注漿鋼管微型樁－錨支護體系在擋墻基礎加固中的應用

陳 云，沈志祥

(中國建筑西南勘察設計研究院有限公司，四川成都610081)

注漿鋼管微型樁具有安全可靠、工程造價低、工期短、應用范圍廣等特點，因而越來越多的被應用于滑坡和邊坡治理中。注漿鋼管微型樁，一般指樁徑小于300 mm，長細比較大(一般大于30)，采用鉆孔、內插鋼管、壓力注漿工藝施工的灌注樁。微型樁是20世紀50年代由意大利Fonddile公司首先開發(fā)應用的，早期主要用于地基加固[1]。近年來，通過將微型樁與其它支擋方式的結合，已逐漸用于滑坡治理、邊坡加固，以及基抗支護等工程當中。本文主要以工程實例介紹一種綜合加固方法:注漿鋼管微型樁－錨支護體系。

注漿鋼管微型樁－錨支護體系是指在滑坡治理和邊坡加固時按照一定的距離布置一排或多排鉆孔，插入鋼管，在管內進行壓力注漿，從而形成鋼管微型樁，再通過橫梁連接，使排列的鋼管微型樁形成一個平面桁架結構，并在橫梁處設置一道預應力錨桿，通過錨桿將各樁承受的土壓力和下滑力傳遞到穩(wěn)定巖土中，共同起到抗滑和加固邊坡的作用。

1 工程概況

浙江湖州某單位開發(fā)的別墅位于丘陵坡地上，由于坡腳道路標高與別墅±0標高相差20 m，且均為填土邊坡，支擋結構較為復雜，工程造價也高。因此，設計單位綜合考慮業(yè)主意見，為充分利用該區(qū)域，將坡底設置一架空層的構筑物，構筑物上為別墅，構筑物底采用分階放坡，構筑物后緣設置一高約9 m的擋墻。擋墻設計是基于架空層樁基礎采用人工挖孔樁等干作業(yè)法施工，且要求擋墻施工與架空結構同步施工，但在樁基施工時，擋墻可以施工至3 m，3 m以上部份要在樁基施工完，且墻前土體回填到設計標高后，擋墻才可以繼續(xù)施工。由于在樁基施工過程中，發(fā)現(xiàn)場地實際地質條件與勘察報告有出入，即場地下部存在大直徑的石灰?guī)r孤石，人工挖孔樁施工難度大，工效低，因此，暫停了構筑物的樁基施工，進行施工勘察，但此時擋墻卻在繼續(xù)施工，且已達到了設計標高。由于施工勘察工期較長，施工單位在這個期間把擋墻墻前分階放坡的土體全部挖走，導致?lián)鯄A完全暴露，無埋深，擋墻基礎抗滑移能力嚴重不足，在下過幾場暴雨之后，擋墻開始向前滑移，擋墻出現(xiàn)了傾斜和裂縫，最大裂縫已達50 mm，該擋墻存在嚴重安全隱患(見圖1)。

圖1 擋墻滑移現(xiàn)場

2 擋墻加固方案

針對該邊坡工程場地條件復雜，場地下部存在大直徑的石灰?guī)r孤石，若采用抗滑樁進行擋墻基礎加固，由于旋挖樁、人工挖孔樁的施工難度大，如果用沖孔樁，則強烈的震動會加大擋墻的變形，因此不適合傳統(tǒng)的抗滑樁進行加固。由于擋墻基礎還在滑移，應及時采取安全措施，故經(jīng)幾種方案比較后，認為采用鋼管微型樁施工方便，加固地基比較合理，同時經(jīng)過計算，此邊坡處于失穩(wěn)的危險狀態(tài)，同時由于原擋墻基礎埋深較淺，因而采用了連系梁連接樁頭，加上預應力錨索可控制擋墻的變形，改變了鋼管微型樁的純懸臂受力狀態(tài)，使微型樁與預應力錨索構成一個整體，可以提高鋼管微型樁的抗彎能力，充分發(fā)揮了鋼管微型樁抗剪能力大的優(yōu)點。具體加固方案如下:

(1)鋼管微型樁加固墻前土體，阻止擋墻基礎下部土體出現(xiàn)向前滑移，保證擋墻基礎的穩(wěn)定。

(2)微型樁樁頂連系梁可使微型樁群形成平面桁架結構，使樁頂成為一個整體，提高微型樁的變形能力。

(3)通過樁頂連系梁設置一排預應力錨索，可有效控制擋墻的進一步滑移和變形，恢復擋墻的支擋作用。

在擋墻坡腳外側設3排 220 mm注漿鋼管微型樁，樁間距0.8 m、排間距0.8 m，每根樁長12.0 m。微型樁頂部均設C25鋼筋混凝土連系梁，連系梁稍高于擋墻基礎頂。連系梁處設置一排預應力錨索，錨索長20 m，錨固段長9 m，傾角25°(見圖2)。

圖2 擋墻加固剖面圖

3 鋼管微型樁－錨支護體系設計計算

3.1 邊坡穩(wěn)定性計算

由于邊坡已經(jīng)滑動，盡管己進行了反壓和卸載，但滑動帶土體結構已遭破壞，擋墻墻身出現(xiàn)裂縫，擋墻基礎向前滑移，墻前土體出現(xiàn)滑動，通過反算法和工程類比法，綜合考慮邊坡性質及工程狀態(tài)，選取最不利的剖面作為計算剖面，在不考慮已建擋墻支擋作用的前提下，結合現(xiàn)場取樣試驗結果，運用理正邊坡分析軟件對該邊坡進行穩(wěn)定性分析計算。通過計算，在不考慮已建擋墻支擋作用的條件下，該邊坡安全系數(shù)為 0.875，總的下滑力 430.875 kN，總的抗滑力232.324 kN。

3.2 注漿鋼管微型樁設計計算

對于該加固工程中的鋼管微型樁，根據(jù)勘察報告，取邊坡土體的抗剪強度指標值cr=15 kPa，φr=10°，經(jīng)理正邊坡分析軟件計算得出邊坡的下滑力為430.875 kN，抗滑力為232.324 kN。邊坡經(jīng)鋼管微型樁加固后，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為加固后K=1.2，漿體抗剪強度設計值[τ]1=1.8 N/mm2，鋼管抗剪強度設計值[τ]2=130 N/mm2。

(1)鋼管微型樁樁徑、樁壁厚的確定。在上述瑞典條分法的基礎上，鋼管微型樁對邊坡的加固作用表現(xiàn)為式:

式中:P為鋼管微型樁對邊坡的抗滑力。

式中:P為鋼管微型樁對邊坡的抗滑力(即鋼管微型樁所能承受的剪力);R為鋼管微型樁的抗剪力。將P式代入K式得，

式中:[τ]1為漿體抗剪強度設計值;[τ]2為鋼管抗剪強度設計值;d為微型樁直徑;d1為鋼管外徑;d2為鋼管內徑;D為鋼管的壁厚。

(2)樁間距的確定。瑞典條分法是計算在邊坡每延米上邊坡的受到的下滑力與抗滑力，鋼管微型樁的間距對樁抗滑力的影響為:

式中:η=1/X;X為微型樁樁間距。

由上式通過反算法可以計算出設計施工時需要的鋼管微型樁的樁徑、樁壁厚和樁間距。

在本次擋墻加固計算中，根據(jù)場地和施工條件，取微型樁直徑d=220 mm，鋼管外徑d1=127 mm，鋼管內徑d2=115 mm，鋼管的壁厚D=6 mm，代入上式，

通過計算，微型樁最大樁間距為1.366 m，實際布置的樁間距1.0 m，共布置3排。

(3)鋼管微型樁的最大抗彎能力。

①注漿鋼管微型樁的最大抗彎能力為:

其中，注漿鋼管微型樁的抗彎剛度為:

當設置3排樁時，qmax=0.487×3=1.461 kN/m。

上式中，微型樁樁頂位移[δ]取10 mm，懸臂長度H取5 m，微型樁直徑d=220 mm，鋼管外徑d1=127 mm，鋼管內徑d2=115 mm，鋼管的壁厚D=6 mm，砂漿彈性模量E1=2.5×104MPa，鋼管彈性模量 E2=2.06×105MPa。

②管微型樁所能承受的剪力為:

當設置3排樁時，P=364.742×3=1094.226 kN。

3.3 綜合分析

通過分析，鋼管微型樁的抗彎力遠遠小于其抗剪力，在本加固方案的分析中可以近似忽略鋼管微型樁的抗彎力對邊坡的提供的抗力。由于該擋墻基礎變形較大，必須控制鋼管微型樁樁頂?shù)奈灰疲拍苁逛摴芪⑿蜆稑兜目辜袅Ω玫匕l(fā)揮作用。所以，在加固方案中將鋼管微型樁樁頂用橫梁聯(lián)接起來，提高鋼管微型樁的的抗彎能力，使樁與樁相互作用來控制樁頂變形，同時與預應力錨桿一起使用，控制擋墻基礎不發(fā)生滑移，充分發(fā)揮鋼管微型樁的抗剪能力大的特點。預應力錨索的設計可根據(jù)邊坡下滑力和主動土壓力來分別進行計算，以確定最不利工況下的錨索長度。

4 結束語

注漿鋼管微型樁－錨支護體系區(qū)別于滑坡治理中常用的大截面抗滑樁、預應力錨索抗滑樁等強力支擋結構，它是一種新型支擋結構體系，主要包括注漿提高結構面抗剪強度、微型樁加固不穩(wěn)定巖土體和預應力錨索控制邊坡滑移三種工程措施。該邊坡?lián)鯄νㄟ^注漿鋼管微型樁－錨支護體系的綜合治理，經(jīng)過三個月的監(jiān)測，特別是在擋墻前緣沖孔樁施工完畢后，擋墻變形基本停止，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，鋼管微型樁由于其穩(wěn)定邊坡見效快，施工方便，安全可靠，是邊坡事故治理中首先考慮的措施，由于在施工中采用了預應力錨索錨固的方法，改變了鋼管微型樁的懸壁受力狀態(tài)，提高了鋼管微型樁抗彎能力，發(fā)揮了鋼管微型樁的抗剪能力大的優(yōu)點，大大減小了鋼管微型樁的截面、數(shù)量和埋深，同時有效控制了擋墻的變形。

[1]朱寶龍，陳強，胡厚田，等.注漿微型樁群支護體系作用機理及其工程應用[M].北京:科學出版社，2009

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