锚拉桩在挡土墙加固处理中的应用

2022-12-20杨旭东苏洋洋

中国建筑装饰装修 2022年23期

杨旭东程鹏苏洋洋薛卉

随着我国建设发展加速，山地建筑也越来越多，各类型边坡支护也随之增多。由于建设速度较快，对场地工程地质条件认识不足，施工技术存在差异，在边坡支护中经常会出现一些问题[1]。本文以某扶壁式挡土墙边坡的加固处理为实例，介绍了锚拉桩设计计算、施工难易程度及加固后的实际效果，为后续类似边坡加固处理设计施工提供参考。

1 工程概况

湖南湘西某工程邻山而建，拟建运动场需进行大量填方，在场地西侧和南侧形成了填方边坡，坡顶为拟建运动场，坡脚为在建的5 层建筑物。边坡采用钢筋混凝土扶壁式挡土墙进行支护，总长约74 m，边坡高差8.8 m，墙高为9.3 m，埋深0.5 m；扶壁式挡土墙底板长5.7 m，扶壁肋间距为3.0 m，其面板、底板及肋厚均为0.5 m。

挡土墙施工完毕后，施工方进行墙后回填土。回填至距设计标高1.0 ～1.5 m处后，发现挡土墙西南角和西侧伸缩缝两侧的挡土墙错开。西南角处错开距离为40 ～50 mm，伸缩缝填塞材料已不可见；西侧错开距离为10 ～20 mm。墙身未出现明显裂缝，仅西侧墙顶局部出现0.2 ～1 mm 微裂缝，但裂缝未贯通，延伸长度小于0.5 m。

随着挡土墙位移的增加，墙背填土可见明显下沉，且墙后2 ～4 m 范围内可见横向拉张裂缝，宽度为5 ～10 mm，裂缝呈“小圈椅”状，延伸2 ～3 m。根据现场实际情况，挡土墙及墙后填土变形、沉降、拉张裂缝所反映的滑移变形迹象已比较明显，说明挡土墙现处于蠕动变形阶段，若不及时加固治理，挡土墙有可能发生更大的变形。

2 场地基本地质条件及挡土墙变形原因分析

2.1 基本地质条件

挡土墙场地原始地貌为低山丘陵，微地貌为斜坡，总体为北侧高南侧低。场地地层自上而下为素填土和中风化砾岩，其中素填土呈稍密状态，主要由粉砂岩、砾岩碎石和块石混黏土组成；碎（块）石粒径一般为10 ～40 mm，最大可达60 cm，为新近回填，尚未完成自重固结。根据场地情况，挡土墙基础位于素填土层，原设计中对该填石地基做了处理。

2.2 各地层相关物理力学参数选取

根据监测报告并结合现状扶壁式挡土墙实际变形特征，该挡土墙主要发生水平方向的位移。挡土墙的稳定性主要受抗滑移稳定性控制，由于挡土墙基底摩擦系数是抗滑移稳定性的重要参数，可采用现状挡土墙稳定性状态反算基底摩擦系数。现状挡土墙尚未完全滑动，属于欠稳定状态，取滑移稳定系数为0.95，反算得到基底摩擦系数为0.435。

各地层岩土体其他相关物理力学参数可根据野外试验及相关经验得出，具体为：一是素填土。重度为18.5 kN/m3，地基承载力特征值为210 kPa，综合内摩擦角为33°，基底摩擦系数为0.435，压缩模量为2.5 MPa。二是中风化砾岩。重度为24 kN/m3，地基承载力特征值为1 300 kPa，内摩擦角为29°，黏聚力为630 kPa，基底摩擦系数为0.55。

2.3 挡土墙变形原因分析

2.3.1 地质因素

扶壁式挡土墙墙底地基土为回填土，由于前期勘察设计对该地层的物理力学性质存在误差，导致原扶壁式挡土墙底板过短，基础埋置深度过小，是造成挡土墙抗滑移能力不足的重要因素之一[2]。

2.3.2 施工因素

原扶壁式挡土墙设计图纸中墙身设置有泄水孔，墙后设置有反滤层，而施工方未按图纸要求布置泄水孔及墙背反滤层，导致地表水进入墙后填土中无法及时排出，造成地下水位上升。填料经雨水浸泡后，抗剪强度降低，墙背土压力和净水压力均增大，是造成挡土墙水平位移过大的重要因素之一。挡土墙水平位移过大会带动墙后填土也发生水平位移，从而导致墙后填土出现开裂位移。由于扶壁式挡土墙未按设计图纸进行截排水工程的施工，地下水富集造成填土软化及强度降低，从而导致了墙后填土的下沉开裂[3]。

2.3.3 超载因素

施工中，施工方在扶壁式挡土墙墙顶后方堆放了很多建筑材料和设备，超出原设计的规定值，导致挡土墙水平侧压力增加，造成挡土墙水平位移过大。

3 挡土墙加固处理方案及分析计算

3.1 挡土墙加固处理方案

根据现场实际变形情况及场地工程地质条件，通过对原挡土墙进行分析计算可知，挡土墙变形主要是受抗滑移能力不足影响。结合类似工程经验，扶壁式挡土墙可采用的加固方法有锚固加固法、抗滑桩加固法、加大截面加固法及注浆加固法。受建设场地限制，挡土墙距坡底在建5 层建筑物仅3.40 m，因此墙前抗滑桩加固法以及加大截面加固法不适用于该挡土墙的加固处理。同时，由于场地填土较厚，且受扶壁式挡土墙底板的影响，采用锚固加固法无法在锚杆锚索较短的前提下锚固在性能较好的岩土层上[4]。综上所述，本挡土墙的加固处理采用墙后设置锚拉桩的方式，并增设泄水孔以优化挡土墙的排水系统，且对填土进行相应的注浆加固处理。

具体方案如下。在墙后设置1 排钢筋混凝土锚拉桩，共布置37 根桩，距墙踵约1.5 m，桩中心距为2 m，直径1 m。在桩上设置截面尺寸为1 m×0.8 m 的冠梁，且桩冠梁应间距20 ～25 m 设置1条伸缩缝。在挡土墙顶部设置截面尺寸为0.8 m×1.3 m 的冠梁，并在挡土墙冠梁与桩顶冠梁之间设置连系梁，连系梁尺寸为1 m×0.8 m，水平间距为4 m。在挡土墙上增设4 排泄水孔，其端部采用双层透水土工布包裹。墙前设置1 条排水沟，墙顶排水沟采用3%的反坡，以便利用运动场的排水沟排水。在挡土墙背侧增设3 排注浆钢管注浆加固，注浆管的水平和垂直间距均为1 m，对填土进行相应的注浆加固。设计方案如图1所示。

图1 设计方案图（来源：作者自绘）

3.2 加固处理方案分析计算

本工程采用理正岩土及理正结构设计工具箱进行计算。首先采用理正岩土对原有挡土墙进行稳定性分析，扶壁式挡土墙墙高为9.3 m，现状墙后填土高为7.8 m，埋深为0.5 m；扶壁式挡土墙底板长5.7 m，扶壁肋间距为3.0 m，挡土墙面板、底板及肋厚度均为0.5 m。

根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）第6.7.3 条，土坡高度大于8 m 时，主动土压力增大系数取1.2，因此本工程土压力增大系数取1.2。验算按照2 种情况进行：一是扶壁式挡土墙现状填土高度下的稳定性计算；二是扶壁式挡土墙填土至设计标高后的稳定性计算。抗滑稳定性计算依据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第11.2.3 条，公式为:

式（1）～（5）中，Ea代表每延米主动岩土压力合力，kN/m；Fs代表挡土墙抗滑移稳定系数；G代表挡土墙每延米自重，kN/m；α代表墙背与墙底水平投影的夹角，°；α0代表挡土墙底面倾角，°；δ代表墙背与岩土的摩擦角，°；μ代表挡土墙底与地基岩土体的摩擦系数；Ean代表每延米主动岩土压力合力垂直挡土墙底面的分力，kN/m；Eat代表每延米主动岩土压力合力平行挡土墙底面的分力，kN/m；Gn代表挡土墙每延米自重垂直挡土墙底面的分力，kN/m；Gt代表挡土墙每延米自重平行挡土墙底面的分力，kN/m。

抗倾覆稳定性计算依据《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）第11.2.4 条，公式为:

式（6）～（10）中，Ft代表挡土墙抗倾覆稳定系数；b代表挡土墙底面水平投影宽度，m；x0代表挡土墙中心到墙趾的水平距离，m；z代表岩土压力作用点到墙踵的竖直距离，m；xf代表岩土压力作用点到墙趾的水平距离，m；zf代表岩土压力作用点到墙趾的竖直距离，m；Eaz代表每延米主动岩土压力合力竖直分力，kN/m；Eax代表每延米主动岩土压力合力水平分力，kN/m。

挡土墙的稳定性计算结果如下：第一，现状填土高度下的挡土墙稳定性，抗滑移稳定系数为0.951，抗倾覆稳定系数为2.815，抗滑力为264.743 kN，滑移力为278.300 kN。第二，填土设计标高的挡土墙稳定性，抗滑移稳定系数为0.861，抗倾覆稳定系数为2.253，抗滑力298.838 kN，滑移力347.202 kN。由计算可知，上述两种情况下的扶壁式挡土墙配筋均满足要求；抗倾覆稳定系数大于1.6，满足《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330—2013）的规定；抗滑移稳定系数小于1.3，不满足该规范的规定。经计算，需增加约130 kN/m的水平抗力，方可满足规范要求[5]。

根据上述所需的水平抗力，预设锚拉桩采用直径为1.0 m 的混凝土灌注桩。通过理正结构设计工具箱进行核算，由于锚拉桩水平承载力受水平位移控制，且桩身配筋率不小于0.65%，因此锚拉桩单桩水平承载力特征值依据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）5.7.2 条第6 款进行计算，公式为:

式中α代表桩的水平变形系数，1/m；EI为桩身抗弯刚度，kN·m2；Vx代表桩顶水平位移系数；χoa代表桩顶允许水平位移，mm；Rha代表单桩水平承载力特征值，kN。其中，桩顶允许水平位移取15 mm。计算所得单桩水平承载力特征值为351.474 kN，可得出锚拉桩最大间距不得大于2.7 m。综合考虑填土不均的特性及施工中可能产生的不良影响，为保证本次加固安全可靠，在考虑一定的安全储备后，确定锚拉桩间距采用2.0 m。

4 变形监测与加固效果

为保证本边坡安全，应及时了解扶壁式挡土墙边坡的加固效果，严格按照该处理方案进行施工，并按规范要求对挡土墙进行跟踪监测。根据监测结果及边坡的实际使用情况，边坡扶壁式挡土墙在加固措施完成并回填至墙顶标高后，墙顶最大水平位移为16 mm，挡土墙原有裂缝未发生进一步开展，墙后填土沉降也较小，并趋于稳定。这说明锚拉桩加固该挡土墙取得了预期效果，设计方案合理，能够保证边坡的稳定性。