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，為獲得平整場地時(shí)常需要修建高填方邊坡。此類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，開展此類邊坡的針對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，地基土地基承載力難以滿足要求;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;三是邊坡工程的長期性，永久性邊坡服役壽命長達(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)鍵問題主要包括:

(1)整體穩(wěn)定問題;

(2)土壓力問題;

(3)地基承載力問題;

(4)外部穩(wěn)定性問題;

(5)變形控制問題。

針對本文此類工程問題，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)上說明了此類高填方擋墻設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題的解決方案。本工程研究成果可為類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供借鑒。

1 工程概況

圖1 場地總平圖

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。場地總平圖如(圖1)所示。

1.2 場地工程地質(zhì)概況

場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足要求，需慎重處理。

2 邊坡設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題及應(yīng)對方案

2.1 整體穩(wěn)定問題

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的混亂，通常填土質(zhì)量難以保證。對此，采用加筋土擋墻方案，每400mm鋪設(shè)一層加筋土，并對填土進(jìn)行碾壓，以盡可能確保填土質(zhì)量。此外，根據(jù)場地條件，將加筋土擋墻做成臺階狀，每階高度3.2m，坡度1:0.05，臺階寬度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，必須對邊坡土體進(jìn)行必要的加固。由于場地鄰近既有建筑物，不宜采用強(qiáng)夯方案。擬采用CFG樁對地基土體進(jìn)行加固。此外，坡腳設(shè)置扶壁式擋墻，用以對坡腳應(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，潛在滑動面如(圖2)所示。從圖中可以看出，坡腳部位邊坡潛在滑動面穿過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)方案及潛在滑動面

2.2 土壓力問題

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，對于臺階式加筋土擋墻并未涉及。楊廣慶等[6]在這方面開展了有益的研究，提出了計(jì)算多級加筋土擋墻土壓力的改進(jìn)方法，但該方法在計(jì)算級數(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，對臺階式邊坡取總體坡度;

φk－邊坡土體內(nèi)摩擦角。

2.3 地基承載力問題

根據(jù)勘察報(bào)告場地地基土土體為雜填土，地基承載力特征值僅為80kPa。遠(yuǎn)不能滿足填筑高填方邊坡的需要。為解決整體穩(wěn)定問題設(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，導(dǎo)致復(fù)合地基失效。需對填土地面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)定性較容易得到滿足。需要指出的是，對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。

對于坡腳剛性扶壁式擋墻，當(dāng)填土較厚時(shí)，通?？刹扇煞N方案解決其外部穩(wěn)定性問題。一是樁承方案，通過設(shè)置樁基礎(chǔ)解決擋墻計(jì)算承載力問題，利用樁基抗壓及抗拔解決擋墻抗傾覆穩(wěn)定性問題，利用樁的水平承載力解決其抗滑移穩(wěn)定性問題。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，墊層不宜過厚，影響摩擦力發(fā)揮。也不宜過薄，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)在邊坡高度過大，穩(wěn)定性難以保證;填土質(zhì)量難以保證;邊坡服役期長，外部條件對邊坡影響難以估計(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)鍵問題主要包括:整體穩(wěn)定問題，土壓力問題，地基承載力問題，外部穩(wěn)定性問題及變形控制問題五個(gè)方面。

(3)通過設(shè)置臺階式加筋土擋墻及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.三峽庫區(qū)巫山新城超高加筋擋

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