探讨桩板墙在边坡支护中的运用

2015-10-31朱启标

建材与装饰 2015年19期

关键词：土板板墙挡墙

朱启标

（福建龙岩）

探讨桩板墙在边坡支护中的运用

朱启标

（福建龙岩）

桩板墙是一种用来抵抗水平压力或防止土地坍塌和渗漏的挡土结构物。它主要分为木板桩、钢板桩和预制钢筋混凝土板桩三种类型。由于桩板墙结构比较简便，施工也方便，造价便宜，所以桩板墙在工程上的作用是不可取代的。本文主要通过桩板式挡墙的构造、设计等进行说明，举例分析桩板墙在边坡支护中的应用，以供参考。

桩板式挡墙；设计；计算；施工

1　工程概况

上杭县旧白公路2012年6月K2+290～K2+362.42段挡墙由于地质变形及砌筑工艺不到位出现裂缝。曾多次提出多个处理方案供业主参考。2013年3月专家及业主确定为桩板墙设计重新施工。抗滑桩外侧的钢筋混凝土渠道顶需考虑通行农用车，渠道为整体式基础，桩、板墙、桩顶联系梁均采用C30混凝土现浇，原渠道改变位置后采用C20钢筋混凝土，能满足一般4～6t车辆的通行，而在桩板墙的设计方面则是将悬臂桩和挡土板进行合理的搭配，并加密锚固点，再通过对挡土板的土压力等，进行仔细地计算。施工过程中坡底采用砂浆护底，并对边坡坡脚设置帽石，对坡脚进行防护。

2　桩板墙的设计

2.1构造

（1）桩板墙是由悬臂桩和挡土板组合而成，悬臂桩本分锚入地下，截面为矩形；部分身处地表，截面为T形，挡土板可以做成预制平板、拱板或现浇板[1]。

（2）锚固点附近箍筋需要适当的加密，变截面桩应在截面变化出适当的加密箍筋。

（3）外挂式桩板墙桩身应预留连接钢筋。

（4）挡土板受力主筋混凝土保护层不能小于25mm，箍筋和构造钢筋的保护层后的不能小于15mm。

（5）挡土板的纵向受力钢筋的混凝土层大于40mm时，应对保护层采用有效的防裂构造措施。

（6）纵向受力钢筋直径不能小于12mm，不能大于25mm。

（7）受力钢筋的间距不宜大于1.5h，且不宜大于250mm。

（8）挡土板与桩的搭接长度大于30cm。

（9）外挂式桩板墙的预留连接钢筋需要与四根帮条钢筋焊接。

2.2适用范围

（1）悬臂长度可达15cm左右，桩间距为4～6m。

（2）悬臂桩的施工中，桩顶设置通常冠梁，其上可预埋钢板设置防护栏杆。

（3）桩间装配式预制挡土板一般用于填方边坡，现浇挡土板一般用于直立削坡的挖方边坡。

（4）钢垫板上预留孔的直径应大于预留钢筋直径3mm。

2.3设计要点

（1）墙桩的桩位要设在滑坡体较薄、锚固段地基强度较高的地段。由于桩间距决定了滑坡推力大小、桩的长度和锚固深度等因素，因此，在两桩之间能形成土拱的条件下，土拱的支撑力和侧桩摩擦力之和应大于一个根桩所能承受的滑坡推力。

（2）桩的锚固深度与该地层的强度、桩的刚度以及桩所承受的滑坡推力有很大的关系[2]。因此，桩的锚固段传递到滑面以下地层的侧向压力不得大于该地层的侧向压应力，同时，也不得大于该地层的侧向容许压应力。

（3）桩的截面形状有矩形和圆形。为了使其上部受力段正面可以产生较大的摩擦力，并且使下部锚固段可以抵抗较大的反力，要求其截面具有较好的抗弯和抗剪强度。

（4）作用于桩的力系，应该计算滑坡推力和锚固段地层的抗力。对于悬臂长、截面大的悬臂桩，桩身自重不应忽略，桩侧摩擦阻力和粘聚力以及桩身重力也可不计算。

（5）边坡应分段跳槽开挖，根据开挖情况应从上到下施工，边开挖边施工。开挖过程中肋柱底部不得临空，保持制成于地面。

（6）板桩墙建议施工步骤为：边坡修整→成孔→浇筑抗滑桩、桩顶细梁及挡土板→泄水孔施工→铺筑路面及安全措施。

（7）各边坡每隔10～15m和边坡的转角处设置伸缩缝，缝宽3mm，从顶到底贯通，填缝料为热沥青麻絮。挡板上设置直径60mm的泄水孔，泄水孔间距2～3m，孔内安装PVC管。

（8）抗滑桩截面尺寸1.5m×2.0m，嵌固深度4.0m或整平地面后中风化基层以下3.5m，桩间距5m，嵌固段地籍持力层为中风化砂岩，岩石地基承载力大于1000kPa大于计算值488.3，墙侧排水系统与灌溉渠衔接。

3　桩身设计计算

3.1土压力计算

库伦土压力计算公式为：

式中：γ——填料容重；

H——墙高；

h0——墙背填土表面活载折算土柱高度，h0=q/γ土；

θ——破裂面与垂直线夹角；

ψ——填料内摩擦角；

α——墙背与垂直面夹角；

δ——墙背与墙后填料摩擦角，取δ=ψ/2；

C——墙背顶点至墙背填土表面活载分布边缘的距离。

举例说明：计算高度为6.970（m）处的库仑主动土压力。

无荷载时的破裂角=9.662（°），路-Ⅱ级。

路基面总宽=8.500（m），路肩宽=0.000（m），安全距离=0.500（m）。

单车车辆外侧车轮中心到车辆边缘距离=0.350（m），车与车之间距离=0.600（m），经计算得，路面上横向可排列此种车辆3列，布置宽度=1.753（m）。布置宽度B0=1.753（m）分布长度L0= 20.000（m）荷载值SG=275.000（kN），算土柱高度h0=0.314（m），1破裂角：40.124（度）。Ea=203.943（kN），Ex=194.504（kN），Ey=61.327（kN），作用点高度Zy=1.852（m）。

3.2桩身计算

3.2.1弯矩和剪力的计算

（1）作用于桩板墙的荷载有汽车荷载、土压力、滑坡推力、地下水的渗透压力、地震力等。

（2）桩的结构重要性系数为1.0，永久荷载的分项系数是1.35。如果装上设有锚索，结构承受的侧向土压力应按库伦土压力的1.05～1.4倍计算。

（3）无论是按弹性地基梁法计算还是用极限状态法，实际的土压力都会比库伦主动土压力大。

（4）定义：弯矩是受力构件截面上的内力矩的一种，即垂直于横截面的内力系的合力偶矩。其大小为该截面截取的构件部分上所有外力对该截面形心矩的代数和，其正负约定为是构件下凸为正，上凸为负（正负区分标准是构件上部受压为正，下部受压为负；反之构件上部受拉为负，下部受拉为正）。剪力作用于同一物体的两个距离很近，大小相等，方向相反的平行力[4]。建筑物中的竖向承重构件主要由墙体承担时，这种墙体既承担水平构件传来的竖向荷载，同时承担锋利或地震作用传来的水平地震作用。

（5）计算公式：弯矩的计算公式为Mmax=FL/2，举例说明。比如一个悬臂梁，梁端力为2kN，梁长为3m，刚固端弯矩为-6kN·m，那么通过计算可以得到梁的跨中弯矩为-3kN·m。

3.2.2桩身内力和变位计算

（1）计算方法为m法。

（2）普通板桩墙的内力、变位主要有悬臂梁法，地基系数，有限差法以及有限元法。。工程中常用的方法是将抗滑桩分为两部分，滑面以上按悬臂梁计算，内力是根据滑面处的弯矩和剪力按地基的弹性抗力计算。就是把受到内力作用的部分拿出来进行受力分析，比如背侧——为挡土侧；面侧——为非挡土侧。

背侧最大弯矩=5720.235（kN·m）距离桩顶13.700（m）

面侧最大弯矩=0.000（kN·m）距离桩顶1.162（m）

最大剪力=971.412（kN）距离桩顶6.970（m）

桩顶位移=11（mm）。

3.2.3挡土板内力配筋计算

（1）配筋率定义：为了使构件不发生脆性破坏，规范对配筋率有一个限制。如果计算配筋得到的配筋率处于最大配筋率和最小配筋率之间，说明是适筋梁，这样可以进行配筋计算，同样，任何钢筋混凝土的受力构件也可以力（弯矩、剪力、轴力等）进行配筋计算。

（2）公式：p=A（s）/A。其中A（s）为受拉或受压区纵向钢筋的截面面积；A根据受力性质不同而含义不同。若受压构件的全部纵筋和一侧纵向钢筋和轴心受拉构件的配筋率计算中，A取构件的全截面面积；若是受弯构件和大偏心受拉构件一侧受拉钢筋的配筋率计算，A区构件的全截面面积扣除压翼缘面积后的截面面积[5]。举例说明，一块挡土板板厚300mm，板下缘距顶举例为6.970m，最大土压力为66.438kPa，单块板弯矩为1550.913kN·m，且单块板全部纵筋为23806mm2，那么根据上述的一些公式，则可进行配筋计算。

3.2.4整体稳定验算

基底摩擦系数=0.250

采用倾斜基底增强抗滑动稳定性，计算过程如下：

圆心：（2.00000，11.40417）

半径=11.37914（m）

安全系数=1.564

总的下滑力=218.326（kN）

总的抗滑力=341.520（kN）

土体部分下滑力=218.326（kN）

土体部分抗滑力=341.520（kN）

筋带的抗滑力=0.000（kN）

经验算，整体稳定验算满足：最小安全系数=1.564>=1.250

4　工程效果

上杭县旧白公路2012年6月K2+290～K2+362.42段挡墙在明确桩板式挡墙支护方案的基础上，选择合理的桩间距和截面，控制好桩的入土深度和桩顶位移，并根据施工开挖对原设计进行更完善的修改，最终完成了整个项目。在这个项目中，施工人员认真仔细的完成各自分配的任务环节，有效的对桩板墙进行仔细的计算，从而保证了工程的顺利实施，不仅保障了工程的质量安全，同时还对施工人员的生命安全带来很大程度上的保障，最重要的是为企业带来经济效益，为居民的日常生活提供便捷。