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        河水沖刷軟土構(gòu)筑物單側(cè)失壓的支護(hù)方式比選

        2023-07-29 11:46:10孟凡澤,賀兵雄
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2023年13期
        關(guān)鍵詞:墩柱卸荷擋土墻

        1 工程實(shí)例

        達(dá)州機(jī)場(chǎng)大道鐵路跨線橋右側(cè)臨近銅缽河, 因受極端天氣,50 年一遇特大暴雨影響,鐵路跨線橋右幅第14#跨、15#跨橋下沖刷嚴(yán)重,墩柱右側(cè)土體被沖刷至銅缽河內(nèi)。 第14 跨處形成長(zhǎng)度超過(guò)50 m 的“弧狀”拉陷槽。7 日之內(nèi),“弧狀”拉陷槽由寬度1.0 m 發(fā)展至2.5 m,最大陷落深度已逐漸達(dá)約3.5 m,坡體處于蠕化變形階段。 15#跨墩柱處,因土壤含水量增加引起土體整體荷重增加并向河內(nèi)傾斜,已發(fā)生變形、開(kāi)裂,且存在進(jìn)一步擴(kuò)大惡化趨勢(shì),15#墩的樁基右側(cè)已裸露3 m 左右。若發(fā)生繼續(xù)滑動(dòng),墩柱因左右壓力不同將會(huì)發(fā)生橫向剪力,影響垂直度,滑坡處緊鄰達(dá)州甕福化工鐵路專用線,安全隱患極大,亟待治理,具體情況詳見(jiàn)圖1 和圖2。急需選擇合理的邊坡支護(hù)方式防護(hù)軟土路基,引流雨水,保存土體。

        圖1 滑坡側(cè)面

        圖2 滑坡正面

        2 分析現(xiàn)場(chǎng),制定支護(hù)原則

        2.1 現(xiàn)場(chǎng)土體受力分析

        土體整體受垂直向下重力與水平?jīng)_刷,上方土壤順勢(shì)落下,最終導(dǎo)致“弧狀”拉陷槽,槽的寬度隨著土壤的流失與下墜越來(lái)越大,成蠕化變形。 圖3 為土體受力滑動(dòng)圖。

        圖3 土體受力滑動(dòng)圖

        針對(duì)研究的土體對(duì)象特性, 對(duì)失壓土地進(jìn)行了水平方向及垂直方向的位移監(jiān)測(cè),通過(guò)周期性的數(shù)據(jù)采集[1]、分析,計(jì)算得到土體變形曲線如圖4 所示。

        圖4 土體變形監(jiān)測(cè)曲線

        由圖4 可知,當(dāng)從布置監(jiān)測(cè)A 區(qū)(全風(fēng)化花崗巖)坡口點(diǎn)位后,隨著時(shí)間的推移土體變形逐漸增大,截至第13 個(gè)觀測(cè)周期各方向變形值均已經(jīng)超過(guò)35 mm。

        2.2 雨水情況分析

        四川東部地區(qū)每年7 月至9 月強(qiáng)降雨多,其余月份雨水較少,以2021 年達(dá)州市降水情況為例[2],8 月8 日最高站點(diǎn)雨量達(dá)376.9 mm,城區(qū)雨量達(dá)324.3 mm,是2021 年最強(qiáng)的一次降雨。因此,項(xiàng)目做邊坡支護(hù)時(shí)需考慮最強(qiáng)降水量,充分做好應(yīng)對(duì)河水水流突然湍急的情況,確保支護(hù)工程經(jīng)得住最強(qiáng)雨水的沖刷。

        2.3 支護(hù)原則

        根據(jù)土體受力與雨水情況制定支護(hù)原則。

        1)分析土體情況,確定滑動(dòng)模式。 根據(jù)土體受力滑動(dòng)圖分析該處滑坡滑動(dòng)破壞模式為順層平推式,土體下方土壤流失導(dǎo)致前緣卸荷, 后側(cè)土體因卸荷與自重增加等原因與原有的泥巖層面分離,邊坡失穩(wěn)邊界條件明確,即前緣卸荷后回填土體與原有泥巖層面形成滑面主動(dòng)分離,后緣垂直裂隙為后緣開(kāi)裂。

        2)考慮河水水流等原因,確定防護(hù)類型。 本工程沿河未設(shè)計(jì)支護(hù)且河水距墩柱不足30 m,因此,不考慮采用丁壩、順壩等導(dǎo)治構(gòu)造物的間接式支護(hù)方式, 采用直接防護(hù)方式進(jìn)行防護(hù)。 一方面盡量減少土石方的挖運(yùn),另一方面盡量減小對(duì)坡體的擾動(dòng),初步設(shè)計(jì)采用擋土墻的方式防護(hù)。

        3)考慮墩柱受力形式,確定是否需要清方卸荷保證墩柱受力均勻。 首先,清方方案存在協(xié)調(diào)難度較大,較大數(shù)量的土石方開(kāi)挖外運(yùn)、新增棄土場(chǎng)問(wèn)題;其次,項(xiàng)目施工需貫徹國(guó)家綠色發(fā)展理念,清方方案對(duì)環(huán)境有一定破壞,存在水土流失風(fēng)險(xiǎn),因此否定清方方案。

        4)支護(hù)工程除了要滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求外,還應(yīng)考慮因地制宜、施工方便,以及綜合環(huán)境和資源等因素,同時(shí)要方便開(kāi)展施工期及工后運(yùn)營(yíng)的動(dòng)態(tài)觀測(cè)、監(jiān)測(cè)工作。

        3 支護(hù)方案比選

        依據(jù)制定的支護(hù)原則, 擬采用擋土墻的方式防護(hù)該處邊坡,因土壤流失,僅依靠單獨(dú)的擋土墻不能達(dá)到支護(hù)的效果,需采用排水、樁基、錨桿等多種形式結(jié)合的支護(hù)方式,要達(dá)到節(jié)約經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)可靠、安全風(fēng)險(xiǎn)低、質(zhì)量高的支護(hù)效果。

        3.1 重力式擋土墻

        重力式擋土墻,依靠墻體自身的重量抵擋土壓力作用,形式簡(jiǎn)單,就地取材,施工便捷,部分擋墻基地設(shè)凸榫抵抗滑動(dòng)。但因本工程土體下部流失,預(yù)采用重力式擋土墻,需趁河水枯竭期,袒露河岸,采用填土夯實(shí)地基的辦法。 一方面支護(hù)工程時(shí)間緊、任務(wù)重,另一方面重力式基礎(chǔ)不穩(wěn)定,遇河水因降雨突變湍急時(shí),基礎(chǔ)前緣卸荷,易形成脫空。

        3.2 壁式擋土墻

        壁式擋土墻分為鋼筋混凝土懸臂式擋土墻、 鋼筋混凝土扶壁式擋土墻。 壁式擋土墻采用鋼筋混凝土材料,由立壁、墻趾板、墻踵板3 部分組成(扶壁式多墻面板部分),擋土墻主要依靠地板上填土重量維持擋土構(gòu)筑物的穩(wěn)定。 銅缽河河道淤泥深度達(dá)到3~5 m,設(shè)置壁式擋土墻考慮河道淤泥時(shí),墻身高度可達(dá)10 m 左右,立壁下部產(chǎn)生較大的彎矩,配筋多,既不安全又不經(jīng)濟(jì)。

        3.3 錨桿、加筋式擋土墻

        錨桿式擋土墻利用板肋式、 格構(gòu)式或排樁式墻身結(jié)構(gòu)擋土、依靠固定在巖石或者可靠地基上的錨桿維持穩(wěn)定,擋墻可以升級(jí)為自立式(錨錠式)擋土墻,均是依靠牢固的地基錨固在土壤里面。 對(duì)土壤的特性有嚴(yán)格的要求,分析土壤的內(nèi)摩擦角與錨桿的摩擦力,根據(jù)圖3 可以看出,橋墩樁基處分為兩種土質(zhì),取地勘提供參數(shù)A 部分為全風(fēng)化花崗巖,B 部分為回填殘積黏性土,借助采用北京理正軟件公司開(kāi)發(fā)的理正巖土6.5、理正深基坑7.0 分析計(jì)算[3-4],得出支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1 所示。

        表1 支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)表

        表1 中得出殘積黏性土與錨桿的黏結(jié)強(qiáng)度值低, 因土質(zhì)松軟,且土體正受河水的沖刷,錨桿很難錨固在土壤中,因此,本工程不宜采用錨桿式擋土墻。

        3.4 鋼管樁擋土墻加綜合排水

        分析以上3 種擋土墻的弊端, 擋土墻下方需采取樁基形式固定在河道旁,墩柱靠近河道邊的距離為30 m,有充分的地理?xiàng)l件采用鋼管樁作為樁基的形式加固擋土墻。 擋墻上部設(shè)計(jì)排水溝,采用綜合排水的形式排出雨水減少土體自重。 依據(jù)JTG/T 3334—2018《公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》,參數(shù)取地勘提供參數(shù),支擋前后進(jìn)行計(jì)算。 計(jì)算數(shù)據(jù)表明,處治前正常工況(考慮30%充水高度),安全系數(shù)1.30 時(shí)剩余下滑力195.43kN/m;處治前非正常工況(考慮60%充水高度),安全系數(shù)1.20 時(shí)剩余下滑力505.13 kN/m。 非正常工況控制邊坡穩(wěn)定性。 采用鋼管樁處治后,穩(wěn)定系數(shù)1.24>安全系數(shù)1.20,邊坡滿足規(guī)范及工程使用的穩(wěn)定性安全需求。

        3.5 混凝土樁基擋土墻加綜合排水

        采用水下混凝土樁基加擋土墻,可以達(dá)到預(yù)期的效果,但在施工難度大,根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)所知,混凝土樁基屬于水下樁,規(guī)范要求不能采用人工挖孔的方式進(jìn)行樁基開(kāi)完作業(yè), 需采用旋挖鉆等大型設(shè)備進(jìn)行操作。 本工程項(xiàng)目施工便道已恢復(fù),大型設(shè)備無(wú)法進(jìn)場(chǎng)。 再次維修便道進(jìn)場(chǎng)施工的情況下會(huì)延長(zhǎng)整體工期,施工難度大且經(jīng)濟(jì)性差,詳見(jiàn)表2。

        表2 兩種樁基式擋土墻造價(jià)對(duì)比

        4 建議

        綜上所述,建議采用鋼管樁擋墻加綜合排水方式進(jìn)行防護(hù)工程[5],詳見(jiàn)圖5。 具體施工方案如下。

        圖5 鋼管樁擋土墻加綜合排水示意圖

        4.1 樁基方面

        樁基施工的過(guò)程中鋼管樁的鉆進(jìn)與灌漿料施工為主要的施工工序。 設(shè)計(jì)鋼管樁的數(shù)量與位置,現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)后進(jìn)行鋼管樁鉆進(jìn)工作,采用φ127 mm 壁厚8 mm 的無(wú)縫鋼管,φ168 mm鉆孔。 鋼管樁鉆進(jìn)方式:角度偏差±2.0°,鉆孔底部偏斜尺寸孔深的3%。 工程為確保鉆孔內(nèi)壓注漿液飽滿,采用鋼管樁下端部預(yù)留2 個(gè)微型切口或在管底焊接高度約6 cm 的架立筋,將注漿管同鋼管固定一起下放到鉆孔中。 采用孔底返漿,一次注漿的方式進(jìn)行注漿,灌漿壓力控制在0.3~0.8 MPa,最后鋼管樁頂采用現(xiàn)澆C25 混凝土頂板連接。

        4.2 擋墻方面

        土體是由于前緣卸荷,屬于被動(dòng)土壓力,考慮到下滑深度為14 m,給予擋墻被動(dòng)土壓力約為241.7 kN/m[6-7],設(shè)計(jì)擋墻頂寬0.6~1.0 m,底寬1.7~2.5 m,墻背垂直,采用C20 混凝土澆筑,擋墻應(yīng)在鋼管樁檢驗(yàn)合格后方可施工,沿墻長(zhǎng)每隔10~15 m和與其他建筑物連接處應(yīng)設(shè)置伸縮縫,在基底的地層變化處,應(yīng)設(shè)置沉降縫,擋墻墻背回填0.5 m 寬碎石盲溝。

        4.3 排水方面

        排水工程中設(shè)計(jì)坡面[8],坡面設(shè)計(jì)22 m 長(zhǎng)仰斜式排水孔,排水孔采用φ110 mm 的鉆孔,內(nèi)置φ100 mm 的軟式排水管,縱向間距4~6 m,傾角不宜小于6°。

        4.4 監(jiān)測(cè)方面

        施工過(guò)程中與后期運(yùn)營(yíng)時(shí)需要隨時(shí)都能便捷的監(jiān)測(cè)到支護(hù)工程各方面的變化[9],具體監(jiān)測(cè)工作如表3 所示。

        表3 施工期及工后運(yùn)營(yíng)的動(dòng)態(tài)觀測(cè)、監(jiān)測(cè)工作

        施工完成后對(duì)A 區(qū)坡口處進(jìn)行監(jiān)測(cè),A 區(qū)全風(fēng)化花崗巖未發(fā)生超出規(guī)范范圍的位移變化,如圖6 所示。

        圖6 坡口變形監(jiān)測(cè)曲線

        B 區(qū)擋墻處設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖7 所示。

        圖7 防護(hù)體系檢測(cè)數(shù)據(jù)

        從圖7 中可知,在防護(hù)體系施工完成后,防護(hù)體系發(fā)生了短暫的自身穩(wěn)定沉降,穩(wěn)定后,未發(fā)生明顯位移。

        5 結(jié)語(yǔ)

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