高填方邊坡工程的加固案例分析

王宏明 錢 毅 張偉淼 周 波 曹嵐峰

（湖南省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，湖南長沙 410000）

隨著城市建設(shè)開發(fā)的日益頻繁，土地資源逐漸緊張，工程中難免面臨高填方邊坡的建設(shè)環(huán)境。高填土邊坡具有擾動變形大、受荷固結(jié)度高和施工安全性差等特點[1]，形成的高邊坡穩(wěn)定性問題突出。通常高填方邊坡采用的支護種類有重力式擋土墻、鋼筋混凝土擋土墻、樁板式擋土墻、加筋土擋土墻等[2]。候俊偉等在填方邊坡治理中針對具體工程特點采用雙排樁支護結(jié)構(gòu)，達(dá)到控制邊坡水平位移、坡頂?shù)乇沓两档男Ч鸞3]。陳用偉在直立高邊坡中應(yīng)用雙排樁支護結(jié)構(gòu)，具有樁身位移小、對周邊環(huán)境影響小兼具施工方便、工期短的特點。本文以某高填方工程為例，分析原支護方案的設(shè)計、施工工藝內(nèi)容有待進一步完善，確定加固治理方案，通過現(xiàn)場監(jiān)測效果，驗證加固支護方案的合理性。

1 理論依據(jù)

雙排樁是沿基坑側(cè)壁排列布置的由前、后兩排支護樁和梁連接成的剛架及冠梁組成的綜合型支護結(jié)構(gòu)。雙排樁布置可根據(jù)現(xiàn)場施工條件和技術(shù)方案的經(jīng)濟效果等因素綜合對比后，選擇前后排布設(shè)或梅花形布設(shè)。排距宜取2d～5d（d為樁直徑），剛架梁的寬度不應(yīng)小于d，高度不宜小于0.8d，剛架梁高度與雙排樁排距的比值可取1/6～1/3。

雙排樁通常采用平面剛架結(jié)構(gòu)模型進行分析計算，假設(shè)土方開挖后，在土壓力作用下前后排樁間的連梁為剛體，只能平移而不產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，不產(chǎn)生壓縮或伸縮變形。樁間土體為連接前后排樁的彈簧，土壓力的分配則是靠彈簧與前后排樁的位移協(xié)調(diào)完成。

雙排樁的嵌固深度應(yīng)符合嵌固穩(wěn)定性的要求[4]：

式中：K——嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)；Eak、Epk——分別為基坑外側(cè)主動土壓力、基坑內(nèi)側(cè)被動土壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）；aa、ap——分別為基坑外側(cè)主動土壓力、基坑內(nèi)側(cè)被動土壓力合力作用點至雙排樁底端的距離（m）；G——雙排樁、剛架梁和樁間土的自重之和（kN）；aG——雙排樁、剛架梁和樁間土的重心至前排樁邊緣的水平距離（m）。

2 工程概況

2.1 項目概述

某高填方邊坡工程，坡頂為在建公共建筑，總建筑面積1 656.36 m2，長58.5 m，寬17.4 m，結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)。地上主體建筑層數(shù)二層（局部六層），第1層高4.8 m，第2層高4.2 m，3～6層的層高為3.0 m，主體建筑高9.15 m，局部建筑高21.75 m。采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)墊層為100 mm厚C15混凝土，板厚700 mm。

建筑物外墻距離坡頂線約14 m。邊坡BC段采用雙排樁支護墻，樁間距為3 m，樁排距為4 m；現(xiàn)地面以下采用直徑為1.2 m旋挖樁，原狀地面以上支模澆0.8 m×0.9 m方柱；CD段采用雙排樁托重力式擋墻支護方案；樁頂設(shè)整體承臺，承臺上擱置的擋墻采用MU30塊石砌筑。

BC段、CD段支護結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 BC段支護結(jié)構(gòu)

圖2 CD段支護結(jié)構(gòu)

2.2 工程地質(zhì)

場地所處地形主要為志留系地層形成的構(gòu)造侵蝕、剝蝕山間溝谷地形，地貌上為湘西北褶皺侵蝕、剝蝕山地區(qū)。填方邊坡長度約80 m，坡高23.0～25.0 m。修建省道堆填形成，堆積物主要為附近隧道開挖的碎石、石塊，低洼地段最大回填厚度約32.50 m，堆填時間15年以上。

場地內(nèi)地層主要為第四系素填土及志留系中風(fēng)化砂巖，素填土重型動力觸探加權(quán)平均擊數(shù)N63.5=4.12，砂巖堅硬程度屬較軟巖～較硬巖，巖體完整程度較完整，巖體基本質(zhì)量等級分類為Ⅳ～Ⅲ類。地層及其設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)

該區(qū)褶皺、斷裂構(gòu)造不發(fā)育，場地為一單斜構(gòu)造，巖層總體傾向120°，傾角10°，地震基本烈度為Ⅵ度。

2.3 水文地質(zhì)

場地地勢較高，勘探深度內(nèi)無地下水，水文地質(zhì)條件簡單。省道兩側(cè)溝谷匯水通過南側(cè)涵洞合理疏排，除此以外附近無地表水源。場地內(nèi)各巖土層按透水性強弱可劃分為素填土屬強透水性地層、中風(fēng)化砂巖屬微透水～不透水地層。

3 原支護方案有待優(yōu)化的地方

該邊坡目前已完成第一次設(shè)計的（單排）樁板墻支護和雙排樁支護結(jié)構(gòu)施工。

進行公共建筑二樓屋梁澆筑時，支護結(jié)構(gòu)、坡頂在建建筑物出現(xiàn)不同程度的變形開裂現(xiàn)象。BC段樁板墻墻頂位移較大（大部分測點累計水平位移已超過10 mm），甚至出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象（面板外側(cè)最大傾斜率為4.4‰），BC段、CD段后排柱頂?shù)姆街?、頂部鋼架梁出現(xiàn)開裂現(xiàn)象（CD段中部位置的鋼架梁裂縫最大寬度為15 mm），坡頂在建房屋東南角點沉降較大（累計沉降值達(dá)13.5 cm），房屋上部框架柱有傾斜現(xiàn)象，主要傾斜方向為向東南角傾斜。

4 原因分析

（1）BC段、CD段雙排樁結(jié)構(gòu)設(shè)計不符合現(xiàn)場情況。

樁前存在較陡的橫坡，樁嵌固段深度（懸臂段起點）取值欠合理引起前排樁的被動區(qū)土壓力難以抵擋樁后側(cè)主動土壓力，導(dǎo)致樁板墻墻頂出現(xiàn)位移和傾斜。經(jīng)建模復(fù)核計算知CD段后排柱每柱頂受水平剪力421.2 kN，柱豎向軸力（受拉）509 kN，柱最大彎矩2 586 kN·m，頂部結(jié)構(gòu)在集中剪力、軸向拉力、彎矩共同作用下承載力不足。后排柱頂超筋及鋼架梁在柱節(jié)點范圍內(nèi)箍筋配筋面積偏小，出現(xiàn)柱頂水平裂縫及鋼架梁斜裂縫。

（2）施工質(zhì)量控制不嚴(yán)。

經(jīng)查閱施工隱蔽工程記錄，發(fā)現(xiàn)板墻后大范圍回填土壓實度沒有達(dá)到設(shè)計要求，填土的抗剪強度低，板墻背側(cè)主動土壓較大，引起板墻墻頂位移大?；靥钏槭列阅懿环€(wěn)定，遇水易崩解，進一步加大板墻墻后的土壓力。BC段樁間板拉結(jié)筋錨入方樁內(nèi)的深度不滿足規(guī)范要求，在外部受力環(huán)境驟變時，易產(chǎn)生變形。

（3）高填方邊坡的素填土分布不均勻，壓縮系數(shù)大，公共建筑東南角部位出現(xiàn)不均勻沉降，致使房屋上部框架柱出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象。

5 加固方案

需要對現(xiàn)有的支護結(jié)構(gòu)進行加固處理，避免影響邊坡穩(wěn)定及坡頂在建建筑物的安全。

（1）BC段雙排樁的嵌固點深度取樁板墻墻前原始地面線與該樁中心線交點的高度的最大值，提高BC段、CD段方柱頂鋼架梁承載力。

（2）提高墻后回填土密實度。

（3）限制坡頂在建公共建筑物發(fā)生不均勻沉降等變形。

BC段新增一排樁、冠梁、鋼架梁以及對原有雙排樁間的鋼架梁進行增大截面加固，對結(jié)構(gòu)存在的裂縫進行壓力注膠處理，雙排樁間土進行人工夯實處理。

CD段樁間整板局部增大截面形成連梁，提高結(jié)構(gòu)整體承壓性能，對結(jié)構(gòu)存在的裂縫進行處理。在建公共建筑東南角部位采用樁基礎(chǔ)加固，人工鑿除筏板基礎(chǔ)后新增16根直徑1.2 m的人工挖孔樁，持力層選擇完整的中風(fēng)化砂巖。

6 加固治理施工效果監(jiān)測

第三方監(jiān)測公司進行邊坡加固治理施工期及竣工運營期監(jiān)測，監(jiān)測顯示各項數(shù)據(jù)均滿足規(guī)范要求，表明該次加固方案有效。

監(jiān)測項目主要有樁板墻墻頂水平位移和垂直位移、樁板墻樁頂水平位移和垂直位移、坡頂在建建筑豎向、水平位移及傾斜實時監(jiān)測、地表裂縫監(jiān)測、建構(gòu)筑物裂縫監(jiān)測等。樁板墻頂水平位移和垂直位移累計值為18.99、14.94 mm。面板傾斜值變化率趨于穩(wěn)定，雙排樁支護樁頂水平位移累計值11.12 mm，坡頂建筑沉降累計值88.0 mm。

7 結(jié)語

綜上所述，本項目可采取的施工建議為雙排樁設(shè)計應(yīng)滿足嵌固段地基橫向承載力要求，嵌固深度取值需要與實際工程地質(zhì)條件相適應(yīng)。在高填土邊坡環(huán)境下，施工時需要特別注意支護結(jié)構(gòu)背側(cè)填土區(qū)的夯實情況。在高填方邊坡上新建中低層建筑時，優(yōu)先選用樁基礎(chǔ)，可降低不均勻沉降對建筑物的不利影響。