桩基托梁挡土墙的应用

胡胜华

(中建材西南勘测设计有限公司，四川 成都 610051)

0 前 言

随着铁路、公路建设及城市的扩张等，工程建设中难免会遇到很复杂的工程地质条件，针对具体的工程地质条件合理选用支护结构，对于确保工程安全、节约投资等具有重要意义。本文根据某工程的实际工程地质条件，介绍桩基托梁挡土墙的应用，供岩土设计工作者在遇到相似工程地质条件时借鉴参考。

1 项目概况

某项目边坡开挖取土引发滑坡，滑坡纵向长60 m，滑坡横向宽230 m，坡高约12 m，面积约13 800 m2，滑动面平均深8.0 m，滑体体积为1.1×105m3，属浅层牵引式土质滑坡，严重威胁坡顶的道路、办公区及居民区。

2 地质环境条件

项目区属于低纬度高原山地季风气候，构造剥蚀低中山地貌，海拔高程为1 914～1 944 m。场地浅表地层为填土，其下为第四系冲湖积黏性土、泥炭质土组成，地层分述如下。

2.1第四系人工填土层(Q4ml)

素填土①层：场地浅表部土层，成分主要为黏性土，含少量砾石，以褐红、褐黄、灰色为主，稍湿、松散、均匀性差、结构松散、固结差、地层分布不均匀，主要厚度变化均与原始地形有关，层厚0.50～7.30 m，一般厚度较小，局部地段厚度较大。

2.2第四系冲湖积相层(Q4al+l)

黏土②层：褐红、棕红、褐黄色、很湿、可塑状态、中等压缩性土、含少量砾石、断面较光滑、切面稍有光泽、干强度及韧性高，场地内大部分地段均有分布，层厚0.90～10.80 m，层面有一定起伏，厚度变化较大。

黏土③层：深灰、黑色、软-可塑状态、切面光滑、干强度及韧性高、高压缩性、局部混有机质团块及粉土团块，呈层状分布于整个场地，层厚为0.90～7.80 m，平均层厚4.90 m。

泥炭质土③1层：黑、褐黑色、湿、软-可塑状态、高压缩性土、断面粗糙、切面稍有光泽、干强度及韧性低、有机质含量为20%～50%，场地内均有分布，层厚0.90～10.70 m。

粉质黏土③2层：灰、浅灰、兰灰色、湿、可塑状态、断面粗糙、切面稍有光泽、干强度及韧性中等、中压缩性土、场地内均有分布，层厚1.20～10.10 m。

粉质黏土④层：黄、灰黄、棕黄色、饱和、硬塑状态、含有10%～15%砾石，砾石成分主要为强风化石英岩，断面粗糙，切面稍有光泽，干强度及韧性中等，中压缩性土，场地内均有分布，层厚0.90～13.20 m。

2.3 水文地质条件

场地区内地下水以孔隙水为主，无统一的地下水位，地下水位随地形起伏变化，坡体土层透水性弱、富水性差。地下水位埋深0～12.30 m，地下水受降水及地形制约，径流途径一般较短，在低洼处形成泉点或在边坡坡脚等有利地段以片流形式渗出，边坡坡脚土体饱水。

3 治理方案设计

根据地层分布，上部为第四系松散填土层，下部以软-可塑为主的黏性土层及软弱的泥炭质土，地质条件差。由于下伏地层较差，如采用挡土墙进行支挡，地基承载力及挡墙抗倾覆验算不能满足要求；如采用桩基，则桩长较长，桩径大，不经济。因此，综合分析后采用桩基托梁挡土墙进行支挡。桩基托梁挡土墙能满足地基承载力及支挡结构沉降变形。在不同的工况下，桩基的作用是不同的，如果滑坡体的滑坡推力主要由挡土墙承担，桩基的主要作用是提高地基承载力，防止挡土墙破坏，则按照桩基础的计算理论计算；如果滑坡体的滑坡推力主要由桩基承担，则此时的桩基就是抗滑桩，不仅要支承上部荷载，而且要抵抗滑坡推力的作用。根据滑坡推力作用位置的不同，提出两种桩基托梁挡土墙结构计算模式，即承载型桩基托梁挡土墙和抗滑型桩基托梁挡土墙。本项目挡土墙主要承担墙后土压力，桩基承担墙后土压力及滑坡推力，因此，按抗滑型桩基托梁挡土墙进行设计计算。

3.1 理论计算简述

挡土墙：按常规库仑土压力理论进行受力分析计算及结构设计；托梁：分段按支端悬出简支梁计算及结构设计，考虑到地基土质较差，不考虑地基反力，按普通连续梁进行计算，计算简图如图1所示。

图1 支端悬出简支梁外荷载分布图

桩基：在进行桩基的内力计算时，不考虑托梁底面土体的支承和摩擦作用，假定作用于挡土墙的水平荷载、竖直荷载以及弯矩通过托梁顶全部传给桩顶，把托梁当成完全刚体看待。桩基按抗滑桩来进行内力计算，滑动面以下桩身部分为桩基锚固段，滑动面所在桩身位置为锚固点，锚固点以下的抗滑桩按照弹性地基梁来进行设计计算。

采用“m”法计算任意截面的位移、转角、弯矩、剪力及侧应力的计算公式如下：

(1)

式中，χy为桩身计算截面水平位移，m。

(2)

式中，φy桩身计算截面转角，(°)。

(3)

式中，My桩身计算截面弯矩，kN·m。

(4)

式中，Qy桩身计算截面剪力，kN。

σy=mHyχy

(5)

式中，σy桩身计算截面侧向应力，kN/m2。

桩底虽然地层较差，但考虑到桩长较长，因此，锚固段桩底按胶结端考虑：

(6)

(7)

3.2 结构设计

桩基托梁挡土墙墙高8 m，分段托梁尺寸为长×宽×高=10 m×3.65 m×1.1 m，每段托梁设置4根桩基，双排布置，桩长12 m，桩径1.0 m，纵向桩间距为5.0 m，托梁两端悬臂长2.0 m；挡墙采用C20片石混凝土，桩基及托梁采用C30混凝土浇筑。工程设计剖面见图2。

图2 工程设计剖面图

4 总 结

通过对具体的地质条件分析，针对基底地层软弱，无法直接采用挡土墙工程，或采用桩基工程经济性不佳等，采用桩基托梁挡土墙的组合运用，对特定工程地质条件的灾害治理的应用进行介绍，不仅降低了工程造价，而且提高了工程安全性。从项目建成运营多年的结果来看，工程无变形、开裂等。本研究可供相关岩土工程设计人员遇类似地质条件的工程治理时借鉴参考。

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