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        注漿鋼管微型樁-錨支護(hù)體系在擋墻基礎(chǔ)加固中的應(yīng)用

        2012-07-26 01:39:40沈志祥
        四川建筑 2012年4期
        關(guān)鍵詞:滑力擋墻抗剪

        陳 云,沈志祥

        (中國建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川成都610081)

        注漿鋼管微型樁具有安全可靠、工程造價(jià)低、工期短、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn),因而越來越多的被應(yīng)用于滑坡和邊坡治理中。注漿鋼管微型樁,一般指樁徑小于300 mm,長(zhǎng)細(xì)比較大(一般大于30),采用鉆孔、內(nèi)插鋼管、壓力注漿工藝施工的灌注樁。微型樁是20世紀(jì)50年代由意大利Fonddile公司首先開發(fā)應(yīng)用的,早期主要用于地基加固[1]。近年來,通過將微型樁與其它支擋方式的結(jié)合,已逐漸用于滑坡治理、邊坡加固,以及基抗支護(hù)等工程當(dāng)中。本文主要以工程實(shí)例介紹一種綜合加固方法:注漿鋼管微型樁-錨支護(hù)體系。

        注漿鋼管微型樁-錨支護(hù)體系是指在滑坡治理和邊坡加固時(shí)按照一定的距離布置一排或多排鉆孔,插入鋼管,在管內(nèi)進(jìn)行壓力注漿,從而形成鋼管微型樁,再通過橫梁連接,使排列的鋼管微型樁形成一個(gè)平面桁架結(jié)構(gòu),并在橫梁處設(shè)置一道預(yù)應(yīng)力錨桿,通過錨桿將各樁承受的土壓力和下滑力傳遞到穩(wěn)定巖土中,共同起到抗滑和加固邊坡的作用。

        1 工程概況

        浙江湖州某單位開發(fā)的別墅位于丘陵坡地上,由于坡腳道路標(biāo)高與別墅±0標(biāo)高相差20 m,且均為填土邊坡,支擋結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,工程造價(jià)也高。因此,設(shè)計(jì)單位綜合考慮業(yè)主意見,為充分利用該區(qū)域,將坡底設(shè)置一架空層的構(gòu)筑物,構(gòu)筑物上為別墅,構(gòu)筑物底采用分階放坡,構(gòu)筑物后緣設(shè)置一高約9 m的擋墻。擋墻設(shè)計(jì)是基于架空層樁基礎(chǔ)采用人工挖孔樁等干作業(yè)法施工,且要求擋墻施工與架空結(jié)構(gòu)同步施工,但在樁基施工時(shí),擋墻可以施工至3 m,3 m以上部份要在樁基施工完,且墻前土體回填到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,擋墻才可以繼續(xù)施工。由于在樁基施工過程中,發(fā)現(xiàn)場(chǎng)地實(shí)際地質(zhì)條件與勘察報(bào)告有出入,即場(chǎng)地下部存在大直徑的石灰?guī)r孤石,人工挖孔樁施工難度大,工效低,因此,暫停了構(gòu)筑物的樁基施工,進(jìn)行施工勘察,但此時(shí)擋墻卻在繼續(xù)施工,且已達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)高。由于施工勘察工期較長(zhǎng),施工單位在這個(gè)期間把擋墻墻前分階放坡的土體全部挖走,導(dǎo)致?lián)鯄A(chǔ)完全暴露,無埋深,擋墻基礎(chǔ)抗滑移能力嚴(yán)重不足,在下過幾場(chǎng)暴雨之后,擋墻開始向前滑移,擋墻出現(xiàn)了傾斜和裂縫,最大裂縫已達(dá)50 mm,該擋墻存在嚴(yán)重安全隱患(見圖1)。

        圖1 擋墻滑移現(xiàn)場(chǎng)

        2 擋墻加固方案

        針對(duì)該邊坡工程場(chǎng)地條件復(fù)雜,場(chǎng)地下部存在大直徑的石灰?guī)r孤石,若采用抗滑樁進(jìn)行擋墻基礎(chǔ)加固,由于旋挖樁、人工挖孔樁的施工難度大,如果用沖孔樁,則強(qiáng)烈的震動(dòng)會(huì)加大擋墻的變形,因此不適合傳統(tǒng)的抗滑樁進(jìn)行加固。由于擋墻基礎(chǔ)還在滑移,應(yīng)及時(shí)采取安全措施,故經(jīng)幾種方案比較后,認(rèn)為采用鋼管微型樁施工方便,加固地基比較合理,同時(shí)經(jīng)過計(jì)算,此邊坡處于失穩(wěn)的危險(xiǎn)狀態(tài),同時(shí)由于原擋墻基礎(chǔ)埋深較淺,因而采用了連系梁連接樁頭,加上預(yù)應(yīng)力錨索可控制擋墻的變形,改變了鋼管微型樁的純懸臂受力狀態(tài),使微型樁與預(yù)應(yīng)力錨索構(gòu)成一個(gè)整體,可以提高鋼管微型樁的抗彎能力,充分發(fā)揮了鋼管微型樁抗剪能力大的優(yōu)點(diǎn)。具體加固方案如下:

        (1)鋼管微型樁加固墻前土體,阻止擋墻基礎(chǔ)下部土體出現(xiàn)向前滑移,保證擋墻基礎(chǔ)的穩(wěn)定。

        (2)微型樁樁頂連系梁可使微型樁群形成平面桁架結(jié)構(gòu),使樁頂成為一個(gè)整體,提高微型樁的變形能力。

        (3)通過樁頂連系梁設(shè)置一排預(yù)應(yīng)力錨索,可有效控制擋墻的進(jìn)一步滑移和變形,恢復(fù)擋墻的支擋作用。

        在擋墻坡腳外側(cè)設(shè)3排 220 mm注漿鋼管微型樁,樁間距0.8 m、排間距0.8 m,每根樁長(zhǎng)12.0 m。微型樁頂部均設(shè)C25鋼筋混凝土連系梁,連系梁稍高于擋墻基礎(chǔ)頂。連系梁處設(shè)置一排預(yù)應(yīng)力錨索,錨索長(zhǎng)20 m,錨固段長(zhǎng)9 m,傾角25°(見圖2)。

        圖2 擋墻加固剖面圖

        3 鋼管微型樁-錨支護(hù)體系設(shè)計(jì)計(jì)算

        3.1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

        由于邊坡已經(jīng)滑動(dòng),盡管己進(jìn)行了反壓和卸載,但滑動(dòng)帶土體結(jié)構(gòu)已遭破壞,擋墻墻身出現(xiàn)裂縫,擋墻基礎(chǔ)向前滑移,墻前土體出現(xiàn)滑動(dòng),通過反算法和工程類比法,綜合考慮邊坡性質(zhì)及工程狀態(tài),選取最不利的剖面作為計(jì)算剖面,在不考慮已建擋墻支擋作用的前提下,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)結(jié)果,運(yùn)用理正邊坡分析軟件對(duì)該邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算。通過計(jì)算,在不考慮已建擋墻支擋作用的條件下,該邊坡安全系數(shù)為 0.875,總的下滑力 430.875 kN,總的抗滑力232.324 kN。

        3.2 注漿鋼管微型樁設(shè)計(jì)計(jì)算

        對(duì)于該加固工程中的鋼管微型樁,根據(jù)勘察報(bào)告,取邊坡土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值cr=15 kPa,φr=10°,經(jīng)理正邊坡分析軟件計(jì)算得出邊坡的下滑力為430.875 kN,抗滑力為232.324 kN。邊坡經(jīng)鋼管微型樁加固后,邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為加固后K=1.2,漿體抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[τ]1=1.8 N/mm2,鋼管抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[τ]2=130 N/mm2。

        (1)鋼管微型樁樁徑、樁壁厚的確定。在上述瑞典條分法的基礎(chǔ)上,鋼管微型樁對(duì)邊坡的加固作用表現(xiàn)為式:

        式中:P為鋼管微型樁對(duì)邊坡的抗滑力。

        式中:P為鋼管微型樁對(duì)邊坡的抗滑力(即鋼管微型樁所能承受的剪力);R為鋼管微型樁的抗剪力。將P式代入K式得,

        式中:[τ]1為漿體抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;[τ]2為鋼管抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;d為微型樁直徑;d1為鋼管外徑;d2為鋼管內(nèi)徑;D為鋼管的壁厚。

        (2)樁間距的確定。瑞典條分法是計(jì)算在邊坡每延米上邊坡的受到的下滑力與抗滑力,鋼管微型樁的間距對(duì)樁抗滑力的影響為:

        式中:η=1/X;X為微型樁樁間距。

        由上式通過反算法可以計(jì)算出設(shè)計(jì)施工時(shí)需要的鋼管微型樁的樁徑、樁壁厚和樁間距。

        在本次擋墻加固計(jì)算中,根據(jù)場(chǎng)地和施工條件,取微型樁直徑d=220 mm,鋼管外徑d1=127 mm,鋼管內(nèi)徑d2=115 mm,鋼管的壁厚D=6 mm,代入上式,

        通過計(jì)算,微型樁最大樁間距為1.366 m,實(shí)際布置的樁間距1.0 m,共布置3排。

        (3)鋼管微型樁的最大抗彎能力。

        ①注漿鋼管微型樁的最大抗彎能力為:

        其中,注漿鋼管微型樁的抗彎剛度為:

        當(dāng)設(shè)置3排樁時(shí),qmax=0.487×3=1.461 kN/m。

        上式中,微型樁樁頂位移[δ]取10 mm,懸臂長(zhǎng)度H取5 m,微型樁直徑d=220 mm,鋼管外徑d1=127 mm,鋼管內(nèi)徑d2=115 mm,鋼管的壁厚D=6 mm,砂漿彈性模量E1=2.5×104MPa,鋼管彈性模量 E2=2.06×105MPa。

        ②管微型樁所能承受的剪力為:

        當(dāng)設(shè)置3排樁時(shí),P=364.742×3=1094.226 kN。

        3.3 綜合分析

        通過分析,鋼管微型樁的抗彎力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其抗剪力,在本加固方案的分析中可以近似忽略鋼管微型樁的抗彎力對(duì)邊坡的提供的抗力。由于該擋墻基礎(chǔ)變形較大,必須控制鋼管微型樁樁頂?shù)奈灰疲拍苁逛摴芪⑿蜆稑兜目辜袅Ω玫匕l(fā)揮作用。所以,在加固方案中將鋼管微型樁樁頂用橫梁聯(lián)接起來,提高鋼管微型樁的的抗彎能力,使樁與樁相互作用來控制樁頂變形,同時(shí)與預(yù)應(yīng)力錨桿一起使用,控制擋墻基礎(chǔ)不發(fā)生滑移,充分發(fā)揮鋼管微型樁的抗剪能力大的特點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力錨索的設(shè)計(jì)可根據(jù)邊坡下滑力和主動(dòng)土壓力來分別進(jìn)行計(jì)算,以確定最不利工況下的錨索長(zhǎng)度。

        4 結(jié)束語

        注漿鋼管微型樁-錨支護(hù)體系區(qū)別于滑坡治理中常用的大截面抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁等強(qiáng)力支擋結(jié)構(gòu),它是一種新型支擋結(jié)構(gòu)體系,主要包括注漿提高結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度、微型樁加固不穩(wěn)定巖土體和預(yù)應(yīng)力錨索控制邊坡滑移三種工程措施。該邊坡?lián)鯄νㄟ^注漿鋼管微型樁-錨支護(hù)體系的綜合治理,經(jīng)過三個(gè)月的監(jiān)測(cè),特別是在擋墻前緣沖孔樁施工完畢后,擋墻變形基本停止,邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài),鋼管微型樁由于其穩(wěn)定邊坡見效快,施工方便,安全可靠,是邊坡事故治理中首先考慮的措施,由于在施工中采用了預(yù)應(yīng)力錨索錨固的方法,改變了鋼管微型樁的懸壁受力狀態(tài),提高了鋼管微型樁抗彎能力,發(fā)揮了鋼管微型樁的抗剪能力大的優(yōu)點(diǎn),大大減小了鋼管微型樁的截面、數(shù)量和埋深,同時(shí)有效控制了擋墻的變形。

        [1]朱寶龍,陳強(qiáng),胡厚田,等.注漿微型樁群支護(hù)體系作用機(jī)理及其工程應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2009

        [2]楊漢臣.微型鋼管樁在邊坡治理中的應(yīng)用及其機(jī)理分析[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2007

        [3]陳志新.鋼管樁與鋼筋混凝土擋墻支護(hù)高填邊坡的應(yīng)用[J].路基工程,2010(5):175-176

        [4]蔡武軍.微型鋼管抗滑樁在長(zhǎng)沙博世邊坡中的應(yīng)用[J].四川建材,2008(4):104-106

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