錨拉樁在擋土墻加固處理中的應用

楊旭東 程 鵬 蘇洋洋 薛 卉

隨著我國建設(shè)發(fā)展加速，山地建筑也越來越多，各類型邊坡支護也隨之增多。由于建設(shè)速度較快，對場地工程地質(zhì)條件認識不足，施工技術(shù)存在差異，在邊坡支護中經(jīng)常會出現(xiàn)一些問題[1]。本文以某扶壁式擋土墻邊坡的加固處理為實例，介紹了錨拉樁設(shè)計計算、施工難易程度及加固后的實際效果，為后續(xù)類似邊坡加固處理設(shè)計施工提供參考。

1 工程概況

湖南湘西某工程鄰山而建，擬建運動場需進行大量填方，在場地西側(cè)和南側(cè)形成了填方邊坡，坡頂為擬建運動場，坡腳為在建的5 層建筑物。邊坡采用鋼筋混凝土扶壁式擋土墻進行支護，總長約74 m，邊坡高差8.8 m，墻高為9.3 m，埋深0.5 m；扶壁式擋土墻底板長5.7 m，扶壁肋間距為3.0 m，其面板、底板及肋厚均為0.5 m。

擋土墻施工完畢后，施工方進行墻后回填土?；靥钪辆嘣O(shè)計標高1.0 ～1.5 m處后，發(fā)現(xiàn)擋土墻西南角和西側(cè)伸縮縫兩側(cè)的擋土墻錯開。西南角處錯開距離為40 ～50 mm，伸縮縫填塞材料已不可見；西側(cè)錯開距離為10 ～20 mm。墻身未出現(xiàn)明顯裂縫，僅西側(cè)墻頂局部出現(xiàn)0.2 ～1 mm 微裂縫，但裂縫未貫通，延伸長度小于0.5 m。

隨著擋土墻位移的增加，墻背填土可見明顯下沉，且墻后2 ～4 m 范圍內(nèi)可見橫向拉張裂縫，寬度為5 ～10 mm，裂縫呈“小圈椅”狀，延伸2 ～3 m。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，擋土墻及墻后填土變形、沉降、拉張裂縫所反映的滑移變形跡象已比較明顯，說明擋土墻現(xiàn)處于蠕動變形階段，若不及時加固治理，擋土墻有可能發(fā)生更大的變形。

2 場地基本地質(zhì)條件及擋土墻變形原因分析

2.1 基本地質(zhì)條件

擋土墻場地原始地貌為低山丘陵，微地貌為斜坡，總體為北側(cè)高南側(cè)低。場地地層自上而下為素填土和中風化礫巖，其中素填土呈稍密狀態(tài)，主要由粉砂巖、礫巖碎石和塊石混黏土組成；碎（塊）石粒徑一般為10 ～40 mm，最大可達60 cm，為新近回填，尚未完成自重固結(jié)。根據(jù)場地情況，擋土墻基礎(chǔ)位于素填土層，原設(shè)計中對該填石地基做了處理。

2.2 各地層相關(guān)物理力學參數(shù)選取

根據(jù)監(jiān)測報告并結(jié)合現(xiàn)狀扶壁式擋土墻實際變形特征，該擋土墻主要發(fā)生水平方向的位移。擋土墻的穩(wěn)定性主要受抗滑移穩(wěn)定性控制，由于擋土墻基底摩擦系數(shù)是抗滑移穩(wěn)定性的重要參數(shù)，可采用現(xiàn)狀擋土墻穩(wěn)定性狀態(tài)反算基底摩擦系數(shù)?，F(xiàn)狀擋土墻尚未完全滑動，屬于欠穩(wěn)定狀態(tài)，取滑移穩(wěn)定系數(shù)為0.95，反算得到基底摩擦系數(shù)為0.435。

各地層巖土體其他相關(guān)物理力學參數(shù)可根據(jù)野外試驗及相關(guān)經(jīng)驗得出，具體為：一是素填土。重度為18.5 kN/m3，地基承載力特征值為210 kPa，綜合內(nèi)摩擦角為33°，基底摩擦系數(shù)為0.435，壓縮模量為2.5 MPa。二是中風化礫巖。重度為24 kN/m3，地基承載力特征值為1 300 kPa，內(nèi)摩擦角為29°，黏聚力為630 kPa，基底摩擦系數(shù)為0.55。

2.3 擋土墻變形原因分析

2.3.1 地質(zhì)因素

扶壁式擋土墻墻底地基土為回填土，由于前期勘察設(shè)計對該地層的物理力學性質(zhì)存在誤差，導致原扶壁式擋土墻底板過短，基礎(chǔ)埋置深度過小，是造成擋土墻抗滑移能力不足的重要因素之一[2]。

2.3.2 施工因素

原扶壁式擋土墻設(shè)計圖紙中墻身設(shè)置有泄水孔，墻后設(shè)置有反濾層，而施工方未按圖紙要求布置泄水孔及墻背反濾層，導致地表水進入墻后填土中無法及時排出，造成地下水位上升。填料經(jīng)雨水浸泡后，抗剪強度降低，墻背土壓力和凈水壓力均增大，是造成擋土墻水平位移過大的重要因素之一。擋土墻水平位移過大會帶動墻后填土也發(fā)生水平位移，從而導致墻后填土出現(xiàn)開裂位移。由于扶壁式擋土墻未按設(shè)計圖紙進行截排水工程的施工，地下水富集造成填土軟化及強度降低，從而導致了墻后填土的下沉開裂[3]。

2.3.3 超載因素

施工中，施工方在扶壁式擋土墻墻頂后方堆放了很多建筑材料和設(shè)備，超出原設(shè)計的規(guī)定值，導致?lián)跬翂λ絺?cè)壓力增加，造成擋土墻水平位移過大。

3 擋土墻加固處理方案及分析計算

3.1 擋土墻加固處理方案

根據(jù)現(xiàn)場實際變形情況及場地工程地質(zhì)條件，通過對原擋土墻進行分析計算可知，擋土墻變形主要是受抗滑移能力不足影響。結(jié)合類似工程經(jīng)驗，扶壁式擋土墻可采用的加固方法有錨固加固法、抗滑樁加固法、加大截面加固法及注漿加固法。受建設(shè)場地限制，擋土墻距坡底在建5 層建筑物僅3.40 m，因此墻前抗滑樁加固法以及加大截面加固法不適用于該擋土墻的加固處理。同時，由于場地填土較厚，且受扶壁式擋土墻底板的影響，采用錨固加固法無法在錨桿錨索較短的前提下錨固在性能較好的巖土層上[4]。綜上所述，本擋土墻的加固處理采用墻后設(shè)置錨拉樁的方式，并增設(shè)泄水孔以優(yōu)化擋土墻的排水系統(tǒng)，且對填土進行相應的注漿加固處理。

具體方案如下。在墻后設(shè)置1 排鋼筋混凝土錨拉樁，共布置37 根樁，距墻踵約1.5 m，樁中心距為2 m，直徑1 m。在樁上設(shè)置截面尺寸為1 m×0.8 m 的冠梁，且樁冠梁應間距20 ～25 m 設(shè)置1條伸縮縫。在擋土墻頂部設(shè)置截面尺寸為0.8 m×1.3 m 的冠梁，并在擋土墻冠梁與樁頂冠梁之間設(shè)置連系梁，連系梁尺寸為1 m×0.8 m，水平間距為4 m。在擋土墻上增設(shè)4 排泄水孔，其端部采用雙層透水土工布包裹。墻前設(shè)置1 條排水溝，墻頂排水溝采用3%的反坡，以便利用運動場的排水溝排水。在擋土墻背側(cè)增設(shè)3 排注漿鋼管注漿加固，注漿管的水平和垂直間距均為1 m，對填土進行相應的注漿加固。設(shè)計方案如圖1所示。

圖1 設(shè)計方案圖（來源：作者自繪）

3.2 加固處理方案分析計算

本工程采用理正巖土及理正結(jié)構(gòu)設(shè)計工具箱進行計算。首先采用理正巖土對原有擋土墻進行穩(wěn)定性分析，扶壁式擋土墻墻高為9.3 m，現(xiàn)狀墻后填土高為7.8 m，埋深為0.5 m；扶壁式擋土墻底板長5.7 m，扶壁肋間距為3.0 m，擋土墻面板、底板及肋厚度均為0.5 m。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007—2011）第6.7.3 條，土坡高度大于8 m 時，主動土壓力增大系數(shù)取1.2，因此本工程土壓力增大系數(shù)取1.2。驗算按照2 種情況進行：一是扶壁式擋土墻現(xiàn)狀填土高度下的穩(wěn)定性計算；二是扶壁式擋土墻填土至設(shè)計標高后的穩(wěn)定性計算?？够€(wěn)定性計算依據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）第11.2.3 條，公式為:

式（1）～（5）中，Ea代表每延米主動巖土壓力合力，kN/m；Fs代表擋土墻抗滑移穩(wěn)定系數(shù)；G代表擋土墻每延米自重，kN/m；α代表墻背與墻底水平投影的夾角，°；α0代表擋土墻底面傾角，°；δ代表墻背與巖土的摩擦角，°；μ代表擋土墻底與地基巖土體的摩擦系數(shù)；Ean代表每延米主動巖土壓力合力垂直擋土墻底面的分力，kN/m；Eat代表每延米主動巖土壓力合力平行擋土墻底面的分力，kN/m；Gn代表擋土墻每延米自重垂直擋土墻底面的分力，kN/m；Gt代表擋土墻每延米自重平行擋土墻底面的分力，kN/m。

抗傾覆穩(wěn)定性計算依據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）第11.2.4 條，公式為:

式（6）～（10）中，F(xiàn)t代表擋土墻抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)；b代表擋土墻底面水平投影寬度，m；x0代表擋土墻中心到墻趾的水平距離，m；z代表巖土壓力作用點到墻踵的豎直距離，m；xf代表巖土壓力作用點到墻趾的水平距離，m；zf代表巖土壓力作用點到墻趾的豎直距離，m；Eaz代表每延米主動巖土壓力合力豎直分力，kN/m；Eax代表每延米主動巖土壓力合力水平分力，kN/m。

擋土墻的穩(wěn)定性計算結(jié)果如下：第一，現(xiàn)狀填土高度下的擋土墻穩(wěn)定性，抗滑移穩(wěn)定系數(shù)為0.951，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為2.815，抗滑力為264.743 kN，滑移力為278.300 kN。第二，填土設(shè)計標高的擋土墻穩(wěn)定性，抗滑移穩(wěn)定系數(shù)為0.861，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為2.253，抗滑力298.838 kN，滑移力347.202 kN。由計算可知，上述兩種情況下的扶壁式擋土墻配筋均滿足要求；抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)大于1.6，滿足《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）的規(guī)定；抗滑移穩(wěn)定系數(shù)小于1.3，不滿足該規(guī)范的規(guī)定。經(jīng)計算，需增加約130 kN/m的水平抗力，方可滿足規(guī)范要求[5]。

根據(jù)上述所需的水平抗力，預設(shè)錨拉樁采用直徑為1.0 m 的混凝土灌注樁。通過理正結(jié)構(gòu)設(shè)計工具箱進行核算，由于錨拉樁水平承載力受水平位移控制，且樁身配筋率不小于0.65%，因此錨拉樁單樁水平承載力特征值依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）5.7.2 條第6 款進行計算，公式為:

式中α代表樁的水平變形系數(shù)，1/m；EI為樁身抗彎剛度，kN·m2；Vx代表樁頂水平位移系數(shù)；χoa代表樁頂允許水平位移，mm；Rha代表單樁水平承載力特征值，kN。其中，樁頂允許水平位移取15 mm。計算所得單樁水平承載力特征值為351.474 kN，可得出錨拉樁最大間距不得大于2.7 m。綜合考慮填土不均的特性及施工中可能產(chǎn)生的不良影響，為保證本次加固安全可靠，在考慮一定的安全儲備后，確定錨拉樁間距采用2.0 m。

4 變形監(jiān)測與加固效果

為保證本邊坡安全，應及時了解扶壁式擋土墻邊坡的加固效果，嚴格按照該處理方案進行施工，并按規(guī)范要求對擋土墻進行跟蹤監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及邊坡的實際使用情況，邊坡扶壁式擋土墻在加固措施完成并回填至墻頂標高后，墻頂最大水平位移為16 mm，擋土墻原有裂縫未發(fā)生進一步開展，墻后填土沉降也較小，并趨于穩(wěn)定。這說明錨拉樁加固該擋土墻取得了預期效果，設(shè)計方案合理，能夠保證邊坡的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

本文分析了扶壁式擋土墻產(chǎn)生變形的原因并進行相關(guān)計算，經(jīng)對比分析，采用錨拉樁的方式進行加固處理。從變形監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，方案合理。本文的計算方法為近似方法，更加詳細且符合實際的計算模型還待進一步研究驗證。