沈家忠　李連偉

摘 要：重力式擋土墻在出現(xiàn)嚴(yán)重變形后，如何在考慮既有支擋措施的基礎(chǔ)上，提出既安全又經(jīng)濟(jì)的治理方案是加固設(shè)計(jì)的工作難點(diǎn)。文章基于反演分析法的設(shè)計(jì)思路，以工程實(shí)踐為例，探討了加固設(shè)計(jì)方案，取得較好的經(jīng)濟(jì)效果。

關(guān)鍵詞：擋墻加固；反演分析法；重力式擋土墻

云南省地處高原山區(qū)，城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)多處于山前斷陷盆地、山麓坡地。隨著近些年城鎮(zhèn)建設(shè)的迅猛發(fā)展，尤其是云南省政府“城鎮(zhèn)上山”重大決策的提出，房屋建設(shè)往往牽扯到邊坡治理問(wèn)題。重力式擋土墻因其具有施工方便、就地取材、經(jīng)濟(jì)效果好等優(yōu)點(diǎn)，在山地工程建設(shè)中得到廣泛的運(yùn)用。但受限于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、施工質(zhì)量等因素，往往施工完成后不久就出現(xiàn)嚴(yán)重變形，存在安全隱患。對(duì)于此類(lèi)擋土墻的加固，如何在考慮既有支擋措施的基礎(chǔ)上，提出既安全又經(jīng)濟(jì)的治理方案，是各位建設(shè)工作者都在思考的問(wèn)題。筆者結(jié)合多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用基于反演分析法的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行擋墻加固設(shè)計(jì)，實(shí)際應(yīng)用效果較好。

1 反演分析法思路

《建筑邊坡工程鑒定與加固技術(shù)規(guī)范》第4.4.4條“當(dāng)邊坡工程已產(chǎn)生變形或滑動(dòng)時(shí)，可采用反演分析法確定滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。對(duì)出現(xiàn)變形的邊坡工程，其穩(wěn)定性系數(shù)Ks宜取1.00～1.05；對(duì)產(chǎn)生滑動(dòng)的邊坡工程，其穩(wěn)定系數(shù)Ks宜取0.95～1.00?！奔暗?.2.2條“……3計(jì)算單元中的組合支護(hù)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件應(yīng)滿(mǎn)足下式要求：ζLRN+R0≥KS……”。

基于以上規(guī)范要求，我們可以假設(shè)現(xiàn)狀邊坡或擋墻是處于臨界平衡狀態(tài)的，臨界狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)可按等于1.00考慮。此時(shí)邊坡平衡狀態(tài)方程可表述為：

R0≈K0S（式1）

式中：R0—原支護(hù)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的有效抗力；

S—支護(hù)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上的外部作用力；

K0—現(xiàn)狀下邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)，≈1.00。

加固后的擋墻或邊坡的設(shè)計(jì)安全系數(shù)須滿(mǎn)足規(guī)范要求，可表述為：

ζLRN+R0≥KS（式2）

式中：ζL—新增支護(hù)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的抗力發(fā)揮系數(shù)；

RN—新增支護(hù)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的抗力；

K—滿(mǎn)足規(guī)范要求的安全系數(shù)。

聯(lián)立以上平衡狀態(tài)方程，根據(jù)邊坡或擋墻主動(dòng)土壓力及安全系數(shù)，反演推算需要增加的錨固力，進(jìn)行快速計(jì)算，制定方案。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

云南省楚雄市某工業(yè)園區(qū)位于楚雄盆地東側(cè)，屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌單元，場(chǎng)地總體地勢(shì)北東高、南西低，原始地形為自然的斜坡地帶，經(jīng)場(chǎng)地開(kāi)挖整平后，各工業(yè)廠區(qū)呈臺(tái)階狀分布。某塑料廠與某礦山機(jī)械廠緊鄰建設(shè)，場(chǎng)地高差約7.5～8.0m。廠區(qū)建設(shè)時(shí)在高差處采用重力式漿砌片石擋土墻進(jìn)行支護(hù)，石材選用當(dāng)?shù)氐闹酗L(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。擋墻砌筑時(shí)為冬季，完成后無(wú)重大變形。第二年夏天雨季來(lái)臨后，擋墻開(kāi)始出現(xiàn)變形，至10月份雨季結(jié)束，該擋墻轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)縱向裂縫（圖1），寬約5～10cm，墻頂廠區(qū)地面出現(xiàn)平行擋墻走向方向裂縫，距離擋墻頂邊約2.0～3.5m，寬約2～3cm，墻身砌體片石出現(xiàn)縱向和橫向裂紋（圖2），擋墻泄水孔未見(jiàn)出水。擋土墻的變形嚴(yán)重影響到墻頂及墻腳廠區(qū)的人員生命和財(cái)產(chǎn)安全。

究其原因，主要是雨季地表水下滲后，土體自重增大，墻后主動(dòng)土壓力變大，同時(shí)擋墻砌體所選用的泥質(zhì)粉砂巖抗壓強(qiáng)度不夠，不足以抵抗主動(dòng)土壓力，導(dǎo)致墻體剪切破壞。

2.2 反演分析計(jì)算

由于該擋墻設(shè)計(jì)時(shí)未按規(guī)范實(shí)施，建設(shè)方不能提供原設(shè)計(jì)圖紙及邊坡勘察資料，故本次擋墻加固采用“反演分析法”進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

采用朗肯土壓力公式計(jì)算天然狀態(tài)下?lián)鯄λ艿酵翂毫Γ钔林囟热?9KN/m3，填土綜合內(nèi)摩擦角取30°：

Ea1=0.5×19×82×tan2（45-30/2）=202.7KN/m

坡頂荷載產(chǎn)生的土壓力：

Ea2=35×8×tan2（45-30/2）=93.3KN/m

則單位長(zhǎng)度擋墻所承受的土壓力為：

Ea合=296.0KN

根據(jù)擋土墻變形現(xiàn)狀，假定現(xiàn)狀安全系數(shù)為1.00，則根據(jù)式1推導(dǎo)單位長(zhǎng)度原擋土墻可提供的有效抗力為：

Ep合≈Ea合=296.0KN

擋墻加固考慮采用預(yù)應(yīng)力錨索加固，設(shè)計(jì)2排，間距3.5m，新增加錨索安全發(fā)揮系數(shù)ζL取0.95，加固后的擋設(shè)計(jì)安全系數(shù)取1.4，則根據(jù)式2有：

0.95×2×RN+296.0×3.5≥1.4×296.0×3.5

RN≥218.1KN

考慮到場(chǎng)地內(nèi)地基土主要為全～強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，錨桿的極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按135kPa考慮，則設(shè)計(jì)錨索錨固長(zhǎng)度L：

L=2.4×218.1/（3.14×0.15×135×cos25°）=9.1m

2.3 治理方案

為保證擋土墻墻頂及墻腳廠區(qū)安全，采取“預(yù)應(yīng)力錨索+框格梁+現(xiàn)澆擋土板”的加固設(shè)計(jì)方案：

2.3.1 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)

根據(jù)計(jì)算，在擋土墻面設(shè)計(jì)增加2道預(yù)應(yīng)力錨索，錨索采用4束φ15.2mm低松弛鋼絞線（極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa），第1道錨索總長(zhǎng)18m，自由段8m，錨固段10m，第2道錨索總長(zhǎng)16m，自由段6m，錨固段10m，錨索成孔直徑150mm，錨索鎖定值220KN，入射角度25°。最下排框格梁設(shè)置6m長(zhǎng)鋼筋錨桿。

2.3.2 框格梁及梁間擋土板設(shè)計(jì)

在擋土墻墻面搭設(shè)腳手架施工框格梁及梁間擋土板。框格梁梁寬40cm×40cm，設(shè)置水平梁3道，間距4m、2.8m，豎向梁橫向間距3.5m。梁間設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土擋土板，板厚30cm。

2.3.3 泄水孔設(shè)計(jì)

擋土板設(shè)置泄水孔，孔間距2.5m×3.0m，要求孔底穿透原擋土墻墻身，進(jìn)入墻后土體不小于10cm。

2.3.4 墻頂?shù)孛骓鸥采w設(shè)計(jì)

墻頂廠區(qū)地面全部采用砼覆蓋，做好地面散水、排水處理，嚴(yán)禁地表水滲入墻后土體。

2.3.5 治理效果

該擋土墻加固施工至今已2年，自竣工后該擋土墻運(yùn)行良好，墻面、墻頂?shù)孛嫖丛俪霈F(xiàn)裂縫，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)重大變形。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)基于反演分析法的重力式擋土墻加固設(shè)計(jì)案例的分析，總結(jié)以下結(jié)論：

（1）在工程實(shí)踐中，反演分析法在缺少相關(guān)資料的情況下，可以迅速的制定出比較安全、經(jīng)濟(jì)、合理的加固設(shè)計(jì)方案。由于較充分考慮了原有擋墻的作用，因此可大量節(jié)約工程投資，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）重力式擋土墻的設(shè)計(jì)和施工應(yīng)按規(guī)范要求進(jìn)行，合理設(shè)計(jì)、精心施工，砌體材料強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度要求。鑒于楚雄地區(qū)石材多為泥質(zhì)粉砂巖，建議超過(guò)5m以上邊坡治理慎重選擇漿砌片石重力式擋土墻。

（3）反演分析法要求設(shè)計(jì)者對(duì)當(dāng)?shù)毓こ虒?shí)踐經(jīng)驗(yàn)了解比較充分，對(duì)個(gè)別關(guān)鍵參數(shù)，如現(xiàn)狀安全系數(shù)、土體所能提供的錨桿極限粘結(jié)強(qiáng)度值等有較準(zhǔn)確的判斷的情況下方可實(shí)施。

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作者簡(jiǎn)介：沈家忠（1964- ），男，云南昆明人，云南省設(shè)計(jì)院集團(tuán)，工程師，研究方向：總圖設(shè)計(jì)及巖土工程；李連偉（1984- ），男，湖北荊門(mén)人，云南省設(shè)計(jì)院集團(tuán)勘察分院，工程師，研究方向：巖土工程勘察及設(shè)計(jì)。