樁基托梁擋土墻的應用

胡勝華

(中建材西南勘測設(shè)計有限公司，四川 成都 610051)

0 前 言

隨著鐵路、公路建設(shè)及城市的擴張等，工程建設(shè)中難免會遇到很復雜的工程地質(zhì)條件，針對具體的工程地質(zhì)條件合理選用支護結(jié)構(gòu)，對于確保工程安全、節(jié)約投資等具有重要意義。本文根據(jù)某工程的實際工程地質(zhì)條件，介紹樁基托梁擋土墻的應用，供巖土設(shè)計工作者在遇到相似工程地質(zhì)條件時借鑒參考。

1 項目概況

某項目邊坡開挖取土引發(fā)滑坡，滑坡縱向長60 m，滑坡橫向?qū)?30 m，坡高約12 m，面積約13 800 m2，滑動面平均深8.0 m，滑體體積為1.1×105m3，屬淺層牽引式土質(zhì)滑坡，嚴重威脅坡頂?shù)牡缆?、辦公區(qū)及居民區(qū)。

2 地質(zhì)環(huán)境條件

項目區(qū)屬于低緯度高原山地季風氣候，構(gòu)造剝蝕低中山地貌，海拔高程為1 914～1 944 m。場地淺表地層為填土，其下為第四系沖湖積黏性土、泥炭質(zhì)土組成，地層分述如下。

2.1第四系人工填土層(Q4ml)

素填土①層：場地淺表部土層，成分主要為黏性土，含少量礫石，以褐紅、褐黃、灰色為主，稍濕、松散、均勻性差、結(jié)構(gòu)松散、固結(jié)差、地層分布不均勻，主要厚度變化均與原始地形有關(guān)，層厚0.50～7.30 m，一般厚度較小，局部地段厚度較大。

2.2第四系沖湖積相層(Q4al+l)

黏土②層：褐紅、棕紅、褐黃色、很濕、可塑狀態(tài)、中等壓縮性土、含少量礫石、斷面較光滑、切面稍有光澤、干強度及韌性高，場地內(nèi)大部分地段均有分布，層厚0.90～10.80 m，層面有一定起伏，厚度變化較大。

黏土③層：深灰、黑色、軟-可塑狀態(tài)、切面光滑、干強度及韌性高、高壓縮性、局部混有機質(zhì)團塊及粉土團塊，呈層狀分布于整個場地，層厚為0.90～7.80 m，平均層厚4.90 m。

泥炭質(zhì)土③1層：黑、褐黑色、濕、軟-可塑狀態(tài)、高壓縮性土、斷面粗糙、切面稍有光澤、干強度及韌性低、有機質(zhì)含量為20%～50%，場地內(nèi)均有分布，層厚0.90～10.70 m。

粉質(zhì)黏土③2層：灰、淺灰、蘭灰色、濕、可塑狀態(tài)、斷面粗糙、切面稍有光澤、干強度及韌性中等、中壓縮性土、場地內(nèi)均有分布，層厚1.20～10.10 m。

粉質(zhì)黏土④層：黃、灰黃、棕黃色、飽和、硬塑狀態(tài)、含有10%～15%礫石，礫石成分主要為強風化石英巖，斷面粗糙，切面稍有光澤，干強度及韌性中等，中壓縮性土，場地內(nèi)均有分布，層厚0.90～13.20 m。

2.3 水文地質(zhì)條件

場地區(qū)內(nèi)地下水以孔隙水為主，無統(tǒng)一的地下水位，地下水位隨地形起伏變化，坡體土層透水性弱、富水性差。地下水位埋深0～12.30 m，地下水受降水及地形制約，徑流途徑一般較短，在低洼處形成泉點或在邊坡坡腳等有利地段以片流形式滲出，邊坡坡腳土體飽水。

3 治理方案設(shè)計

根據(jù)地層分布，上部為第四系松散填土層，下部以軟-可塑為主的黏性土層及軟弱的泥炭質(zhì)土，地質(zhì)條件差。由于下伏地層較差，如采用擋土墻進行支擋，地基承載力及擋墻抗傾覆驗算不能滿足要求；如采用樁基，則樁長較長，樁徑大，不經(jīng)濟。因此，綜合分析后采用樁基托梁擋土墻進行支擋。樁基托梁擋土墻能滿足地基承載力及支擋結(jié)構(gòu)沉降變形。在不同的工況下，樁基的作用是不同的，如果滑坡體的滑坡推力主要由擋土墻承擔，樁基的主要作用是提高地基承載力，防止擋土墻破壞，則按照樁基礎(chǔ)的計算理論計算；如果滑坡體的滑坡推力主要由樁基承擔，則此時的樁基就是抗滑樁，不僅要支承上部荷載，而且要抵抗滑坡推力的作用。根據(jù)滑坡推力作用位置的不同，提出兩種樁基托梁擋土墻結(jié)構(gòu)計算模式，即承載型樁基托梁擋土墻和抗滑型樁基托梁擋土墻。本項目擋土墻主要承擔墻后土壓力，樁基承擔墻后土壓力及滑坡推力，因此，按抗滑型樁基托梁擋土墻進行設(shè)計計算。

3.1 理論計算簡述

擋土墻：按常規(guī)庫侖土壓力理論進行受力分析計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計；托梁：分段按支端懸出簡支梁計算及結(jié)構(gòu)設(shè)計，考慮到地基土質(zhì)較差，不考慮地基反力，按普通連續(xù)梁進行計算，計算簡圖如圖1所示。

圖1 支端懸出簡支梁外荷載分布圖

樁基：在進行樁基的內(nèi)力計算時，不考慮托梁底面土體的支承和摩擦作用，假定作用于擋土墻的水平荷載、豎直荷載以及彎矩通過托梁頂全部傳給樁頂，把托梁當成完全剛體看待。樁基按抗滑樁來進行內(nèi)力計算，滑動面以下樁身部分為樁基錨固段，滑動面所在樁身位置為錨固點，錨固點以下的抗滑樁按照彈性地基梁來進行設(shè)計計算。

采用“m”法計算任意截面的位移、轉(zhuǎn)角、彎矩、剪力及側(cè)應力的計算公式如下：

(1)

式中，χy為樁身計算截面水平位移，m。

(2)

式中，φy樁身計算截面轉(zhuǎn)角，(°)。

(3)

式中，My樁身計算截面彎矩，kN·m。

(4)

式中，Qy樁身計算截面剪力，kN。

σy=mHyχy

(5)

式中，σy樁身計算截面?zhèn)认驊Γ琸N/m2。

樁底雖然地層較差，但考慮到樁長較長，因此，錨固段樁底按膠結(jié)端考慮：

(6)

(7)

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

樁基托梁擋土墻墻高8 m，分段托梁尺寸為長×寬×高=10 m×3.65 m×1.1 m，每段托梁設(shè)置4根樁基，雙排布置，樁長12 m，樁徑1.0 m，縱向樁間距為5.0 m，托梁兩端懸臂長2.0 m；擋墻采用C20片石混凝土，樁基及托梁采用C30混凝土澆筑。工程設(shè)計剖面見圖2。

圖2 工程設(shè)計剖面圖

4 總 結(jié)

通過對具體的地質(zhì)條件分析，針對基底地層軟弱，無法直接采用擋土墻工程，或采用樁基工程經(jīng)濟性不佳等，采用樁基托梁擋土墻的組合運用，對特定工程地質(zhì)條件的災害治理的應用進行介紹，不僅降低了工程造價，而且提高了工程安全性。從項目建成運營多年的結(jié)果來看，工程無變形、開裂等。本研究可供相關(guān)巖土工程設(shè)計人員遇類似地質(zhì)條件的工程治理時借鑒參考。

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