素混凝土樁復合地基在某河道岸坡加固中的應用

邱 超，方 昊，劉 聰

(南京市水利規(guī)劃設計院股份有限公司，江蘇 南京 210022)

1 工程概況

某河道為長江二級支流，是區(qū)域主要行洪通道，承擔重要防洪功能，目前該河道堤防高度不夠、防洪安全無法保證、近年汛期頻頻出險，也不滿足區(qū)域道路、河道規(guī)劃建設及游船游覽等規(guī)劃建設的需求，且濱水區(qū)域的水生態(tài)、水環(huán)境現(xiàn)狀有待提高，與其應能承載的諸多重要功能不相適應，需對該河道進行綜合整治。河道總長約2.55km，主要工程包括防洪達標、水環(huán)境提升、景觀提升等。

該河道兩岸均為以路代堤，根據(jù)防洪要求及市政道路豎向設計，兩岸堤防需加高0.2～2m，河底浚深1～2m，坡高約7m，設計坡比1∶2.5～1∶3.0。因岸坡穩(wěn)定需要并根據(jù)計算，河道兩岸均需采取抗滑措施[2]。

其中部分段河道規(guī)劃有地鐵盾構(gòu)下穿，深度較淺，根據(jù)地鐵部門要求，如采用抗滑樁[3]，樁底需位于盾構(gòu)結(jié)構(gòu)頂以上3m位置處，加固樁長較短，無法滿足岸坡穩(wěn)定要求；如采用水泥土攪拌樁復合地基[4]，則樁基需穿透盾構(gòu)區(qū)間，且樁底達到盾構(gòu)結(jié)構(gòu)底以下3m，加固深度較深、投資較高。

2 加固方案

經(jīng)過分析研究，最終設計采用d600素混凝土鉆孔灌注樁(無鋼筋)復合地基對岸坡進行加固[5]。本文通過將加固后的岸坡視作剛體分別采用靜摩擦力及理正擋土墻模塊驗算抗滑穩(wěn)定[6]。

2.1 設計斷面穩(wěn)定計算分析

本文選取地鐵盾構(gòu)下穿河道位置處斷面進行研究，該斷面處地層分布如圖1所示。

圖1 設計斷面土層分布情況

根據(jù)野外勘探鑒別、原位測試，結(jié)合室內(nèi)土工試驗資料分析，場地巖土層分布自上而下詳細描述如下。

①-1雜填土：灰色～灰褐色，松散。由粉質(zhì)黏土混碎磚、石子填積，粗顆粒含量約為20%～30%，密實度較差，填齡大于10a。道路范圍表層為15～25cm厚瀝青混凝土。層厚0.4～5.8m。

①-a淤泥、淤泥質(zhì)填土：灰色～灰黑色，流塑，含腐植物，有腐臭味，分布于暗塘、水塘及河(溝)范圍內(nèi)。層厚0.2～2.2m。

①-2素填土：灰黃～灰色，軟～可塑，由粉質(zhì)黏土、黏土混少量碎石塊填積。層頂埋深0.2～5.8m，層厚0.4～5.6m。

②-1粉質(zhì)黏土：灰黃色，軟～可塑。切面有光澤，韌性、干強度中等。層頂埋深0.2～6.0m，層厚0.3～2.9m。

②-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土：灰色，軟～流塑，夾薄層粉砂，局部夾少量卵礫石，層底局部夾少量風化巖屑，含少量腐植物。切面稍有光澤，韌性、干強度中等偏低。層頂埋深0.3～7.2m，層厚0.4～14.2m。

②-3粉質(zhì)黏土：灰色，可～軟塑。夾薄層及層狀粉土、粉砂。切面稍有光澤，韌性、干強度中等。層頂埋深4.3～18.5m，最大揭露厚度15.4m。

③-a粉質(zhì)黏土：青灰～黃褐色，可塑。切面稍有光澤，韌性、干強度中等。層頂埋深8.0～19.5m，層厚1.0～6.3m。

③粉質(zhì)黏土：黃褐～褐黃色，硬～可塑。夾鐵錳氧化物。切面稍有光澤，韌性、干強度中等偏高。層頂埋深4.9～21.3m，最大揭露層厚6.5m。

③-e含卵礫石粉質(zhì)黏土：灰色，軟塑，卵礫石含量不均勻，一般在10%～25%不等，粒徑1～4cm，個別在6cm以上，成份以石英巖為主，呈亞圓狀。層頂埋深5.3～24.7m，最大揭露厚度3.5m。

⑤-1強風化細砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖：紫紅～棕褐色，風化強烈，巖石結(jié)構(gòu)已遭破壞，巖芯用手可掰碎，碎后呈砂土狀，底部夾少量中風化巖碎塊，遇水易軟化，基本質(zhì)量等級分類為Ⅴ級。層頂埋深3.0～27.2m，最大揭露厚度3.1m。

⑤-2中風化泥巖、粉砂質(zhì)泥巖：灰紫～紫紅色，以極軟巖為主，微張開及張開裂隙較為發(fā)育，充填泥化物和少量鈣膜，巖體破碎～較破碎，基本質(zhì)量等級分類為Ⅴ級。層頂埋深3.9～26.4m，最大揭露厚度10.4m。

⑤-2a中風化泥質(zhì)粉砂巖、細砂巖：紫紅～灰紫色，以較軟巖為主，局部夾較硬巖，泥、鈣質(zhì)膠結(jié)，微張開及張開裂隙少量發(fā)育，充填泥化物和少量鈣膜，巖體較破碎～較完整，基本質(zhì)量等級分類為IV級。層頂埋深5.5～22.5m，最大揭露厚度9.5m。

⑤-2b中風化泥質(zhì)粉砂巖：灰紫～紫紅色，以軟巖為主，微張開及張開裂隙較為發(fā)育，充填泥化物和少量鈣膜，巖體較破碎～較完整，基本質(zhì)量等級分類為Ⅴ級。層頂埋深4.1～21.7m，最大揭露厚度9.6m。

設計斷面處河道岸頂高程為10.60m，河底高程3.0m，設計邊坡坡比1∶3.0，岸頂為18m寬市政支路。經(jīng)岸坡穩(wěn)定計算軟件計算，該斷面處設計斷面岸坡穩(wěn)定系數(shù)各工況下均不滿足規(guī)范要求[7]，計算數(shù)據(jù)見表1。

表1 設計斷面抗滑安全系數(shù)計算成果表

2.2 樁位布置

岸坡采用d600素混凝土鉆孔灌注樁加固土體，橫向范圍為迎水坡坡頂外5m至迎水坡坡腳外3m，樁底按標高-2.5m控制，距規(guī)劃地鐵盾構(gòu)結(jié)構(gòu)頂約3m，縱橫間距1.5m，梅花型布置。岸坡加固設計如圖2所示。

圖2 岸坡加固設計

3 加固后岸坡穩(wěn)定復核

考慮土體加固后，滑動面可能出現(xiàn)沿基底的折線型滑弧[8]，常規(guī)的岸坡計算軟件已無法模擬，現(xiàn)將加固后的岸坡土體視為剛體，抗滑依靠基底摩擦力的理論進行驗算。

3.1 方法一：岸坡穩(wěn)定計算軟件讀取下滑力

采用岸坡穩(wěn)定計算軟件，根據(jù)復合地基土體參數(shù)指標[9]計算土體加固后的整體岸坡穩(wěn)定。計算理論模型如圖3所示。

圖3 計算理論模型

根據(jù)岸坡穩(wěn)定計算結(jié)果，分析加固剛體后方土條受力，讀取計算剛體后方下滑力。

素混凝土樁基本位于②-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，液性指數(shù)較大，流動性強；考慮實際施工過程中各樁端高程存在偏差，于抗滑有力。綜合上述2個方面，基底摩擦系數(shù)取0.30。加固后抗滑安全系數(shù)計算成果見表2。

表2 加固后抗滑安全系數(shù)計算成果表

3.2 方法二：擋土墻計算軟件計算整體抗滑

將加固后的整體岸坡土體視為重力式擋土墻，采用擋土墻計算軟件中重力式擋土墻模塊計算加固剛體的抗滑穩(wěn)定。

3.2.1降落期抗滑計算

基底摩擦系數(shù)=0.300

滑移力=596.288(kN)

抗滑力=1302.953(kN)

滑移驗算滿足：Kc=2.185>1.250

3.2.2正常運行期抗滑計算

基底摩擦系數(shù)=0.300

滑移力=848.938(kN)

抗滑力=1284.219(kN)

滑移驗算滿足：Kc=1.513>1.250

3.2.3施工期抗滑計算

基底摩擦系數(shù)=0.300

滑移力=870.097(kN)

抗滑力=1376.795(kN)

滑移驗算滿足：Kc=1.582>1.150

3.2.4地震期抗滑計算

安全系數(shù)最不利為：(地震情況)

抗滑力=1339.975(kN)

滑移力=1005.199(kN)

滑移驗算滿足：Kc=1.333>1.050

3.3 計算結(jié)果分析

根據(jù)計算結(jié)果，d600素混凝土樁加固下通過兩種計算方法進行復核，在各工況下岸坡穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。見表3。

表3 計算結(jié)果統(tǒng)計表

4 結(jié)語

河道岸坡加固方案已有成熟的經(jīng)驗方案，但在有規(guī)劃地鐵盾構(gòu)下穿河道情況下岸坡抗滑處理變得復雜，在既要滿足施工難度小、投資經(jīng)濟，又要滿足不影響地鐵盾構(gòu)施工的條件下，本文結(jié)合工程實際提出了素混凝土樁對河道岸坡進行加固的方案。采用復合地基土體參數(shù)指標法，將加固后的岸坡土體視為剛體，抗滑依靠基底摩擦力的理論進行驗算，分別利用岸坡穩(wěn)定計算軟件讀取下滑力及擋土墻計算軟件計算整體抗滑兩種方法進行計算。經(jīng)分析，岸坡穩(wěn)定系數(shù)可滿足規(guī)范要求，加固效果較好，有效節(jié)省了工程投資，同時不會對后期地鐵盾構(gòu)施工造成影響，可為其他類似情況下岸坡加固提供方案參考。