葉婷婷

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院 廣東廣州 510060）

1 引言

樁板墻是指采用抗滑樁支護(hù)，在相鄰兩樁之間掛板或搭板阻擋樁間松散土體的輕型支護(hù)結(jié)構(gòu)，近年來被廣泛用于道路改擴(kuò)建、山體滑塌治理和特殊建（構(gòu)）筑物保護(hù)工程。與重力式擋土墻、預(yù)應(yīng)力錨索（桿）和土釘墻等其他支護(hù)措施相比，具有結(jié)構(gòu)耐久性好、加固可靠性高、節(jié)約用地等特點(diǎn)。樁板墻主要由抗滑樁和擋土墻兩部分組成，抗滑樁是主要受力結(jié)構(gòu)，承受墻后坡體的主動(dòng)土壓力，擋土墻支擋樁間松散土體，并將樁間土體對(duì)其土壓力傳遞到抗滑樁懸臂段，與其共同作用將土壓力傳遞至抗滑樁錨固段樁周的穩(wěn)定土層，發(fā)揮阻滑加固作用。國(guó)內(nèi)對(duì)樁板墻的研究主要集中在墻后土壓力荷載作用及其傳遞特性，樁間距的合理取值等。張永興[1]通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究合理樁間距條件下土拱效應(yīng)的三維作用規(guī)律，探討樁間土沿高度方向直接土拱和摩擦土拱的作用程度及范圍。黃治云結(jié)[2]合現(xiàn)場(chǎng)與室內(nèi)模型試驗(yàn)分析樁板墻背側(cè)土拱效應(yīng)與土壓力傳遞特性之間的關(guān)系。文獻(xiàn)[3～4]基于合理拱軸線的假定，建立了抗滑樁樁間土拱結(jié)構(gòu)與樁間距的力學(xué)關(guān)系，分析了合理樁間距的取值。本文借鑒現(xiàn)有理論及科研成果，應(yīng)用于廣州某路塹高邊坡設(shè)計(jì)，有效控制了工程施工及運(yùn)營(yíng)過程中的滑塌風(fēng)險(xiǎn)，為樁板墻加固既有路塹高邊坡設(shè)計(jì)提供參考。

2 工程概況

廣州市某路塹邊坡全長(zhǎng)395m，最大坡高30.4m，邊坡坡腳臨近高速公路，坡頂局部范圍有學(xué)校建筑物，建筑物離坡頂邊線最小距離20m。為適應(yīng)地區(qū)規(guī)劃建設(shè)，提升現(xiàn)有高速公路通行能力，對(duì)道路進(jìn)行改造擴(kuò)建。邊坡位于路面拓寬段，需后移現(xiàn)狀路塹坡腳。受用地限制，場(chǎng)地?zé)o自然放坡條件，坡腳加固方案若采用重力式擋土墻，結(jié)合坡面與規(guī)劃道路邊線，滿足設(shè)計(jì)要求的擋土墻高度達(dá)8m。施工過程中，坡腳裸露開挖易導(dǎo)致局部塌方，影響公路運(yùn)營(yíng)安全，甚至引發(fā)坡頂學(xué)校建筑傾斜、沉降。為降低施工及運(yùn)營(yíng)過程邊坡滑塌風(fēng)險(xiǎn)，在學(xué)校范圍采用樁板墻方案。

3 地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察以及鉆孔資料，現(xiàn)狀邊坡坡體頂部為粉質(zhì)粘土，厚度約4m，中部以全、強(qiáng)花崗巖為主，厚度約9.5m，坡腳深度約6.5m以下為中、微風(fēng)化花崗巖，各巖土層物理力學(xué)參數(shù)詳見表1。

表1 巖土物理力學(xué)參數(shù)表

4 抗滑樁方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化

4.1 方案設(shè)計(jì)

樁板墻加固段邊坡為2級(jí)邊坡，最大高度14.8m，改造擴(kuò)建后的最大高度15.7m?？够瑯恫捎勉@孔灌注樁，樁位沿?cái)U(kuò)建道路邊線布置，支護(hù)高度4～6.7m，嵌固深度4～5.5m。樁身材料與冠梁均采用C30混凝土，擋土板采用C25掛網(wǎng)噴射混凝土。

根據(jù)場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)不同抗滑樁樁徑及間距的三種方案進(jìn)行比選。①方案一：φ1.2m間距2m；②方案二：φ1.5m間距2m；③方案三：φ1.5m間距2.5m。

4.2 模型建立

作用于抗滑樁的荷載包括滑坡推力、樁前滑體抗力和錨固段地層抗力。由于坡頂學(xué)校建筑離坡頂最小距離20m，大于支護(hù)高度，根據(jù)《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)范》，可不考慮基礎(chǔ)底附加應(yīng)力對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。同時(shí)，參考《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》側(cè)向巖土壓力取主動(dòng)土壓力。墻后荷載分別按滑坡推力和庫倫土壓力計(jì)算建立結(jié)構(gòu)-荷載模型，取最不利工況確定設(shè)計(jì)參數(shù)，其中滑坡推力采用傳遞系數(shù)法計(jì)算確定。樁身內(nèi)力計(jì)算采用m法，如圖2所示。

圖1 邊坡支護(hù)橫斷面圖（單位：m）

圖2 彈性方法計(jì)算模型簡(jiǎn)圖

p=kΔ

k=ahn

式中：

p——錨固段以下土體抗力/kPa；

K——彈性抗力系數(shù)；

Δ——錨固點(diǎn)以下樁體位移/m；

a、n——計(jì)算系數(shù)，分別取n=1，a=m；

h——錨固點(diǎn)以下任意點(diǎn)到錨固點(diǎn)的豎向距離/m。

4.3 方案優(yōu)化

取最不利斷面，分別驗(yàn)算方案一～方案三，并估算工程造價(jià)。計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 抗滑樁支護(hù)方案結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

圖3 內(nèi)力及位移包絡(luò)圖（以方案三為例）

計(jì)算斷面支護(hù)高度6.7m，嵌固深度5.5m，經(jīng)計(jì)算，三個(gè)方案均滿足設(shè)計(jì)要求。在樁板墻支護(hù)中，抗滑樁為懸臂結(jié)構(gòu)，主要承受側(cè)向水平巖土壓力，因此，支護(hù)方案主要考慮樁頂水平位移及樁身抗剪能力。對(duì)比結(jié)果可知，樁徑增大，抗彎剛度增加，有效控制樁頂水平位移。同時(shí)，樁徑加大能有利于增強(qiáng)截面抗剪能力。估算三個(gè)方案的工程造價(jià)，方案二最高，方案一和方案三相近，綜合考慮結(jié)構(gòu)受力計(jì)算，選擇方案三能取得更好的支護(hù)效果。綜上分析，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，采用大直徑大間距的抗滑樁能有效降低工程造價(jià)并取得較好的支護(hù)效果。

5 擋土墻設(shè)計(jì)

5.1 水平卸荷拱理論

樁間擋土墻的土壓力常見有兩種計(jì)算模式：①當(dāng)擋土墻的剛度較大，能夠直接承受墻后土壓力，或者擋土墻置于錨固樁之后，作用于擋土板上的土壓力計(jì)算及分布按照庫倫主動(dòng)土壓力理論；②當(dāng)擋土墻在樁板墻體系中，其剛度遠(yuǎn)小于抗滑樁，樁間由于土體內(nèi)部土拱效應(yīng)的作用形成水平卸荷拱，擋土墻主要承受樁間卸荷拱的土壓力。本工程中擋土墻設(shè)計(jì)按第二種計(jì)算模式。

5.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算

樁板墻采用先柱后墻的施工順序，擋土墻按柔性構(gòu)件設(shè)計(jì)，厚度0.2m。擋土墻材料采用C25掛網(wǎng)噴射混凝土，豎向沿抗滑樁懸臂高度布置。擋土板計(jì)算按兩端固定的多跨連續(xù)墻梁進(jìn)行驗(yàn)算，其中計(jì)算跨徑L為懸臂抗滑樁的凈距，土壓力計(jì)算根據(jù)文獻(xiàn)[5]提供的卸荷拱土壓力計(jì)算公式，得到擋土板的跨中最大彎矩M1=qL2/24，支座處最大彎矩M2=qL2/12。根據(jù)擋土板的最大彎矩值進(jìn)行配筋驗(yàn)算，截面滿足承載能力設(shè)計(jì)及正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)論

本工程采用樁板墻對(duì)高速公路路塹邊坡坡腳進(jìn)行加固，并對(duì)三個(gè)加固方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算表明，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，采用大直徑大間距的抗滑樁能有效降低工程造價(jià)并取得較好的支護(hù)效果。通過方案比選，確定最終優(yōu)化方案，并應(yīng)用水平卸荷拱理論復(fù)核樁間擋土墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。樁板墻加固設(shè)計(jì)方案有效的降低了施工及運(yùn)營(yíng)過程中可能產(chǎn)生的滑塌風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)坡頂學(xué)校建構(gòu)筑起到良好的保護(hù)作用，對(duì)同類型的路基改造擴(kuò)建工程提供參考。

[1]張永興，董捷，黃治云.合理間距條件懸臂式抗滑樁三維土拱效應(yīng)試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，31（12）：1874～1881.

[2]黃治云，張永興，董捷.樁板墻土拱效應(yīng)及土壓力傳遞特性試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué)，2013.

[3]賈海莉，王成華，李江洪.基于土拱效應(yīng)的抗滑樁與護(hù)壁樁的樁間距分析[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2004，12（1）：98～103.

[4]李邵軍，陳靜，練操.邊坡樁-土相互作用的土拱力學(xué)模型與樁間距問題[J].巖土力學(xué)，2010，31（5）：1352～1358.

[5]葉曉明.柱板結(jié)構(gòu)擋土墻上的土壓力計(jì)算方法[J].地下空間，1999，19（2）：142～146.