反演分析法在桩板式挡土墙加固设计中的应用

李连伟

摘要：边坡挡墙出现险情后，如何在考虑原有支护措施对边坡稳定贡献的基础上，提出边坡加固设计方案，做到既安全又经济，成了加固设计的难点。本文依据反演分析法的思路，提出设计思路，应运用于工程实践中，取得较好的经济效果。

Abstract： In view of the danger of slope retaining wall， the paper puts forward the scheme of slope reinforcement design on the basis of considering the contribution of the original supporting measures to the slope stability. On the basis of the inversion analysis method， this paper puts forward the design idea， which is used in engineering practice and has achieved good economic effect.

关键词：挡墙加固；反演分析法；桩板式挡土墙

Key words： retaining wall reinforcement；inversion analysis method；pile plank retaining wall

中图分类号：U417.1+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）21-0131-03

0 引言

随着2011年云南省“城镇上山”重大用地决策的提出，越来越多的山地工程建设项目的涌现也带来众多的边坡、挡墙问题。一些边坡、挡墙因设计经验不足、施工质量不够等原因，往往刚施工完成就出现严重变形，影响正常使用。如何在考虑原有工程量对边坡稳定贡献的基础上，提出边坡加固设计方案，做到既安全又经济，是各位岩土工程师常常遇到的困惑。笔者在多年的工程实践中，结合规范要求、理论计算及工程实践，采用基于反演分析法的挡墙加固设计思路，实际应用效果较好。

1 反演分析法思路

《建筑边坡工程鉴定与加固技术规范》第4.4.4条“当边坡工程已产生变形或滑动时，可采用反演分析法确定滑动面抗剪强度指标。对出现变形的边坡工程，其稳定性系数Ks宜取1.00～1.05；对产生滑动的边坡工程，其稳定系数Ks宜取0.95～1.00。”

基于以上规范要求，我们可以假设现状边坡或挡墙是处于临界平衡状态的，临界状态所对应的安全系数可按等于1.00考虑。此时边坡平衡状态方程可表述为：

R抗≈K0R下 （1）

式中：R抗—原有支挡措施提供的抗滑力；R下—含外力作用下的边坡下滑力；K0—现状下边坡稳定安全系数，≈1.00。

加固后的挡墙或边坡的设计安全系数须满足规范要求，可表述为：

μR增+R抗≥K1R下 （2）

式中：μ—新增加固措施安全发挥系数；R增—新增支挡措施提供的抗滑力；R抗—原有支挡措施提供的抗滑力； R下—含外力作用下的边坡下滑力；K1—满足规范要求的安全系数。

2 工程实例

2.1 工程概况

云南省楚雄市某矿业机械厂建设于山前坡地上，整个场地由挖山平整形成，在东北侧形成约12.0m高垂直边坡，坡顶1：1自然放坡。支挡措施采用“悬臂式桩板挡墙”，抗滑桩桩长20.0m，悬臂段高12.0m，嵌固端入稳定基岩8.0m，截面尺寸1.0m×1.2m，间距4.0m，建成后运行正常，未见变形裂缝。2014年挡墙上部地块规划新建一玻璃厂，玻璃厂地面标高高于原挡墙顶约7.5m，平整场地后挡土墙前硬化层被挤裂鼓起（图1）、原支挡方桩桩身中下部出现斜裂缝（图2），桩顶偏移错位严重，最大水平位移达10cm，对挡土墙前部厂区的人员生命和财产安全造成了严重的影响。究其破坏原因，主要是原有挡墙措施在未加固的情况下，墙顶场平、建筑加荷，对抗滑桩产生的主动土压力超过其支擋能力，导致抗滑桩损坏，挡土墙失稳。

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2.2 反演计算

由于该悬臂式桩板墙设计时未按规范实施，建设方不能提供原设计图纸及边坡勘察资料，故本次挡墙加固采用“反验分析法”进行设计。设计过程如下：

采用朗肯土压力公式计算天然状态下挡墙所受到土压力，填土重度取19kN/m3，填土综合内摩擦角取35°：

Ea1=0.5×19×（12）2×tan（45-35/2）2=370.71kN/m

坡顶动荷载及超载产生的土压力：

Ea2=（20+7.5×19）×12×tan（45-35/2）2=528.43kN/m

则单位长度挡墙所承受的土压力为：

Ea合=899.14kN

根据挡土墙变形现状，假定现状安全系数为1.00，则根据式（1）推导原挡土墙被动土压力合力为：

Ep合≈Ea合=899.14kN

挡墙加固考虑采用预应力锚索加固，设计3排，新增加锚索安全发挥系数μ取0.95，加固后的挡设计安全系数取1.35，则根据式（2），有：

0.95×3×R增+899.14×4≥1.35×899.14×4

R增≥441.68kN

锚杆的极限粘结强度标准值按120kPa考虑，则设计锚索锚固长度L：

L=441.68/（3.14×0.15×120×0.75×cos（20°））=11.09m

2.3 治理方案

为保证挡土墙墙顶及墙脚厂区安全，采取如下紧急抢险和后续加固设计方案（图3）。

2.3.1 坑顶卸载

为控制挡墙继续变形，立即组织人力、机械将挡土墙顶部新近填土挖除卸载。

2.3.2 增大抗滑桩桩径

根据桩的受损外观分析及加固条件，采用增大抗滑桩截面的加固措施，沿原桩左侧、面侧及右侧三面布设双层双向HRB400Φ16钢筋，桩身三侧截面尺寸均增大20cm，采用C30混凝土浇筑。

2.3.3 预应力锚索设计

在原桩板挡土墙上设置3道预应力锚索，锚索种类采用5束？准15.2mm低松弛钢绞线（极限强度标准值为1860MPa），锚索总长24m，自由段12m，锚固段12m，直径150mm，锚索设计值678kN，锁定值480kN。

2.3.4 加筋土挡墙设计

为减少坡顶挡墙加荷对桩板墙的影响，对坡顶玻璃厂的后期高填方边坡宜采用轻体量的支护措施，故考虑采用7.5m高的加筋土挡墙进行支挡。加筋土挡墙分两级，上一级墙高3.5m，下一级墙高4.0m，土工格栅采用坦萨UXB型单向土工格栅，模块现场预制后拼装。

2.4 治理效果

该工程自加固竣工（图4）至今已近2年，施工过程监测及竣工后的跟踪监测结果显示，从预应力锚索施工后，抗滑桩顶部未再出现明显位移；上部加筋土挡墙也未出现明显沉降、位移现象，说明原損坏的桩板墙得到了加固修复，证明了该加固方案的合理性，为类似工程的处理提供参考。

3 结论

在缺少原有边坡挡墙及勘察资料的情况下，反演分析法可以迅速地确定出比较安全、经济、合理的加固设计计算方法，可充分考虑原有支挡结构的作用，取得较好的经济效益。

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参考文献：

[1]程良奎.岩土锚固工程技术[M].北京：人民交通出版社，1996.

[2]林宗元.岩土工程治理手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1993.

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[4]GB50330-2013，中华人民共和国国家标准.建筑边坡工程技术规范[S].

[5]GB50843-2013，中华人民共和国国家标准.建筑边坡工程鉴定与加固技术规范[S].

[6]卜良桃.工程结构可靠性鉴定与加固[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.