徐俊杰

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢 430071）

新型超高擋土墻梳式連續(xù)墻基礎

徐俊杰

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢 430071）

傳統(tǒng)形式的超高擋土墻無論在軟土還是巖石地基上建造都難以克服穩(wěn)定性不佳、承載力不足或經(jīng)濟性較差的弊端。提出一種新型梳式連續(xù)墻基礎用作擋土墻復合地基，通過初步分析其工作機理和受力狀況，結果表明，該結構形式兼具剛性和柔性基礎的優(yōu)點，可用于山區(qū)深塹或港區(qū)陸域的邊坡支護。

超高；擋土墻；連續(xù)墻

0 引言

擋土墻是防治土體坍塌或截斷土坡延伸的建筑物，廣泛用于水利、公路、鐵路、礦山、碼頭、船塢等工程建設中。近年來，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，特殊邊坡工程增多，許多超常規(guī)的支擋結構大量出現(xiàn)。擋土墻作為傳統(tǒng)的支擋形式也獲得了長足的發(fā)展，出現(xiàn)了加筋、格賓、土釘?shù)刃滦徒Y構。但其高度往往受到場地條件的限制，難以形成有效的突破，特別是當其用于支護涉水邊坡或基礎存在深厚軟土層時，不僅穩(wěn)定性差，而且地基處理工程量大，施工工序繁雜，經(jīng)濟性也不佳。

常規(guī)形式的超高擋土墻（H≥25 m）因其地基承載力要求高、截面材料消耗大，無論在軟土、填土地基或巖石地基上建造都存在著相當?shù)募夹g難度和安全風險。

1 方案提出

針對超高擋土墻穩(wěn)定性差、地基承載力要求高的特點，一般地基處理方法均難以達到目的。通常的做法是換填或采用擴大基礎，但前者需要挖除并回填大量的土石，后者則需澆注巨大的混凝土塊體，二者無論是結構安全性還是經(jīng)濟性都不具備良好的應用價值。為此，本文提出一種新型的梳式連續(xù)墻基礎[1]，可為軟土、填土地基（下伏基巖）或巖石地基上建造超高擋土墻（H≥25 m）提供一種行之有效的解決方案，該方案既能有效保障工程安全，又可以最大限度節(jié)約工程投資。

梳式連續(xù)墻基礎采用一種沿邊坡走向梳式布置的混凝土連續(xù)墻結構作為上部擋土墻基礎或墻體延伸部分，柔性墻體可直接建造于梳式連續(xù)墻基礎之上，剛性墻體則可在其與基礎間設置褥墊層以擴散基底應力，避免不均勻沉降。連續(xù)墻基礎高度與寬度可根據(jù)邊坡高度和地基情況確定，必要時可在梳齒后部增加肋梁，以充分利用上部填料的自重穩(wěn)定作用。該形式具有以下優(yōu)點：

1）連續(xù)墻基礎為剛性，結構整體性、抗?jié)B性和耐久性好，可避免地基沉降和側向滑出。

2）采用連續(xù)墻基礎可有效傳導上部荷載至下部穩(wěn)定地基，避免其水平轉化，影響邊坡穩(wěn)定。

3）墻底根據(jù)巖層傾向設置齒坎，抗滑穩(wěn)定性好，且基礎寬度大，可避免傾覆。

4）軟土地基可在原位進行連續(xù)墻基礎施工，避免大范圍深挖高填置換或加固處理，節(jié)省工程投資。

5）巖石地基可通過將墻高分解為上墻和基礎，降低了上部墻體高度，避免單一墻身斷面過大，減少工程數(shù)量。

2 應用示例

圖1所示為軟土地基上建造超高擋土墻示例，墻身為柔性加筋土擋墻，高約30 m，地基為厚近10 m的素填土，天然承載力120 kPa，填土下伏為基巖，天然承載力850 kPa。按常規(guī)設計，由于原土地基承載力明顯不足，極易剪脹滑出，施工前需先挖除墻底軟土，換填硬質(zhì)石料并碾壓或強夯密實，由于換填深度較大，僅地基處理就可能造價不菲，且處理后地基仍為柔性，不僅沉降大，而且穩(wěn)定性依然不佳。

圖1 軟土地基連續(xù)墻基礎示意圖Fig.1 Diaphragm wallbase on soft foundation

采用新型梳式連續(xù)墻基礎，則無需進行大范圍地基置換或加固處理，僅需在原位現(xiàn)場澆筑梳式混凝土地下連續(xù)墻作為上部擋土墻基礎，將上部荷載直接傳導至下臥穩(wěn)定巖體，同時切斷軟土滑動路徑，避免地基失穩(wěn)或破壞。軟土地基可采用地下連續(xù)墻工法進行施工，先在地面上利用挖槽機械沿齒形軸線，在泥漿護壁條件下，開挖出一條狹長的深槽，清槽后用導管法灌注水下混凝土筑成一個單元槽段，如此逐段進行，在地下筑成一道連續(xù)的混凝土墻壁。施工過程基本無噪音和震動，對邊坡土體和臨近建筑物擾動也小，且可適應巖層的任意起伏和變化。硬質(zhì)地基則可直接采用挖掘機械開挖溝槽，并澆筑混凝土墻體。

圖2所示為巖質(zhì)地基上建造超高擋土墻示例，墻身總高達35 m。按此基礎形式，上部擋土墻高度為25m，下部連續(xù)墻基礎高度為10m。連續(xù)墻基礎在傾斜巖面上開挖齒坎后直接立模澆筑，然后在倉格內(nèi)填入級配石料，并在墻頂鋪設1 m厚碎石褥墊層，最后在墊層上依常規(guī)工法施工上墻。由于連續(xù)墻基礎有效分解了支擋總高度，突破了單一墻身帶來的承載力和穩(wěn)定性不足的瓶頸，且有效優(yōu)化了墻身斷面尺度，減少了圬工數(shù)量。

圖2 巖質(zhì)地基連續(xù)墻基礎示意圖Fig.2 Diaph ragm w allbase on rocky foundation

3 結構設計

梳式連續(xù)墻由前墻、齒墻和肋梁組成，前墻和齒墻為主要承載結構，肋梁則在墻寬過大時提高結構整體剛度，并與前墻和齒墻形成封閉倉格，增強了抗滑和抗傾性能。連續(xù)墻基礎主要參數(shù)包括墻高H、墻寬B、齒距C和墻厚D等（見圖3）。這些構造參數(shù)應根據(jù)地基條件和結構受力要求進行確定。

連續(xù)墻基礎為人工復合地基，工作機理和受力狀況較為復雜，尤其是褥墊層的調(diào)節(jié)作用，引起的墻、土之間應力的分配關系較難準確界定，與填料厚度、密實性和強度密切相關，準確分析宜通過數(shù)值模擬和現(xiàn)場實驗等方法結合進行。目前，可按以下過程進行驗算。

圖3 連續(xù)墻基礎結構大樣圖Fig.3 Detailof diaphragm wallbase structu re

圖4為示例2連續(xù)墻受力情況，其所受外荷載包括結構自重G、墻前土壓力Ef、墻后土壓力Eb、墻頂土壓力Pt，以及擋土墻傳遞的壓力Pw和滑動力Ps，連續(xù)墻墻底與地基間滑動摩擦系數(shù)記為f。上述土壓力作用寬度均為墻、土接觸范圍，作用大小與褥墊層設置相關：當墻頂未設置褥墊層時，上墻壓力全部傳遞給墻體，墻后土壓力應考慮墻體的遮擋卸荷效應；當墻頂設置褥墊層時，上墻壓力由墻體與填料共同承擔，大小可按壓覆面積與填料分攤或由試驗確定，但墻后土壓力還需考慮擋土墻壓力產(chǎn)生的超額土壓力。

圖4 墻體受力示意圖Fig.4 Force diagram of d iaphragm wall

驗算內(nèi)容包括抗滑、抗傾穩(wěn)定性、地基應力及前墻內(nèi)力。其中抗滑、抗傾穩(wěn)定以墻、土復合基礎整體作為研究對象，擋墻作用全部向下傳遞；地基應力和前墻內(nèi)力則可提取連續(xù)墻單獨作為研究對象，上部擋墻作用視褥墊層設置情況，按適當比例向墻體傳遞，在未取得實驗數(shù)據(jù)支持的情況下可按擋墻在前墻和齒墻上的壓覆面積計算。對于墻前被動土壓力，建議視土層情況對土與墻面摩擦角進行折減，在松散回填或擾動較大時則可取靜止土壓力。

4）前墻內(nèi)力驗算：

前墻所受水平荷載包括墻后主動土壓力和墻前被動土壓力，受齒墻的約束作用，前墻多于兩跨時可按固定支撐的連續(xù)板計算，等于或少于兩跨時按兩端固定的單跨板計算[3]。一般情況下，由于前墻壁厚較大，剛度遠超一般沉箱等薄壁結構，因而墻身內(nèi)力可不予驗算。

以圖2所示工程為例，上墻為衡重式擋土墻，墻高25m，底寬7.85m，分段長度15m。墻后填料為硬質(zhì)開山石料，γ=19 kN/m3，c=0，φ= 35°。梳式連續(xù)墻基礎寬取13 m，高10 m，齒距5m，每段3個，墻厚均1m，墻頂設1 m厚褥墊層，墻底摩擦系數(shù)f=0.5。經(jīng)計算，單段擋土墻向下傳遞總壓力為Pw=4 668 kN/m，距前趾偏心距4.08 m，總滑動力Ps=1 089 kN/m，傳遞系數(shù)按壓覆面積折算取0.2。按照上述方法，計算結果見表1。

表1 計算結果一覽表Table 1 List of calculation resu lts

由計算過程可知，由于基礎底寬較大，且擋墻與基礎的相對位置也可靈活調(diào)整，因而整體穩(wěn)定較易滿足，而地基應力則受褥墊層傳遞系數(shù)影響較大。但可以認為，只要褥墊層設置合理且厚度足夠，上墻絕大部分作用將由填料承擔，而此時連續(xù)墻的作用如同加筋，一方面限制了填料的蠕動變形，具備了剛性地基的特征；另一方面又合理轉換了上墻壓力，避免了應力集中于墻底，因而同時具備了柔性地基的特征。更為重要的是上述結構每延米混凝土方量約35m3，僅相當于底寬3.5 m的實體基礎，而穩(wěn)定性和地基應力均可有效保障，因而具有突出的經(jīng)濟價值。

總而言之，連續(xù)墻基礎尺度設計需綜合上部擋土墻形式、填料、地基及連續(xù)墻構造等各種因素統(tǒng)籌考慮。

4 結語

對于高大邊坡，傳統(tǒng)的坡率法由于其穩(wěn)定性好，施工簡單在邊坡工程中廣泛使用，但當其用于形成陸域時卻往往存在諸多弊端，一方面放坡占用大量的土地而無法有效利用，造成資源的浪費；另一方面土石方工程浩大，經(jīng)濟性較差。直立式擋土墻雖然能有效克服放坡的不足，但始終難以突破墻身高度的技術瓶頸。因此，超高擋土墻梳式連續(xù)墻結構形式的提出不僅為超高擋土墻的建設提供了一條可行的技術途徑，而且施工難度低、造價省，因而可望在港口和公路邊坡支護工程中得到廣泛的應用。

[1]中交第二航務工程勘察設計院有限公司.一種邊坡支護擋土墻：中國，CN202689032U[P].2013-01-23. CCCCSecond Harbor Consultants Co.,Ltd.A slope retainingwall: China,CN202689032U[P].2013-01-23.

[2]JTS 167-2—2009，重力式碼頭設計與施工規(guī)范[S]. JTS 167-2—2009,Design and construction code for gravity quay [S].

[3]JTS 167-3—2009，板樁碼頭設計與施工規(guī)范[S]. JTS 167-3—2009,Code for design and construction for quay wallof sheetpile[S].

圖1 超壓對數(shù)分布與擬合后曲線對比圖Fig.1 Contrastofoverp ressure logarithm ic d istribution and fitting curve

3 結語

將陸地振動測試傳感器應用于水下，測得了遠爆源處質(zhì)點振動速度，并根據(jù)沖擊波在介質(zhì)中傳播原理得到了沖擊波超壓計算公式，對于指導今后實際測試工作，降低購買沖擊波超壓測試專用設備成本具有一定意義。

參考文獻：

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A new combed-type diaphragm wall base for ultrahigh retaining wall

XU Jun-jie
（CCCCSecond Harbor ConsultantsCo.,Ltd.,Hubei,Wuhan 430071,China）

It is difficult to overcome the defects of poor stability,high bearing capacity requirement and bad economy when building a conventionalultrahigh retaining wallon softor rocky foundation.A new scheme of combed-type diaphragm wall base which takes diaphragm wall as part of retaining wall's compound foundation was put forward,and a preliminary analysis of workingmechanism and loading conditionswas carried in this paper.The results show that this base has the advantage of both rigidity and flexibility,and can be applied in the supportworksofupland chasm or port land.

ultrahigh;retaining wall;diaphragm wall

U655.54

A

2095-7874（2015）05-0020-04

10.7640/zggw js201505006

2015-01-22

2015-03-06

徐俊杰（1974— ），男，湖北黃崗市人，高級工程師，港口及航道工程專業(yè)。E-mail：xujunjie@ctesi.com.cn