李朝方，龍鳳華

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，深圳 518000)

1 概述

隨著生態(tài)文明建設(shè)的深入推進(jìn)，深圳市針對(duì)全市小微水體開展了整治全覆蓋，從管網(wǎng)溯源、黑臭水體消除、岸坡除險(xiǎn)加固、駁岸生態(tài)化改造等方面對(duì)各條小微河道進(jìn)行了治理。過程中較為常見的難點(diǎn)集中在建筑物密布區(qū)老舊河道岸墻的改造上，此類岸墻多為90年代初期修建的漿砌石擋墻，使用年限接近30年，在部分河段存在勾縫脫落、塊石松散、墻體微傾、基礎(chǔ)沖刷掏空等不同程度病害[1]，由于在迅速城鎮(zhèn)化的過程中住宅、廠房均緊貼河道擋墻而建，部分區(qū)段已存在安全隱患，直接將岸墻拆除重建，將面臨鄰河房屋清遷難以實(shí)施的困難，而于河道內(nèi)新建護(hù)坡結(jié)構(gòu)，又面臨侵占河道過流斷面影響防洪的問題如圖1所示。

針對(duì)以上難點(diǎn)，深圳市光明區(qū)全面消除黑臭水體治理工程在茅洲河支流玉田河、木墩河、樓村水等典型河段，對(duì)傳統(tǒng)的土釘工藝適當(dāng)改良，對(duì)現(xiàn)有老舊擋墻進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固[2]。

玉田河、木墩河及樓村水同屬茅洲河流域，均為茅洲河一級(jí)支流，河道河岸高3～5m，河床寬4～11m，建成區(qū)段岸坡形式均為漿砌石擋土墻。

場(chǎng)地以沖積平原為主，局部為殘丘臺(tái)地，地形較平緩，地層巖性自上往下主要有：素填土、淤泥質(zhì)土、粉(砂)質(zhì)粘土、中粗砂、殘積土、(全、強(qiáng)風(fēng)化)花崗巖。

圖1 河道擋墻現(xiàn)狀

漿砌石擋墻因長(zhǎng)時(shí)間使用，墻體開裂，塊石剝落，直接影響擋墻自身強(qiáng)度。對(duì)漿砌石擋土墻進(jìn)行鉆探取芯，過程中存在漏水、漏漿現(xiàn)象，取芯率較低，孔隙占20%～30%，表明砌筑砂漿含量較少，砌石架空。類似工程檢測(cè)結(jié)果表明墻體材料老化，砂漿強(qiáng)度降低由5.0MPa至0.9～1.2MPa[3]，砂漿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度已不滿足規(guī)范要求。

2 土釘加固擋墻的穩(wěn)定性分析與計(jì)算

漿砌石擋墻屬重力式擋土墻，通過自重來平衡墻后的土壓力以保持墻體穩(wěn)定。重力式擋墻破壞形式分為墻身結(jié)構(gòu)破壞及穩(wěn)定性破壞兩大類，其中墻身破壞主要是擋土墻長(zhǎng)時(shí)間使用，墻體材料老化，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，不滿足墻身抗壓和抗剪要求而導(dǎo)致?lián)鯄ζ茐摹７€(wěn)定性失穩(wěn)破壞則有4種形式：①墻體平面滑移；②繞墻趾傾覆；③地基沉降及不均勻沉降；④擋墻連同土體整體失穩(wěn)。

采用土釘對(duì)擋墻加固[3- 6]后，視土釘長(zhǎng)短，擋墻破壞將呈現(xiàn)兩種不同的趨勢(shì)：第一，當(dāng)土釘長(zhǎng)度小于擋墻高度的0.5倍時(shí)，土釘體系主要作用是對(duì)現(xiàn)狀擋墻強(qiáng)度的補(bǔ)強(qiáng)，整體破壞形式接近于重力式擋土墻；第二，當(dāng)土釘長(zhǎng)度大于擋墻高度的0.8～1.0倍時(shí)，墻后土體土拱效應(yīng)較為明顯的顯現(xiàn)出來，趨向于典型的土釘墻傳力機(jī)制，破壞型式主要有土釘整條拔出，筋體拉剪斷裂，以及土釘墻內(nèi)部失穩(wěn)。

兩種破壞模式中前者土釘對(duì)擋墻起到一定拉錨作用的同時(shí)，主要結(jié)合新增鋼筋砼護(hù)面實(shí)現(xiàn)對(duì)既有砌石擋墻的防護(hù)和補(bǔ)強(qiáng)[7- 8]，后者則為典型土釘墻計(jì)算模式，兩者均需進(jìn)行土釘抗拔力、配筋及面層計(jì)算。對(duì)加固效果驗(yàn)算前者需采用擋墻結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性計(jì)算方法復(fù)核，后者需滿足土釘墻邊坡整體安全穩(wěn)定性要求。

2.1 土釘構(gòu)件計(jì)算

土釘構(gòu)件計(jì)算分為抗拔力、配筋及面層計(jì)算。

根據(jù)《深圳市基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》(SJG05—2011)有關(guān)規(guī)定，土釘極限抗拔承載力宜按下式確定：

Tuk=πdj∑qsiklj

(1)

圖2 土釘抗拔承載計(jì)算簡(jiǎn)圖

土釘桿體配筋宜采用直徑20mm以上螺紋鋼筋并滿足下式：

(2)

式中，Tjd—土釘軸向拉力設(shè)計(jì)值；A—土釘桿體截面面積；fy—鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

《土釘支護(hù)技術(shù)規(guī)程》(GJB5005—2006)規(guī)定，在土體自重及地表均布荷載q0，噴混面層所受側(cè)壓力p0可按下式確定：

p0=p1+pq

(3)

(4)

式中，p1—土釘長(zhǎng)度中點(diǎn)所處深度上由支護(hù)土體引起的側(cè)壓力；pq—地表均布荷載引起的側(cè)壓力；Smax—土釘水平間距和垂直間距中的較大值。

土釘面層抗彎及抗剪強(qiáng)度應(yīng)滿足下式：

KpwMp≤[Mp]

(5)

Kptτp≤[τp]

(6)

式中，Kpw、Kpt—土釘面層抗彎、抗剪安全系數(shù)；Mp、τp—面層所受側(cè)壓力p0引起的面層彎矩(kN·m)及面層剪應(yīng)力，kPa；[Mp]、[τp]—面層抗彎強(qiáng)度(kN·m)及抗剪強(qiáng)度，kPa。

2.2 加固后擋墻截面強(qiáng)度及穩(wěn)定性復(fù)核計(jì)算

土釘加固后，根據(jù)土釘長(zhǎng)度不同擋墻采用不同穩(wěn)定性驗(yàn)算方法。土釘長(zhǎng)度小于擋墻高度0.5倍，河岸邊坡受力以擋土墻受力為主，加固體系按擋土墻截面強(qiáng)度及穩(wěn)定性公式復(fù)核土釘體系的加固作用；土釘長(zhǎng)度超過擋墻高度0.8～1.0倍，主要受力以土釘抗拔為主，河岸穩(wěn)定按土釘支護(hù)方法復(fù)核土釘體系加固作用，如圖3所示。

圖3 擋墻典型加固斷面

以擋墻受力為主的加固體系采用擋土墻截面驗(yàn)算方法，擋墻軸力及剪力應(yīng)滿足下式：

N≤γaφAfz

(7)

Q≤γa(fv+0.18σu)A

(8)

式中，N—由設(shè)計(jì)荷載產(chǎn)生的縱向力；γa—結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)抗力調(diào)整系數(shù)，取1.0；φ—縱向力影響系數(shù)，根據(jù)砂漿強(qiáng)度等級(jí)β、e/h查規(guī)范求得；β—高厚比β=H0/h；計(jì)算φ時(shí)先乘以砌體系數(shù)，對(duì)毛石砌體取1.5；H0—計(jì)算墻高取2hr(hr為墻高)；h—墻體平均厚度；e—縱向力計(jì)算偏心距；A—擋墻計(jì)算截面面積，m2；fz—砌體抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；Q—由設(shè)計(jì)荷載產(chǎn)生的水平荷載；fv—砌體設(shè)計(jì)抗剪強(qiáng)度；σu—恒載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的平均壓應(yīng)力。

擋墻整體抗滑移穩(wěn)定性應(yīng)滿足下式：

(9)

(10)

式中，Kc—擋土墻沿基底的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f—擋土墻基底與地基土之間摩擦系數(shù)；∑G—作用于擋墻上全部垂直與水平面的荷載，kN；∑H—作用于擋墻上全部平行于基底面的荷載，kN；φ0—擋墻與土質(zhì)地基之間摩擦角，(°)；c0—擋墻與土質(zhì)地基之間粘聚力，(°)；A—擋墻基底面積，m2；

擋墻抗傾覆穩(wěn)定性應(yīng)滿足下式：

(11)

以土釘抗拔為主的加固體系，河岸邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算應(yīng)滿足下式：

Kpmin=[KP]

(12)

式中，[KP]—圓弧計(jì)算的整體穩(wěn)定安全系數(shù)。

3 實(shí)際應(yīng)用與相關(guān)分析

3.1 設(shè)計(jì)方案

玉田河及樓村水河道擋墻加固區(qū)段現(xiàn)狀房屋緊鄰擋墻邊，土釘長(zhǎng)度進(jìn)入房屋平面投影區(qū)域容易對(duì)房屋基礎(chǔ)產(chǎn)生不利影響，因此，土釘長(zhǎng)度控制在現(xiàn)狀擋墻高度的0.5倍以內(nèi)，土釘加固按擋墻結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)考慮；木墩河流域擋墻周邊為巡河路，場(chǎng)地較為開闊，存在土釘施工空間，土釘長(zhǎng)度控制在大于擋墻高度0.8倍以上，土釘加固方式按土釘墻模式考慮。

玉田河及樓村水流域河岸擋墻在未加固前擋墻截面強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算見表1—2。

表1 加固前擋土墻截面驗(yàn)算成果表

表2 加固前擋土墻穩(wěn)定驗(yàn)算成果表

分析以上結(jié)果可知，不做加固時(shí)老舊擋墻截面強(qiáng)度驗(yàn)算值已遠(yuǎn)小于原設(shè)計(jì)值，不滿足規(guī)范要求，擋墻需進(jìn)行加固。

按照規(guī)范建議，加固土釘初步采用如下設(shè)計(jì)指標(biāo)：

(1)采用成孔注漿土釘型式，筋體為HRB400級(jí)直徑25mm鋼筋，抗拔力設(shè)計(jì)值為10kN/m；

(2)土釘成孔直徑110mm

(3)土釘加固長(zhǎng)度暫定為2.0m；

根據(jù)以上設(shè)計(jì)指標(biāo)結(jié)合土釘構(gòu)件計(jì)算公式，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 土釘構(gòu)件計(jì)算成果表

根據(jù)設(shè)計(jì)加固方案，復(fù)核擋土墻結(jié)構(gòu)截面強(qiáng)度見表4。

表4 加固后擋土墻截面驗(yàn)算成果表

分析以上結(jié)果可知擋墻加固后，截面強(qiáng)度得到巨大提升，強(qiáng)度驗(yàn)算值遠(yuǎn)大于原設(shè)計(jì)值，可滿足規(guī)范結(jié)構(gòu)安全要求。

木墩河流域擋墻周邊無房屋管線，存在土釘施工空間，土釘采用HRB400φ25鋼筋土釘，土釘間距1.2m，長(zhǎng)度為6m，土釘長(zhǎng)度大于0.8～1.0倍擋墻高度。土釘極限抗拔承載力設(shè)計(jì)值為60kN，其余設(shè)計(jì)指標(biāo)與玉田河及樓村水土釘指標(biāo)相同，同時(shí)在擋墻及后側(cè)土體2.5m范圍進(jìn)行注漿加固，注漿深度與擋墻高度一致，以改善土層性質(zhì)及增加土釘與土體間錨固力。根據(jù)土釘墻計(jì)算結(jié)果，復(fù)核加固河岸邊坡穩(wěn)定性見表5。

表5 加固后木墩河河岸穩(wěn)定性驗(yàn)算成果表

加固后岸坡穩(wěn)定性已滿足規(guī)范永久邊坡安全穩(wěn)定要求。

3.2 施工技術(shù)改良

傳統(tǒng)土釘注漿工藝[9- 10]，由于無法確認(rèn)現(xiàn)有擋墻與墻體背后結(jié)構(gòu)之間密實(shí)程度，注漿易造成漿體溢流至擋墻與墻體背后結(jié)構(gòu)之間空隙；同時(shí)現(xiàn)有擋墻結(jié)構(gòu)為漿砌片石結(jié)構(gòu)且年久失修，石塊之間空隙較大，現(xiàn)場(chǎng)孔道注漿易出現(xiàn)不能注滿，部分漿體溢流至漿砌片石空隙的情況。

為確保達(dá)到設(shè)計(jì)意圖，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，改進(jìn)傳統(tǒng)注漿工藝，采用C30噴射砼作為注漿材料，通過空壓機(jī)、濕噴機(jī)將混凝土輸送至土釘孔道內(nèi)。原理是利用空壓機(jī)輸送能力和風(fēng)力，既能將孔道內(nèi)的雜物清理干凈，又能將砼輸送至孔道內(nèi)部，同時(shí)添加適量的速凝劑加快砼凝固速度，該方法的優(yōu)點(diǎn)是既能減少材料過度浪費(fèi)，又能簡(jiǎn)化施工工藝，同時(shí)充分利用現(xiàn)場(chǎng)既有設(shè)備，大大提高了施工速度[11]。

經(jīng)過試驗(yàn)確定的正式施工步驟為：既有擋墻清表→噴射C30砼護(hù)面(5cm) →灑水養(yǎng)護(hù)→搭設(shè)鉆機(jī)施工平臺(tái)→鉆孔→清孔→安裝錨桿→二次清孔→孔道噴射C30砼→灑水養(yǎng)護(hù)。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，C30噴射混凝土采用水泥、石粉、水及速凝劑集中拌和，混凝土水泥與石粉配合比為0.4∶0.6，每一立方混凝土摻入速凝劑10kg。

3.3 工程效果

工程實(shí)際加固效果通過多循環(huán)加卸載法對(duì)土釘抗拔力進(jìn)行檢測(cè)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)規(guī)范要求，每安裝300根土釘至少隨機(jī)抽樣一組(3根)，拉拔試驗(yàn)采用液壓千斤頂進(jìn)行拉拔，檢測(cè)試驗(yàn)時(shí)間為孔道封孔第四天。玉田河加固土釘實(shí)際抽檢5根，樓村水加固土釘實(shí)際抽檢6根，木墩河加固土釘抽檢159根。為表述方便，本文在三個(gè)河岸擋墻加固土釘中各選擇5根錨桿作為典型，經(jīng)加載試驗(yàn)，檢測(cè)數(shù)據(jù)如圖4所示。

玉田河、樓村水及木墩河加固土釘在抗拔力設(shè)計(jì)值為10kN/m，在最大驗(yàn)收荷載(玉田河24kN、樓村水24kN、木墩河72kN)的作用下，錨頭位移相對(duì)穩(wěn)定。在各荷載等級(jí)觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，玉田河典型加固土釘錨頭最大位移量0.83mm，殘余位移量0.63mm，回彈率19.30%；樓村水典型加固土釘錨頭最大位移量15.48mm，殘余位移量3.87mm，回彈率75.00%；木墩河典型加固土釘錨頭最大位移量53.67mm，殘余位移量18.32mm，回彈率65.87%，均滿足最大拉拔力的要求，表明土釘加固達(dá)到預(yù)期效果。

河道擋墻采用土釘加固后，至今擋土墻仍在使用，無明顯位移變化，墻面完整，說明加固效果良好，達(dá)到了加固的目的。

4 結(jié)語

本文旨在充分結(jié)合場(chǎng)地邊界條件，合理利用土釘工法，通過對(duì)茅洲河支流玉田河、木墩河、樓村水等河流老舊漿砌石擋墻的補(bǔ)強(qiáng)加固分析計(jì)算，采取合適的施工工藝優(yōu)化措施，以延長(zhǎng)岸墻的使用期限，消除安全隱患，減免不必要的房屋拆遷，為類似河岸改建和治理的思路與方法提供參考。

圖4 各河道典型加固土釘檢測(cè)數(shù)據(jù)圖