張海波　薛江波

摘要：某城市高架橋橋臺(tái)扶壁式擋土前墻出現(xiàn)內(nèi)傾現(xiàn)象，文章通過結(jié)構(gòu)計(jì)算、基底驗(yàn)算、墻體實(shí)際受力等幾個(gè)方面進(jìn)行分析檢查以確定產(chǎn)生的原因及處理方案。

關(guān)鍵詞：扶壁式擋土前墻內(nèi)傾；結(jié)構(gòu)計(jì)算；基底驗(yàn)算；墻體實(shí)際受力

中圖分類號：U443 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1009-2374（2009）01-0193-02

當(dāng)擋土墻墻高超過6米時(shí)，宜于采用扶壁式擋土墻。扶壁式擋土墻是鋼筋混凝土薄壁式結(jié)構(gòu)，由于可采用標(biāo)準(zhǔn)化工廠化預(yù)制，施工方便，外形美觀，因此在城市立交中得到了廣泛的使用。本文主要針對一城市高架橋橋臺(tái)扶壁式前墻出現(xiàn)內(nèi)傾現(xiàn)象進(jìn)行分析和總結(jié)，以避免類似情況的發(fā)生。

一、工程簡介

本高架橋位于國道城市段，由于與城市道路交叉路口多，交通繁重且復(fù)雜，交通事故發(fā)生頻繁，因此決定在該段建設(shè)高架橋，橋梁跨徑52×20米。由于臺(tái)后路基最高處超過7米，決定采用扶壁式擋土墻。其中0號橋臺(tái)縱向與路線方向斜交45米，前墻斜長43.84米，高H=4.7～5.4米，沉降縫均設(shè)置在接柱兩側(cè)，即臺(tái)柱位置部分為一分段，臺(tái)柱間為一分段，共劃分為15段。該前墻采用現(xiàn)澆法施工。另外，52號橋臺(tái)與路線方向正交，前墻長17米，高4.5米，采用裝配式施工。

二、內(nèi)傾現(xiàn)象

本橋建成通車半年后，發(fā)現(xiàn)0號橋臺(tái)扶壁式前墻7號與9號段向臺(tái)后一側(cè)傾斜，其中9號向內(nèi)傾斜約6cm（頂端），其兩側(cè)沉降縫上端產(chǎn)生裂縫，縫最寬處約1～2cm，而7號向內(nèi)傾斜約3cm（頂端），其兩側(cè)沉降縫上端未產(chǎn)生裂縫；7號、9號段相鄰臺(tái)柱位置面板兩側(cè)各出現(xiàn)一條自上而下較長的裂縫，縫寬1～2mm。觀察52號橋臺(tái)未發(fā)生類似情況。

三、問題分析

問題出現(xiàn)后，首先對擋土墻結(jié)構(gòu)重新進(jìn)行了計(jì)算，確定原設(shè)計(jì)計(jì)算正確后，再結(jié)合施工及監(jiān)理現(xiàn)場記錄，對地基沉降、結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況進(jìn)行了檢查驗(yàn)算。

（一）結(jié)構(gòu)計(jì)算

結(jié)構(gòu)計(jì)算根據(jù)《公路設(shè)計(jì)手冊·路基》中的計(jì)算方法進(jìn)行，主要包括土壓力計(jì)算、墻身尺寸計(jì)算、墻身穩(wěn)定性及基底應(yīng)力驗(yàn)算、墻身配筋和裂縫開展寬度計(jì)算等四部分。計(jì)算時(shí)，將墻面板和踵板視為三向連續(xù)固定板，將肋和趾板分別視為矩形和變截面“T”形懸臂梁，進(jìn)行簡化近似計(jì)算。其中踵板受力荷載考慮土重（W1）、自重（W2）、作用在假想墻背上土壓力EH1的豎向分力（W3）、作用在踵板端部上土壓力Eh1豎向分力（W4）、由趾板固端彎矩M1引起踵板的向下平衡力、作用在底板上的地基反力（σ1、σ2）。將上述外力簡化，采用應(yīng)力疊加三角形分布。

以9號段為例，設(shè)計(jì)尺寸如下：H=4.85m，h=0.4m，B1=0.5m，B2=0.5m，B3=3.5m。經(jīng)再次驗(yàn)算，其抗滑、抗傾覆穩(wěn)定性、基底應(yīng)力、裂縫開展寬度等均滿足規(guī)定要求，證明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及配筋是合理安全的。

（二）基底驗(yàn)算

擋土墻的破壞大多是由于基礎(chǔ)處理不當(dāng)引起的，因此重點(diǎn)對基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行了驗(yàn)算和檢查。

0號橋臺(tái)位置的地下土層的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見下表：

通過地質(zhì)資料及0號橋臺(tái)引線擋土墻的檢測觀察，可以證明出現(xiàn)嚴(yán)重不均勻沉降的可能性較小。對9號段進(jìn)行基底驗(yàn)算，其最大基底應(yīng)力為109.3Kpa，滿足地基承載力130Kpa的要求，而在施工中為了提高地基承載能力，對地基進(jìn)行了換填厚50cm砂礫的處理；采用分層綜合法根據(jù)壓縮模量Es計(jì)算地基總沉降量Sc= =8.6cm（式中：Esi為各土層壓縮模量，△pi為地基各分層中點(diǎn)的附加應(yīng)力增量，△hi為各分層厚度）。由于前墻未進(jìn)行直接的沉降觀測，因此參考臺(tái)后高填土路基沉降觀測資料。資料顯示，在進(jìn)行路面施工前該路基沉降已趨于穩(wěn)定，當(dāng)時(shí)月沉降量小于1厘米，建成通車半年內(nèi)沉降1.1cm，符合設(shè)計(jì)預(yù)期。

由上述驗(yàn)算及檢查資料分析，對基礎(chǔ)和地基處理的設(shè)計(jì)和施工是較為成功的，產(chǎn)生預(yù)料外重大問題的可能性極低。

（三）結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況分析

通過上述驗(yàn)算和分析結(jié)果，可以基本確定擋土墻結(jié)構(gòu)及基底處理不是造成前墻內(nèi)傾的原因，因此開始重點(diǎn)檢查施工及監(jiān)理現(xiàn)場記錄，以分析前墻的實(shí)際受力情況。在檢查中發(fā)現(xiàn)，原前墻設(shè)計(jì)沉降縫設(shè)置在臺(tái)柱中心位置，后考慮到沉降問題，進(jìn)行變更設(shè)計(jì)，將沉降縫改設(shè)在臺(tái)柱兩側(cè)位置；變更設(shè)計(jì)時(shí)，0號橋臺(tái)前墻鋼筋已整體綁扎，部分節(jié)段已澆筑，因此施工單位對鋼筋或混凝土進(jìn)行了切割以設(shè)置沉降縫，而52號橋臺(tái)在變更后才開始進(jìn)行施工。由于7號與9號段肋與沉降縫距離較近，施工不方便，因此該位置切割不完全的可能性極高，而這將使得7號、9號段與相鄰6號、8號、10號段存在連接，產(chǎn)生固結(jié)。由于6號、8號、10號段支承在臺(tái)柱上，不會(huì)隨基底沉降，因此當(dāng)7號、9號段發(fā)生沉降時(shí)，受相鄰節(jié)段約束的墻體部分將不隨之沉降，其踵板受力將發(fā)生變化。

進(jìn)行扶壁式擋土墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定驗(yàn)算時(shí)，主要考慮由于墻后主動(dòng)土壓力對擋墻穩(wěn)定造成的影響，以9號段為例，其抗滑穩(wěn)定系數(shù)Kc=N·f/Ex=1.62、抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0=My/MH=958.2/120.4=7.96（式中N為作用在墻體上的總法向力，My為作用在墻體上的總穩(wěn)定力矩，Ex 為墻體承受的土壓力， MH為墻體承受的土壓力對基底的彎矩，f為基底摩擦系數(shù)），盡管兩者均大于1.3的安全穩(wěn)定系數(shù)，但抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K0安全儲(chǔ)備過大，一旦基底反力變小，無法提供足夠的相反力矩，則墻體就會(huì)出現(xiàn)內(nèi)傾現(xiàn)象。9號段頂端內(nèi)傾6cm，可推算其踵板端沉降約4.7cm，在地基總沉降范圍內(nèi)。

經(jīng)過上述分析，初步推斷7號、9號段內(nèi)傾原因是其與相鄰節(jié)段仍存在固結(jié)。后在現(xiàn)場檢測，發(fā)現(xiàn)節(jié)段間部分鋼筋未截?cái)?，證明了推斷的正確，隨后確定處理方案：截?cái)噙B接鋼筋，重做沉降縫，對墻身表面進(jìn)行修補(bǔ)。處理完畢后，對前墻進(jìn)行了長時(shí)間的觀測，內(nèi)傾現(xiàn)象未再發(fā)生，擋土墻工作狀況正常。

四、結(jié)論

扶壁式擋土墻適用填土高的路基，體積較大，受力復(fù)雜，因此可盡量采用裝配式施工，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)行，以避免出現(xiàn)不應(yīng)有的問題。

參考文獻(xiàn)

[1]公路設(shè)計(jì)手冊·路基[M].人民交通出版社，1996.

[2]高速公路路基設(shè)計(jì)與施工[M].人民交通出版社，1998.

作者簡介：張海波（1975- ），男，濱州市公路勘察設(shè)計(jì)院濱州公路工程處工程師，研究方向：公路勘察設(shè)計(jì)。