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        某擋墻失穩(wěn)原因分析及加固設(shè)計

        2020-03-07 14:53:29李遠輝陳小丹
        廣東水利水電 2020年2期

        李遠輝,陳小丹,馬 勇

        (1.廣東省水利水電科學研究院,廣東 廣州 510635;2.廣東省巖土工程技術(shù)研究中心,廣東 廣州 510635)

        1 工程概況

        某小區(qū)距河涌邊約7.6 m新建一擋墻,擋墻大致與河岸平行,順水流方向長約260 m。在擋墻墻趾處有一村道,路面高程為6.0 m,擋墻墻頂高程為8.0 m~9.0 m,并在擋墻頂布置一消防車道,寬為4.0 m。擋墻墻高為3.0~4.0 m的,為懸臂式擋墻,墻頂寬為0.25 m,底寬為2.09 m(墻趾寬為0.77 m,墻踵寬為0.93 m),底坡為1:5?,F(xiàn)狀河底高程為3.50 m,河岸高程為6.0 m。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330—2013)[1]第3.2.1條及場地周邊情況,確定該邊坡工程安全等級為3級,永久邊坡一般工況邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fst為1.25,地震工況邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fst為1.05。擋墻設(shè)計斷面示意如圖1所示。

        2 地質(zhì)條件

        根據(jù)鉆探揭露,場地地層為第四系人工填土層(Qml)、海陸交互相沉積層(Qmc)及基巖層下古生界混合花崗巖(Z)組成。第四系人工填土層以雜填土為主,次為素填土;海陸交互相沉積層(Qmc)珠江三角洲海陸交互相沉積物,以粘性土及砂土為主,包括淤泥,淤泥質(zhì)粉、細砂,淤泥質(zhì)土,中砂,淤泥質(zhì)粉、細砂,粉質(zhì)粘土,礫砂;第四系殘積層為混合花崗巖風化殘積土,約混20%石英質(zhì)級配砂,包括砂質(zhì)粘性土;古生界混合花崗巖為混合花崗巖,根據(jù)巖石風化程度的不同分為全風化、強風化、中風化及微風化巖??拐鹪O(shè)防烈度為7度,設(shè)計基本地震加速度值為0.10 g。各土層物理力學參數(shù)建議值如表1所示。

        3 擋墻失穩(wěn)原因分析

        懸臂式擋墻澆筑完成達到設(shè)計強度后,進行墻后土方回填。其中一段擋墻墻后土方回填至墻頂高程時突然失穩(wěn),長約80 m。發(fā)生這一現(xiàn)象后現(xiàn)場立即啟動應(yīng)急預(yù)案,卸載墻后回填土方,并對失穩(wěn)原因進行分析,以便對未失穩(wěn)的擋墻進行加固處理,防止失穩(wěn)再次發(fā)生。

        本次擋墻失穩(wěn)原因分析從兩個方面入手,一方面復(fù)核擋墻自身抗滑穩(wěn)定是否滿足要求,另一方面復(fù)核擋墻整體抗滑穩(wěn)定是否滿足要求。

        擋墻自身抗滑穩(wěn)定計算時,基底摩擦系數(shù)取0.35,墻后回填土粘聚力為18 kPa,內(nèi)摩擦角為15°,墻頂消防車輛荷載為20 kPa,計算結(jié)果如表2所示。

        擋墻整體抗滑穩(wěn)定計算按邊坡穩(wěn)定計算,采用理正巖土6.5PB4版進行邊坡穩(wěn)定計算。計算時假定滑動面不從鋼筋混凝土擋墻穿過,即鋼筋混凝土擋墻粘聚力及內(nèi)摩擦角足夠大。計算典型斷面及各土層參數(shù)如圖2所示,計算結(jié)果如表2及圖3所示。

        圖3 滑動面位置示意(單位:高程m,尺寸mm)

        在進行現(xiàn)場查勘時,發(fā)現(xiàn)擋墻失穩(wěn)部位河涌中有一處河涌底略高于水面,現(xiàn)場情況如圖4所示。

        從表2及表3計算結(jié)果可知,擋墻自身抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.0,且滿足規(guī)范要求,擋墻自身是穩(wěn)定的;邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)小于1.0,邊坡處于滑動狀態(tài),擋墻整體失穩(wěn)。根據(jù)圖4,滑動面出口位置在河涌底,這與現(xiàn)場河涌底隆起情況是相符的。從多個方面論證分析結(jié)論是一致的,即擋墻失穩(wěn)是深層滑動造成的。表面上直接看到了擋墻變形過大,擋墻失穩(wěn),究其內(nèi)因是擋墻底部存在軟土層,抗剪強度低造成深層滑動所致。因此加固處理所要針對的問題在于深層滑動,關(guān)鍵在于軟土層的處理。

        4 加固方案設(shè)計

        4.1 加固方案選擇與設(shè)計

        軟土地基加固處理的方法有很多,按加固的原理可分為置換、擠密、排水和加筋等幾類,主要包括換填法、排水固結(jié)法、灰土擠密法、CFG樁法、混凝土預(yù)制樁法、靜壓注漿法、高壓噴旋噴樁法、水泥攪拌樁法等[2]。但本次加固是需要在上部主體結(jié)構(gòu)及周邊建筑物主體結(jié)構(gòu)完成的情況下進行,受到外部條件的約束且施工工期短,可選擇的加固處理方案不多。結(jié)合現(xiàn)場實際情況,綜合考慮,本次加固方案推薦采用高壓旋噴樁處理方案。

        地基處理采用Φ600旋噴樁,擋墻底板范圍為矩形布置,間距1.3 m×1.0 m,樁端入中粗砂層不小于1.0 m,樁長18.33~20.45 m。擋墻外為長短樁正方形布置,間距1.3 m×1.3 m。短樁樁長應(yīng)不小于最危險滑動面以下2.0 的深度[3]且須處理完整個淤泥層,樁長8.0~10.33 m;長樁樁端置于中粗砂層頂部,樁長17.33~19.46 m。旋噴樁布置如圖5~6所示。

        旋噴樁采用雙管法施工,采用42.5R普通硅酸鹽水泥,水泥摻入量不少于36%(重量比)且每延米旋噴樁水泥用量不少于200 kg。

        4.2 加固后擋墻深層抗滑穩(wěn)定計算

        加固后復(fù)合土體粘聚力、內(nèi)摩擦角按下列公式[4]計算。

        Cc=Cs(1-m)+mCp

        (1)

        tanφc=tanφs(1-m)+mtanφp

        (2)

        式中Cc為加固后土體凝聚力,kPa;φc為加固后土體內(nèi)摩擦角,°;m為置換率,擋墻底板下為0.27,短樁范圍為0.167,短樁與長樁之間范圍為0.084;Cp為樁體粘聚力,kPa,取200 kPa;φp為樁體內(nèi)摩擦角,°,取25°。

        計算成果如表4所示,加固后各土層參數(shù)如表5所示。

        從表4可以看出,經(jīng)過加固后,擋墻整體抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求,由此可見加固方案是滿足要求的。

        5 工程實施情況

        2019年7月開始旋噴樁的實施,旋噴樁施工完成后,對旋噴樁進行鉆孔取芯檢測,抽檢數(shù)量為總樁數(shù)的10%。根據(jù)現(xiàn)場取芯情況,旋噴樁成樁質(zhì)量總體情況較好,芯樣抗壓強度2.6~3.2 MPa,滿足設(shè)計要求。待現(xiàn)場檢測完成后進行墻后土方回填,于2019年10月回填至墻頂高程。根據(jù)施工以來現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù),擋墻頂部沉降量在11 mm以內(nèi),擋墻頂部水平位移在16 mm以內(nèi),沉降量及水平位移未發(fā)現(xiàn)增大的趨勢,基本達到設(shè)計要求。

        6 結(jié)語

        1) 通過工程地質(zhì)勘察和計算分析并結(jié)合現(xiàn)場情況找到了擋墻失穩(wěn)原因是擋墻地基下的軟土層造成的,針對地基軟土層采取了合理可行的加固措施,達到了預(yù)期效果。

        2) 加固方案針對不同建筑物對承載力及變形的要求不同,采用長短樁布置,既滿足安全需要又可節(jié)省工程投資。

        3) 在進行擋墻設(shè)計時不僅要關(guān)注擋墻自身的穩(wěn)定,還應(yīng)關(guān)注擋墻邊坡整體抗滑穩(wěn)定,尤其遇到擋墻底部存在軟土層的情況。

        4) 本工程竣工到現(xiàn)在僅運用3個月的時間,地基軟土變形需要較長時間才能趨于穩(wěn)定,應(yīng)加強監(jiān)測,不應(yīng)臨時堆放超重荷載。

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