破碎边坡体逆作法桩板墙设计与施工

何禹衡

上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司 上海 200092

随着城市建设和我国城市规模的快速发展，在一些山区或者丘陵地区，挖方造路、削坡取道往往涉及到边坡土体的支护工作[1]。而城市土地资源越来越紧张，特别是在一些大型或特大型城市，工程建设往往把红线范围利用到了极致，这也导致越来越多的边坡不再具有放坡条件，只能采用垂直支护措施，增加土地利用率[2]。

对于自稳性好、边坡土质好的区域，在抗滑桩施工完成后，挖土到边坡底部，采用从下往上依次施工的顺作法，桩间土能保证短期的自稳，上部土体也不会往下掉，桩间板也能正常施工[3]。

但是对于一些地质条件非常差的边坡土体，如填土等破碎体、砂砾土构成的边坡，如采用正常的顺作法，则在施工期间会存在巨大的安全隐患，且随着边坡土体的不断坍塌，给后续施工造成巨大的麻烦，甚至无法正常施工[4]。故采用正常的顺作施工方式不再适用，而从上到下的逆作法更能适应此类边坡[5]。逆作法安装灵活，不仅能实现挡板与抗滑桩快速连接挡土，还可以采用预留灌浆孔槽对墙后填土进行填实，从而具有更高的安全性。

1 工程概况

拟建盐田港拖车综合服务中心建设工程包括建筑部分、边坡部分、西禾路部分、明珠道一期部分及明珠道二期部分，包含路基段与桥梁段。路基段起点桩号Z8K0＋000.000，终点桩号Z8K0＋301.798，宽度约为10.40 m，道路设计标高为80.97～88.63 m。桥梁段由明珠道高架、主线匝道1（拖车服务中心以南部分）、匝道2（拖车服务中心以南部分）、匝道5、匝道6、匝道7、匝道8组成（图1）。

图1 拟建工程示意

本次拟建支护结构位于Z1匝道桥西北侧，因拟建桥梁承台与现状仓库老挡墙存在冲突，故需破除现状挡墙，在Z1匝道道路红线外新建支护结构，保证桥梁匝道的安全（图2）。拟新建垂直支护结构全长约60 m，坡顶与坡底高差约8 m。

图2 Z1匝道位置示意

2 工程地质条件

场地内地层主要为人工填土层（Qml）、第四系冲洪积层（Qal+pl）、第四系坡积层（Qdl）、第四系残积层（Qel），下伏基岩为燕山二期花岗岩（ηrJ2）、石炭系测水组砂岩（Cc1）、石炭系大理岩（Csh），各岩层特征分述如下。

2.1 人工填土（Qml）

1）①1杂填土：松散-中密，由黏性土、砂、碎石、块石、建筑垃圾和少量生活垃圾等组成，堆填时间小于10年，基本未完成自动固结。

2）①2填石：松散-中密，局部密实状，自稳性差，堆填时间小于10年，基本未完成自动固结。

2.2 冲洪积层（Qel+pl）

1）②1粗砂层：稍密-中密，主要由粗砂组成，含少量细砂、中砂和黏性土。

2）②2卵石层：中密-密实，以卵石为主，磨圆较好，呈圆形、亚圆形，孔隙由中粗砂、细砂及黏性土充填，级配差。

2.3 坡积土（Qdl）

③黏性土：可塑-硬塑，主要由黏性土组成，上部不均匀地含少量的强风化岩块。

2.4 残积土（Qel）

1）④1粉质黏土：可塑-硬塑，由黏、粉粒组成，水浸软化，崩解，砂土分离，系下伏砂岩风化残积而成。

2）④2砂质黏性土：可塑-硬塑，系下伏燕山期中粗粒花岗岩风化残积而成，土质不均匀。

2.5 基岩层

主要包括⑤1层全风化砂岩、⑤2层强风化砂岩以及其下的花岗岩层等。

3 设计

3.1 工程方案

根据场地环境，红线范围有限，常规的放坡开挖方案并不适用[6]。坡体主要由大块填石组成，自稳性极差，对老挡墙进行挖除后，很快会发生坍塌，且上部仓库常有重型货车行走，全部开挖后再施工重力式挡墙等支护结构，安全难以保证[7]。

本次拟采用桩板式挡墙＋锚杆的设计方案，采用直径为1 m的抗滑桩，桩中心间距为2 m，桩长为22 m[8]。桩顶用1道冠梁将所有抗滑桩连为整体，并按2 m间距布置2道锚杆。具体设计方案如表1所示。

表1 桩板墙设计方案及规格

3.2 设计计算

本次计算采用理正岩土工程计算分析软件中的抗滑桩综合分析模块。抗滑桩计算采用弹簧模型，如图3所示。

图3 抗滑桩计算模型示意

钢筋混凝土配筋根据GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》计算。根据滑坡推力法计算结果，一般情况下，剩余下滑力为227.677 kN，最大弯矩为287.360 kN·m，最大位移为－3 mm。地震工况下，剩余下滑力为258.112 kN，最大弯矩为314.516 kN·m，最大位移为－4 mm。根据库伦土压力计算结果，一般情况下，最大弯矩为687.447 kN·m，最大位移为－8 mm。地震工况下，最大弯矩为730.823 kN·m，最大位移为－9 mm，满足要求。

4 施工方案

根据以上计算结果，证明本次设计方案是可行的，本次坡体材料主要为填石，且较为松散，极易坍塌。若采用正常的顺作法，将边坡开挖到坡底后再从下往上支模或安装预制挡土板，则边坡土体存在坍塌的风险。故本次采用逆作法进行桩间板施工，具体的施工步骤主要包括如下几个步骤[8]。

4.1 抗滑桩施工

因边坡坡体主要由填石构成，粒径较大且较松散，采用人工挖孔桩极易坍塌，存在风险，而采用长螺旋桩又下钻困难，故采用旋挖钻进灌注桩。桩间距较近，桩基施工过程中采用跳桩施工。抗滑桩的主要施工步骤包括：桩位放样、泥浆拌制、就位及成孔、清孔、成孔检验、钢筋笼吊放、混凝土浇筑等几个步骤，施工过程中需注意成桩质量[9]。

4.2 冠梁施工

抗滑桩施工结束后，往下挖0.5 m，不得超挖，挖到既定深度后开始施工冠梁，冠梁施工前应凿除桩表面泥浆、混凝土松软层及凸出桩面的混凝土，保证冠梁与围护桩间接触密实。灌注桩纵筋锚入冠梁的长度不低于25倍钢筋直径。

4.3 抗滑桩植筋

冠梁施工结束后，继续开挖下部首层桩间土，开挖到首层挡土板所在位置底部后在拟挂装首层挡土板位置处植筋，植筋长度不小于300 mm。

4.4 挡土板施工

植筋结束后，施工首层挡土板，挡土板的挂装需要随挖随植随挂。本次挡土板采用预制，为了满足挡土板挂装后，能往板后填筑灌浆使墙后土体保持密实，在预制挡土板上设计了灌浆孔槽。同时，在挡土板下部放置了接土板，以便能接住上部坍塌的土体。预制挡土板结构如图4所示。

图4 单块挡土板示意（非锚杆处）

往灌浆孔槽内注入水泥砂浆结束后，人工将弧形板面抹平，然后继续施工以下挡土板。对于有锚杆处的挡土板，采用如图5所示的预制挡土板。拼装完成后效果如图6所示。

图5 单块挡土板示意（锚杆处）

图6 挡土板拼装示意（锚杆处）

4.5 锚杆施工

锚杆的施工顺序主要包括钻孔、清孔、下锚、注浆、紧固头设置、张拉、锁定等几个步骤。锚杆施工需严格控制施工质量，特别是对于坡体是填石材料的边坡，注浆浆液不能是水泥浆，应该采用水泥砂浆。若采用水泥浆，则浆液都会通过填石的缝隙流失掉，而采用水泥砂浆则能保证注浆的有效性。

4.6 重复配合逆作施工

重复以上几个步骤，从上往下依次逆作，且保持各个步骤的紧密配合，能有效控制边坡土体的坍塌，保证施工质量和施工安全。从上往下施工，施工到最底部一层挡土板时坡脚超挖30 cm，铺设1层厚30 cm的C20素混凝土垫层，将最后一层挡土板放置在混凝土垫层上。

5 结语

采用上述的桩板墙逆作法解决了破碎边坡体支护时常规顺作法施工存在困难及风险的问题。通过上述施工步骤中挂板与挖土的密切配合，能有效地保证施工的顺利进行。预留的灌浆孔槽能在挂板后填入水泥砂浆，使墙后破碎土体的密实度进一步提高，能有效解决因挡土板安装导致的内部土体坍塌，进而发展为长期效应作用下坡顶的沉降变形问题。同时，保证了墙体的稳定性，进一步提高了桩板墙的安全性。因此，该类逆作法桩板墙的设计与施工方法值得推广及应用。