55～756.75 m，可分為AB、BC等兩段。其中BC段長(zhǎng)28.5 m，墻體高8.0～9.0 m，基礎(chǔ)埋深1.0 m，頂寬1.0～1.5 m，底寬2.5～3.0 m，面坡1∶ 0.05，背坡比約1∶ 0.15，基礎(chǔ)為天然地基中密崩坡積碎石土層，擋墻前緣修建排水溝及公路；AB段長(zhǎng)17.5 m，總體高度及面坡與BC段相同，但根據(jù)實(shí)施時(shí)間不同，分AB段上部和AB段下部；2009年以前實(shí)施AB段下部，頂寬1.0 m，底寬3.3 m，高4.0 m；2009年后在原有漿砌塊石擋墻頂直接砌筑AB段上部段，頂寬1.5 m，底寬2.4 m，高5.0 m。

1.2 擋土墻處工程地質(zhì)及主要巖土參數(shù)

根據(jù)前期勘查[4]，斜坡區(qū)巖性主要是第四系的人工填土(Q4ml)，崩坡積土(Q4col+dl)組成，下伏基巖為志留系上中統(tǒng)千枚巖、灰?guī)r(S2-3mx)。其中，人工填土(Q4ml)主要分布于斜坡中部的寺廟區(qū)域及房屋建筑區(qū)，鉆孔揭露該回填土體厚度最深達(dá)6.8 m，為粉質(zhì)黏土和碎石為主，含少量有機(jī)質(zhì)夾植物根須；第四系全新統(tǒng)崩坡積層(Q4col+dl)廣泛分布在斜坡中部及下部，鉆孔揭露的最大厚度為22.6 m，巖性主要為粉質(zhì)黏土和碎石組成。下伏基巖為志留系上中統(tǒng)茂縣群(S2-3mx)千枚巖，鉆孔揭露基巖深度最深達(dá)29.4 m，巖層產(chǎn)狀為320°～340°∠30°～35°，巖質(zhì)極軟-軟，屬Ⅲ類地層。

墻后填土天然重度γ為19.90 kN/m3，飽和重度γsat為20.5 kN/m3，內(nèi)聚力C為21.3 kPa，內(nèi)摩擦角φ為16.5°。墻下地基土承載力特征值fak為300.0 kPa。采用錨桿或錨索時(shí)，錨固體與巖土層黏結(jié)強(qiáng)度f(wàn)c為200 kPa。

2 擋墻變形特征及原因分析

2.1 變形特征

該擋土墻于2012年雨季出現(xiàn)鼓脹、裂縫和墻頂外傾等變形跡象，2014年雨季變形加劇至現(xiàn)狀。其中，AB段擋墻變形強(qiáng)烈，BC段擋墻主要為內(nèi)側(cè)填土沉降裂縫。AB段擋墻大致分3條主要裂縫，其中裂縫1，立面上大致水平展布，為新老擋墻上下級(jí)銜接處，距離地面約3.0 m，延展長(zhǎng)度7.5 m，縫度3.0～5.0 cm，可見(jiàn)深度5.0～10.0 cm；裂縫2，立面上大致與水平面35°夾角展布，延展長(zhǎng)度12.0 m，縫寬3.0～5.0 cm，可見(jiàn)深度3.0～8.0 cm；裂縫L3，大致水平展布，位于墻腳處，長(zhǎng)度3 m，寬度2～3 cm，可見(jiàn)深度2～4 cm。在該段擋墻中部銜接處出現(xiàn)強(qiáng)烈鼓脹變形，最大鼓脹量20 cm。墻頂出現(xiàn)外傾，墻頂最大外傾位移量為20 cm，墻頂磚砌圍墻全部倒塌，既有擋墻AB段下部砂漿開(kāi)裂脫落等。

2.2 變形原因分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和對(duì)既有擋土墻的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算分析后認(rèn)為，該擋土墻變形破壞的主要有：

(1)墻體的設(shè)計(jì)不滿足要求，抗滑移和抗傾覆能力低穩(wěn)定性偏低。

(2)墻體AB段未嚴(yán)格按照要求施工，砌筑砂漿不飽滿。

(3)墻體AB段未設(shè)置泄水孔，填土固結(jié)時(shí)，排水不暢，造成墻內(nèi)孔隙水壓力增大，土體重度增加，土壓力增大，墻體、墻頂內(nèi)側(cè)混凝土地坪可見(jiàn)變形裂縫，墻體表部出現(xiàn)明顯鼓脹變形和裂縫。

3 擋墻加固方案及設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 擋墻加固方案選擇

為保證墻頂內(nèi)側(cè)房屋及擋墻本身安全，根據(jù)該擋土墻變形特征及變形原因，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)周邊建筑物分布等因素，提出兩種加固方案并進(jìn)行比較。

(1)擋土墻拆除重建方案。對(duì)已變形AC段擋墻整體拆除后重新建造，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)墻頂與寺廟房屋間水平距離最小2.5 m，按照該段擋墻高度9 m，臨時(shí)開(kāi)挖放坡1∶ 0.5核算，墻頂最小開(kāi)挖水平距離僅為4.5 m，大于墻頂與寺廟房屋間距。如拆除擋墻、挖土、重建勢(shì)必導(dǎo)致墻頂內(nèi)側(cè)重要建筑物破壞，并且工期較長(zhǎng)，造價(jià)較高，無(wú)法保證施工期間和建筑物安全。

(2)格構(gòu)錨桿加固方案。對(duì)已變形AC段擋墻采取格構(gòu)錨桿加固工程措施。在已變形的擋墻體表面增設(shè)鋼筋混凝土格構(gòu)梁和錨桿，利用錨桿錨固力提高其整體穩(wěn)定性；并在原有AB段擋墻上鉆取泄水孔，排出墻體內(nèi)水體，減小土壓力。該方案主要優(yōu)點(diǎn)為：可不用拆除原有擋土墻，破壞擋墻頂部?jī)?nèi)側(cè)建構(gòu)筑物，對(duì)周圍環(huán)境干擾小；錨桿的制作與成孔施工設(shè)備簡(jiǎn)單，工程造價(jià)低。

因此，在保證安全的條件下，選擇經(jīng)濟(jì)合理的格構(gòu)錨桿加固方案更為可行。

3.2 格構(gòu)錨固工程設(shè)計(jì)計(jì)算

擋土墻墻體加固工程以格構(gòu)錨固為主，墻體上增設(shè)泄水孔，對(duì)坡面裂縫夯填，并在變形區(qū)外圍增設(shè)截排水溝，將山坡水體引出該區(qū)域外側(cè)。對(duì)已有變形AC段擋墻進(jìn)行格構(gòu)錨桿加固。格構(gòu)的橫、縱間距均為2.5 m，梁(柱)截面尺寸為400 mm×400 mm。格構(gòu)梁交點(diǎn)設(shè)錨桿，錨桿孔徑150 mm，采用M30水泥砂漿注漿。錨桿共3排，其長(zhǎng)度和錨桿鋼筋直徑等參數(shù)由計(jì)算確定。

設(shè)計(jì)計(jì)算一般按土壓力計(jì)算→錨桿軸向拉力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算→錨桿鋼筋截面面積計(jì)算→確定錨桿鋼筋配置→錨固段長(zhǎng)度計(jì)算→根據(jù)破裂面確定自由段長(zhǎng)度→確定錨桿長(zhǎng)度和數(shù)量等步驟進(jìn)行。

(1)作用在擋墻墻背上的主動(dòng)土壓力合力，按GB 50330—2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[5]公式6.2.3計(jì)算。土壓力計(jì)算參數(shù)詳見(jiàn)表1，按照上述公式，其主動(dòng)土壓力合力為249.45 kN/m。

表1 土壓力計(jì)算參數(shù)表

(2)確定錨桿拉力標(biāo)準(zhǔn)值、鋼筋截面面積、錨固段長(zhǎng)度等，按GB 50330—2013建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[5]公式8.2.1～8.2.4計(jì)算，錨桿計(jì)算參數(shù)表詳見(jiàn)表2。

表2 錨桿計(jì)算參數(shù)表

(3)根據(jù)上述計(jì)算，錨固段長(zhǎng)度取la1與la2大值，確定土層錨桿錨固段設(shè)計(jì)長(zhǎng)度5.5 m。自由段長(zhǎng)度根據(jù)擋土墻尺寸確定為4.5～9.5 m(圖1、圖2)。

圖1 擋土墻加固立面圖

圖2 擋土墻加固剖面示意圖

4 加固效果分析

經(jīng)過(guò)勘察設(shè)計(jì)及施工后，經(jīng)多年監(jiān)測(cè)，墻體變形值在允許范圍內(nèi)，周圍建構(gòu)筑物未繼續(xù)發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象，新設(shè)格構(gòu)錨桿與原有擋土墻有機(jī)結(jié)合，既安全又美觀，加固效果良好。

5 結(jié)論

該邊坡加固工程在詳細(xì)勘察的基礎(chǔ)上，根據(jù)既有擋墻工程變形特征和情況，結(jié)合周邊地質(zhì)環(huán)境條件，優(yōu)選安全有效、經(jīng)濟(jì)合理的格構(gòu)錨桿加固方案。在取得計(jì)算所需地層及結(jié)構(gòu)參數(shù)后，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，確定錨桿結(jié)構(gòu)尺寸；根據(jù)設(shè)計(jì)資料快速施工后，經(jīng)多年監(jiān)測(cè)，墻體變形得到有效控制，周圍建構(gòu)筑物未繼續(xù)發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象。實(shí)踐證明，我們采取的格構(gòu)錨固技術(shù)方案切實(shí)可行，并具有計(jì)算結(jié)構(gòu)受力明確，加固效果可靠，變形協(xié)調(diào)能力強(qiáng)，施工速度快，美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，值得在類似加固工程措施中應(yīng)用。