淺談灌注排樁擋土墻在武漢市巡司河一期工程中的運用

靖澤文

（武漢市城市防洪勘測設計院，湖北武漢430014）

1 概況

武漢市巡司河位于武漢市武昌中心城區，巡司河綜合整治一期工程是排水渠道與環境綜合整治工程，處于華中科技大學武昌分校段，北起712研究所北面中泱橋，南至湖北工學院橋，全長1 527 m，起止工程樁號3+790～5+317。該段渠底寬25～40 m，渠底高程在15 m，施工期間渠道水面標高約18 m，渠道自然坡度40°～60°，部分渠道兩側有駁岸；渠道兩岸地形相對平坦，最大相對高差約2 m，地面高程21.49～23.57 m。兩側建筑物密集，西側主要為高校居住用地，包含712研究所、華科大武昌分校、湖北工學院等；東側為李紙路，規劃擬擴建；東南面為通惠橋村，規劃納入城中村改造范圍。規劃排水廊道控制寬80 m。

2 場地地質條件

根據實地勘察及試驗結果，渠道地質變化較大，場區土層分布自上而下分為素填土，（2-1a）層淤泥質粉質粘土（Q4）l，（2-1）層粉質粘土（Q4a）l，（2-2）層粘土（Q4a）l，（2-3）層粉質粘土（Q4a）l，（2-4）層粉質粘土（），（3-1a）層粘土（Q），（3-1）層粘土 （Q3al+p）l，（3-2）層碎石土（Qel+d）l，（3-3）層粉質粘土（Qel+d）l，（4）層粉砂巖（K-E）。場區各土層物理力學指標建議值見表1所列。

3 設計思路

3.1 平面布置

設計渠道基本沿原渠線走勢，在規劃排水走廊范圍內，對現有渠道流向轉折處采取平曲線轉彎，斷面根據規劃在原渠道基礎上挖深拓寬。渠岸變斷面處，以過渡段順接，坡岸以扭曲面漸變段將斷面岸線接順，以保證渠道過流能力和水力流態穩定。

表1 場區各土層物理力學指標建議值一覽表

3.2 斷面設計

根據相關規劃，排水廊道控制線寬80 m，渠道設計底高程為15.20 m，中平臺高程為19.20 m，頂高程為22.50～23.00 m，高差高達7.3 m，直立駁岸高為4 m，渠頂設2～3 m寬人行步道；渠頂平臺以上為斜坡方式與現有岸頂相接，坡寬7～13 m，坡面采用綠化生態岸坡，種植喬木、灌木和草皮。由于該工程范圍內渠岸多為（2-3）粉質粘土層分布，該層地基承載力小，抗剪強度低，壓縮模量小，局部存在淤泥質粉質粘土，地質較為復雜，兩岸建筑密集，基坑開挖、支護難度大，基礎處理復雜，因此該工程對渠道垂直駁岸擋土墻采用Ф800灌注排樁擋土墻。為保證渠底設計寬度，減小開挖面及周邊建筑物的影響，對開挖條件有限，邊坡地層地質差的渠道采用灌注排樁直立式駁岸形式，Ф800灌注樁排樁作為永久支擋結構，樁長11～22 m，樁距1.2 m，樁頂采用1 000×500冠梁將排樁連成整體，排樁擋土墻面層采掛Ф8@200（雙向）鋼筋網混凝土護面，噴射120 mm厚C20細石混凝土。為了阻止排樁擋土墻水平推力作用下產生較大變形，采取在排樁設計渠底用水泥攪拌樁進行基礎處理，處理寬度10～13 m，深度3～5 m。斷面形式如圖1所示。

圖1 Ф800灌注排樁擋土墻方案斷面圖（單位：mm）

4 灌注排樁結構計算

結構采用極限平衡法和彈性抗力法進行力學分析計算，以建筑基坑支護技術規程(JGJ 120-99)、混凝土結構設計規范(GBJ 50010-2002)、巖土工程勘察規范(GB 50021-2001)、建筑地基基礎設計規范(GB 50007-2002)和建筑樁基技術規范(JGJ 94-94)為主要編制依據。

4.1 計算公式

（1）土壓力采用郎肯理論公式分層計算，計算公式如下：

式中：eaz，epz——深度z處的主、被動土壓力標準值，kPa，eaz＜0時取eaz=0；

qz——主動側深度z處由于超載引起的豎向土壓力標準值，kPa；

paz、ppz——主、被動側深度z處的由上覆土層自重引起的豎向土壓力標準值，kPa；

z——計算點的深度，m,主動側自坑頂起算，被動側自坑底起算；

n——主動側或被動側計算點以上的土層數；

γi、hi——計算深度以上第i層土層的天然重度和厚度；

ka——主動土壓力系數,ka=tan2（45°-ψk/2）,土水分算時應采用有效應力參數ψ’k計算；

kp——被動土壓力系數,kp=tan2（45°+ψk/2），土水分算時應采用有效應力參數ψ’k計算；

Ck、C’k——計算深度處土的總應力、有效應力粘聚力標準值,kPa；

ψk,ψ’k——計算深度處土的總應力、有效應力內摩擦角標準值,（°）。

（2）采用彈性抗力法計算,被動區抗力eptk按下式確定：

被動區抗力合力應滿足以下條件：

式中：eptk——按彈性抗力法計算的被動區抗力，kPa；

kh——水平向基床系數，按“m”法確定，kPa/m；

Δx——支護結構的水平位移，m；

Eptk——支護結構嵌入深度范圍內被動區抗力合力（抗力反向時取絕對值求和），kN；

Ep——支護結構嵌入深度范圍內的被動土壓力合力，kN；

ktk——被動區抗力安全系數，對于懸臂結構，應不小于1.50；對于單支點結構，應不小于1.20；對于多支點結構，應不小于1.05。

（3）抗隆起驗算：

對于采用支護樁、墻的邊坡，如樁、墻底部仍有軟弱土層，應按下式進行坑底抗隆起穩定性驗算。

式中：klq——坑底隆起安全系數,不應小于1.80；

γa、γp——分別為主動側、被動側土層的加權平均重度；

ck、ψk——樁、墻底部土層的抗剪強度指標標準值；

Nq——承載力系數

4.2 計算結果

（1）對該工程范圍內需要采用灌注排樁的護岸，根據岸線地層情況，分別選取樁號4+407.0段的右岸，4+210.6段的兩岸及4+041.1段的兩岸的斷面進行計算，計算結果見表2所列。

表2 采用樁+被動區加固計算結果一覽表

（2）粉噴樁被動區加固參數及技術指標：

a.C=70 kPa，Φ=0°。進行現場試驗取得，同時試驗可檢驗成樁效果。樁側土水平抗力系數的比例系數m，土層（2-1a）或（2-3）層取5 000 kN/m4，素土或（2-1）層取6 000 kN/m4。

b.直徑為500，粉噴樁加固區排間距取400 mm，樁間距取350 mm。

c.空孔段不做要求。噴灰段復噴復攪，每米噴灰量不少于55 kg。

d.計算中粉噴樁加固被動區進行了調整，具體為：

4+407斷面：粉噴樁加固寬度10 m，加固厚度改為4 m；

4+210.6右岸斷面：粉噴樁加固寬度13 m，加固厚度改為5 m；

4+041斷面，取消粉噴樁加固區。

其余按加固寬度10 m，加固厚度3m處理。

（3）根據各地層分布情況，通過計算，鉆孔灌注排樁結構處理形式分為以下幾段：

a.樁號3+854～4+188段右岸、4+498.4～5+317段右岸及4+062～4+265段左岸的灌注樁樁長為19m，被動區加固區寬度為10 m，厚度為3 m。

b.樁號4+188～4+292段右岸的灌注樁樁長為22 m，被動區加固區寬度為13 m，厚度為5 m。

c.樁號4+292～4+498.4段右岸的灌注樁樁長為15 m，被動區加固區寬度為10 m，厚度為4 m。

d.樁號4+007～4+062段左岸的灌注樁樁長為11 m，可不采取被動區加固。

5 結語

在邊坡設計中，由于周邊用地情況、開挖條件及地質條件限制，常需選擇開挖范圍小、邊坡穩定性高的護岸形式，灌注排樁擋土墻由于其適用條件廣，可以很好地解決這種問題。在工程實施中，可根據不同地層情況采取不同長度及對被動區進行加固的形式來保證岸坡穩定，既節省工程投資，更能減少開挖范圍，特別對城市市區住房建筑密集區，能大量減少拆遷，大大節省工程拆遷協調所需時間。用灌注排樁擋土墻解決有限開挖條件的岸坡穩定問題是保證工程順利進行的一種有效工程措施。