胡裕生，張登

(福建省建筑輕紡設(shè)計(jì)院 福建福州 350001)

引 言

山區(qū)工程建設(shè)中，為獲得平整場(chǎng)地時(shí)常需要修建高填方邊坡。此類(lèi)工程受到外部及自身?xiàng)l件的嚴(yán)重制約，而給工程設(shè)計(jì)及施工帶了極大的困難。此外，此類(lèi)高填方邊坡如不慎重處理，將成為滑坡危險(xiǎn)源，給鄰近建構(gòu)筑物安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1]。因此，開(kāi)展此類(lèi)邊坡的針對(duì)性研究具有重要的理論及現(xiàn)實(shí)意義。高填方邊坡設(shè)計(jì)的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在四個(gè)方面:一是邊坡的高度過(guò)大，致使邊坡整體穩(wěn)定性難以保證，擋土結(jié)構(gòu)土壓力急劇增長(zhǎng)，地基土地基承載力難以滿(mǎn)足要求;二是填土質(zhì)量難以保證，填土實(shí)際力學(xué)參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)存在差異，這種差異有時(shí)非常顯著，設(shè)計(jì)人員必須充分考慮;三是邊坡工程的長(zhǎng)期性，永久性邊坡服役壽命長(zhǎng)達(dá)50年，受到地震、地下水、地面堆載、風(fēng)化侵蝕等一系列外界因素的強(qiáng)烈影響，這些因素對(duì)邊坡的影響目前尚難以做出準(zhǔn)確估計(jì)，致使設(shè)計(jì)人員很難在工程經(jīng)濟(jì)性與安全性之間做出正確的權(quán)衡[2]。四是邊坡通常鄰近建構(gòu)筑物，這對(duì)邊坡的變形控制提出了更高的要求此外鄰近建筑群體的景觀要求，也是該類(lèi)邊坡設(shè)計(jì)不可忽視的因素。由于上述因素造成的高填方邊坡設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題主要包括:

(1)整體穩(wěn)定問(wèn)題;

(2)土壓力問(wèn)題;

(3)地基承載力問(wèn)題;

(4)外部穩(wěn)定性問(wèn)題;

(5)變形控制問(wèn)題。

針對(duì)本文此類(lèi)工程問(wèn)題，以福建某高填方邊坡設(shè)計(jì)為例，在分析復(fù)雜高填方擋墻受力特點(diǎn)的基礎(chǔ)上說(shuō)明了此類(lèi)高填方擋墻設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題的解決方案。本工程研究成果可為類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)和施工提供借鑒。

1 工程概況

圖1 場(chǎng)地總平圖

1.1 高填方邊坡概況

福建某小區(qū)建設(shè)，為獲得平整場(chǎng)地需填筑高填方邊坡。原始地面高程約490.600m，設(shè)計(jì)地面高程513.100m，邊坡總高度約22.5m。距離坡腳約20m為既有多層框架結(jié)構(gòu)住宅。擬建建筑物距坡腳約15.5m～25.5m，為地上32層，地下3層住宅。建筑結(jié)構(gòu)采用剪力墻結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)采用沖鉆孔灌注樁。場(chǎng)地總平圖如(圖1)所示。

1.2 場(chǎng)地工程地質(zhì)概況

場(chǎng)地位于閩南低山丘陵地帶，土層自上而下如(表1)所示。

表1 各土層物理力學(xué)性質(zhì)

不難看出，除需邊坡填土外，既有場(chǎng)地尚存在較厚的填土層。這導(dǎo)致邊坡整體穩(wěn)定性及地基承載力難以滿(mǎn)足要求，需慎重處理。

2 邊坡設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題及應(yīng)對(duì)方案

2.1 整體穩(wěn)定問(wèn)題

提高填土質(zhì)量是保證填方邊坡整體穩(wěn)定性最有效且最為廉價(jià)的方法。但由于目前工程施工市場(chǎng)的混亂，通常填土質(zhì)量難以保證。對(duì)此，采用加筋土擋墻方案，每400mm鋪設(shè)一層加筋土，并對(duì)填土進(jìn)行碾壓，以盡可能確保填土質(zhì)量。此外，根據(jù)場(chǎng)地條件，將加筋土擋墻做成臺(tái)階狀，每階高度3.2m，坡度1:0.05，臺(tái)階寬度1.5m，進(jìn)一步減小下滑力。

邊坡地基土體較為軟弱，容易形成剪出口，造成邊坡整體失穩(wěn)。因此，必須對(duì)邊坡土體進(jìn)行必要的加固。由于場(chǎng)地鄰近既有建筑物，不宜采用強(qiáng)夯方案。擬采用CFG樁對(duì)地基土體進(jìn)行加固。此外，坡腳設(shè)置扶壁式擋墻，用以對(duì)坡腳應(yīng)力集中部位進(jìn)行加強(qiáng)。

按上述設(shè)計(jì)方案建立計(jì)算模型，計(jì)算邊坡安全系數(shù)為1.35，潛在滑動(dòng)面如(圖2)所示。從圖中可以看出，坡腳部位邊坡潛在滑動(dòng)面穿過(guò)CFG樁樁身。由于CFG樁抗拉抗剪性能較弱，為防止此部分CFG樁失效，采用內(nèi)插鋼筋籠的方式對(duì)此部分CFG樁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。鋼筋籠的配筋原則是將邊坡穩(wěn)定計(jì)算所得下滑力乘以1.35扣除邊坡抗滑力所得外力全部由此部分CFG樁承擔(dān)。

圖2 高填方邊坡設(shè)計(jì)方案及潛在滑動(dòng)面

2.2 土壓力問(wèn)題

隨著邊坡高度的增加，擋土結(jié)構(gòu)承受的土壓力急劇增加。為解決整體穩(wěn)定問(wèn)題所設(shè)置的加筋土，恰好可以起到顯著減小土壓力的作用。此外，臺(tái)階式放坡也使得土壓力有進(jìn)一步減小[3]。然而，這兩項(xiàng)因素的疊加卻給計(jì)算土壓力造成了困難。文獻(xiàn)[4]、文獻(xiàn)[5]均只給出直立式加筋土擋墻土壓力的計(jì)算方法，對(duì)于臺(tái)階式加筋土擋墻并未涉及。楊廣慶等[6]在這方面開(kāi)展了有益的研究，提出了計(jì)算多級(jí)加筋土擋墻土壓力的改進(jìn)方法，但該方法在計(jì)算級(jí)數(shù)較多加筋土擋墻的適用性仍有必要進(jìn)行進(jìn)一步研究，且計(jì)算過(guò)程也較為繁瑣。本文采用的方法是:先根據(jù)直立式擋墻的計(jì)算公式計(jì)算邊坡土壓力，再根據(jù)式(1)進(jìn)行折減的方法[7]:

式中:ξ－土壓力折減系數(shù);

β－邊坡坡度，對(duì)臺(tái)階式邊坡取總體坡度;

φk－邊坡土體內(nèi)摩擦角。

2.3 地基承載力問(wèn)題

根據(jù)勘察報(bào)告場(chǎng)地地基土土體為雜填土，地基承載力特征值僅為80kPa。遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足填筑高填方邊坡的需要。為解決整體穩(wěn)定問(wèn)題設(shè)置的CFG樁，同時(shí)起到提高地基土地基承載力的作用。本工程將CFG樁設(shè)置為臺(tái)階狀。這主要出于三個(gè)方面的原因考慮:一是保護(hù)已施工工程樁，二是保證上部加筋材料具有足夠的延伸長(zhǎng)度，三是起到防滑作用。此外，為形成復(fù)合地基，設(shè)置200厚碎石墊層。值得注意的是，由于既有地基土體為較厚雜填土層，為防止后期雜填土沉降導(dǎo)致填土與墊層脫開(kāi)，導(dǎo)致復(fù)合地基失效。需對(duì)填土地面3m深度范圍內(nèi)，改用砂石墊層進(jìn)行換填。

2.4 外部穩(wěn)定問(wèn)題

本工程高填方邊坡后方為三層地下室，若視邊坡加筋土土體為整體，僅承受地下室底板以下不足4m高度土壓力，邊坡抗滑移、抗傾覆穩(wěn)定性較容易得到滿(mǎn)足。需要指出的是，對(duì)于鄰近高層建筑物的填方邊坡，計(jì)算其抗傾覆、抗滑移穩(wěn)定性時(shí)必須計(jì)入視上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位，計(jì)入上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)荷載的影響。若上部結(jié)構(gòu)嵌固部位位于邊坡坡腳以下，可不計(jì)入此部分荷載的影響，若上部結(jié)構(gòu)嵌固部位位于邊坡腳以上，則需要計(jì)入該部分荷載的影響。一般認(rèn)為，當(dāng)邊坡坡頂距離建筑物距離超過(guò)坡高兩倍時(shí)，可不計(jì)入上部結(jié)構(gòu)荷載的影響。但其理論依據(jù)還有待進(jìn)一步研究。

對(duì)于坡腳剛性扶壁式擋墻，當(dāng)填土較厚時(shí)，通常可采取兩種方案解決其外部穩(wěn)定性問(wèn)題。一是樁承方案，通過(guò)設(shè)置樁基礎(chǔ)解決擋墻計(jì)算承載力問(wèn)題，利用樁基抗壓及抗拔解決擋墻抗傾覆穩(wěn)定性問(wèn)題，利用樁的水平承載力解決其抗滑移穩(wěn)定性問(wèn)題。然而，由于填方擋土墻墻后土壓力較大，而樁的水平承載力通常較其豎向承載力小許多。這導(dǎo)致按承載豎向荷載計(jì)算的樁基數(shù)量通常僅為按承載水平荷載計(jì)算的樁基數(shù)量的1/10，甚至更少，這種設(shè)計(jì)你較不合理，給工程造成極大的浪費(fèi)。并且，由于剛性擋墻底板的大小通常受到用地紅線，鄰近建筑物等的限值，尺寸不能過(guò)大。而樁基礎(chǔ)之間又有樁間距的要求。這導(dǎo)致這一方案，有時(shí)是難以實(shí)施的。二是，用將樁基礎(chǔ)與擋墻底板脫開(kāi)的方案。此時(shí)，需要在地基與擋墻底板之間設(shè)置墊層，墊層與剛性樁形成復(fù)合地基共同承擔(dān)豎向荷載?？够品€(wěn)定性主要底板與墊層之間的摩擦力保證。此時(shí)，墊層設(shè)置就成為關(guān)鍵因素，墊層不宜過(guò)厚，影響摩擦力發(fā)揮。也不宜過(guò)薄，影響復(fù)合地基的形成。其厚度一般取200～1000mm，設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)樁間距綜合考慮。梁永輝[3]建議初步設(shè)計(jì)取樁間距的20～30%。

2.5 變形控制問(wèn)題

為控制邊坡變形，本工程不再采用土工格柵而改用CAT鋼塑復(fù)合帶。這主要出于兩個(gè)方面的原因:一是CAT鋼塑復(fù)合帶的強(qiáng)度和剛度更好，有利于控制變形。二是高填方擋墻下部土壓力較大，需要高強(qiáng)度材料來(lái)保證擋墻的內(nèi)部穩(wěn)定性。

高填方擋墻施工完成后，土體的固結(jié)將引起邊坡的較大沉降。倘若冒然施工坡頂?shù)缆芳肮芫€，將極易造成道路及管線損毀。因此，坡頂建構(gòu)筑物應(yīng)待邊坡沉降穩(wěn)定后再施工。此外，為加快邊坡固結(jié)進(jìn)程，除施工期注意分層碾壓質(zhì)量外，可在邊坡適當(dāng)位置設(shè)置砂井以利于排水。

3 結(jié)論

(1)高填方邊坡設(shè)計(jì)復(fù)雜性是要體現(xiàn)在邊坡高度過(guò)大，穩(wěn)定性難以保證;填土質(zhì)量難以保證;邊坡服役期長(zhǎng)，外部條件對(duì)邊坡影響難以估計(jì)以及受到鄰近建筑物因素制約四個(gè)方面。

(2)復(fù)雜邊坡設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題主要包括:整體穩(wěn)定問(wèn)題，土壓力問(wèn)題，地基承載力問(wèn)題，外部穩(wěn)定性問(wèn)題及變形控制問(wèn)題五個(gè)方面。

(3)通過(guò)設(shè)置臺(tái)階式加筋土擋墻及CFG樁復(fù)合地基并采取合理的局部加強(qiáng)措施并合理安排施工順序可較好地解決上述問(wèn)題。

(4)第(3)點(diǎn)所述加強(qiáng)措施，主要包括坡腳設(shè)置剛性扶壁式擋墻及坡腳CFG樁內(nèi)插鋼筋籠兩個(gè)方面。

[1]殷躍平，鄢毅，陳波，唐輝明，林彤.三峽庫(kù)區(qū)巫山新城超高加筋擋

墻變形破壞及修復(fù)研究[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2003，(1):89－99.

[2]張井泉.高填方邊坡穩(wěn)定性研究[D].西南交通大學(xué)，2009.

[3]梁永輝.鄰近建筑軟基高填方支擋結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2013，35(supp.2):697 －701.

[4]JTG D30－2004，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范[S].

[5]TB10001－2005，鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[6]楊廣慶.臺(tái)階式加筋土擋土墻設(shè)計(jì)方法的研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，23(4):695～698.

[7]JGJ 120－99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].