已有擋土墻加固設(shè)計(jì)

陳 勇 黃 銳

(同濟(jì)大學(xué)，上海 200092)

已有擋土墻加固設(shè)計(jì)

陳 勇 黃 銳

(同濟(jì)大學(xué)，上海 200092)

以國(guó)家超級(jí)計(jì)算長(zhǎng)沙中心已有重力式擋土墻AB段的加固為例，針對(duì)AB段重力式擋土墻上某些部位出現(xiàn)細(xì)微裂縫的問(wèn)題，根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，提出采用土釘對(duì)擋土墻進(jìn)行加固的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)計(jì)算，該設(shè)計(jì)方案符合要求。

重力式擋土墻，裂縫，土釘

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

國(guó)家超級(jí)計(jì)算長(zhǎng)沙中心項(xiàng)目[1]位于長(zhǎng)沙市河西麓山南路的原湖南大學(xué)計(jì)專(zhuān)校區(qū)。該項(xiàng)目由湖南大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司設(shè)計(jì)。擬建建筑物為超算中心(0號(hào)樓)、研發(fā)中心(1號(hào)樓)、柴油發(fā)電機(jī)房、供水站、冷卻塔；邊坡工程為紅線(xiàn)范圍內(nèi)的超算中心(0號(hào)樓)和研發(fā)中心(1號(hào)樓)的西側(cè)AB段，全長(zhǎng)約90 m，坡高約7 m～10 m，其坡頂有1層～3層民用建筑，距坡頂民用建筑距離約6.0 m～10.0 m；原有的支護(hù)是采用重力式擋土墻進(jìn)行支護(hù)，墻頂寬0.5 m，墻身高7 m，面坡斜度1∶0.10，背坡垂直，墻底寬1.2 m，基礎(chǔ)埋深0.5 m，場(chǎng)地內(nèi)地坪標(biāo)高52 m。但由于擋土墻原有的抗傾覆和抗滑移穩(wěn)定性不滿(mǎn)足規(guī)范要求，故而墻身出現(xiàn)細(xì)微裂縫。故需要對(duì)現(xiàn)有AB段的重力式擋土墻進(jìn)行加固。場(chǎng)地內(nèi)地形簡(jiǎn)單，巖土種類(lèi)較多，無(wú)影響場(chǎng)地穩(wěn)定性的不良地質(zhì)作用。場(chǎng)地等級(jí)為二級(jí)，地基等級(jí)為二級(jí)，巖土工程勘察等級(jí)為乙級(jí)，邊坡巖土工程重要性等級(jí)為二級(jí)。

1.2 工程地質(zhì)條件

據(jù)鉆孔揭露，場(chǎng)地內(nèi)的地層主要由第四系雜填土層、殘積層及泥盆系錫礦山組砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖和泥盆系沙河組泥灰?guī)r組成，現(xiàn)將各巖土層特征自上而下分別描述如下(其中①～⑥為地層序號(hào))：

①第四系雜填土。

稍濕～濕，結(jié)構(gòu)松散～稍密，以混凝土塊、碎磚、碎石、塑料及粘性土等建筑垃圾為主，含少量礫石，為新近填土。場(chǎng)區(qū)普遍分布，厚度：0.50 m～6.90 m，平均2.71 m。

②第四系種植土。

松散狀態(tài)，成分為粘性土和少量礫石，含植物根莖。場(chǎng)區(qū)主要分布于山坡上，厚度：0.30 m～0.60 m，平均0.47 m。

③第四系殘積粉質(zhì)粘土。

呈硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)，含黑色鐵錳質(zhì)結(jié)核及灰白色高嶺土條帶，局部夾石英碎塊，搖振不反應(yīng)，稍有光澤，干強(qiáng)度中等，韌性中等，場(chǎng)區(qū)普遍分布。厚度：0.70 m～9.30 m，平均2.95 m。

④泥盆系錫礦山組強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖。

砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石為較硬巖，巖體極破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)，巖芯多呈碎屑狀、碎塊狀、塊狀，少量呈短柱狀、柱狀，其中泥質(zhì)粉砂巖呈紫紅色、灰白色，巖石為極軟巖，巖體極破碎，巖塊用手可折斷，遇水易軟化崩解，系場(chǎng)地內(nèi)基巖，場(chǎng)區(qū)普遍分布，厚度：2.40 m～22.60 m，平均10.35 m。

⑤泥盆系錫礦山組中風(fēng)化砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖。

砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖石為較硬巖，巖體較破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)，巖芯呈短柱狀，少量呈碎塊狀、塊狀，其中泥質(zhì)粉砂巖呈紫紅色、灰白色，巖石為極軟巖，巖體破碎，遇水易軟化崩解，系場(chǎng)地內(nèi)基巖，揭露厚度：2.00 m～15.50 m，平均9.29 m。

⑥泥盆系沙河組全風(fēng)化泥灰?guī)r。

已風(fēng)化成土狀，可見(jiàn)原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造，遇水易軟化崩解，系巖石受附近斷層的引張破壞作用而形成引張裂隙，使巖石風(fēng)化不均勻而形成的軟弱夾層，場(chǎng)區(qū)局部地段分布，厚度：2.00 m～9.00 m，平均5.29 m。

1.3 水文地質(zhì)條件

本場(chǎng)地地質(zhì)調(diào)查范圍內(nèi)也未見(jiàn)泉點(diǎn)出露。勘察期間，山坡上所有鉆孔均未測(cè)到地下水水位，坡底部分鉆孔見(jiàn)地下水，地下水類(lèi)型主要為賦存于①雜填土中的上層滯水。地下水補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水和生活污水補(bǔ)給，水位受季節(jié)性影響較大，未形成連續(xù)穩(wěn)定水面，水量極貧乏；初見(jiàn)水位埋深為1.50 m～4.80 m，初見(jiàn)水位標(biāo)高為38.94 m～50.33 m，穩(wěn)定水位埋深為0.50 m～3.70 m，穩(wěn)定水位標(biāo)高為40.34 m～52.23 m。

本次勘察采取4件上層滯水的水試樣進(jìn)行了地下水水質(zhì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有無(wú)腐蝕性分析，其試驗(yàn)結(jié)果表明該場(chǎng)地地下水環(huán)境類(lèi)型屬Ⅱ類(lèi)，地層滲透性屬弱透水地層，表明該水質(zhì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性。

2 擋土墻穩(wěn)定性分析

2.1 按郎肯土壓力計(jì)算各層土土壓力

墻身尺寸：墻身高：7.000 m。墻頂寬：0.500 m。墻底寬：1.200 m。面坡傾斜坡度：1∶0.10。背坡垂直。墻底水平。物理參數(shù)：圬工砌體容重：22.000 kN/m3。地基土摩擦系數(shù)：0.45。墻身砌體容許壓應(yīng)力：2 100.000 kPa。墻身砌體容許剪應(yīng)力：160.000 kPa。墻身砌體容許彎曲拉應(yīng)力：280.000 kPa。擋土墻類(lèi)型：一般擋土墻。地基土類(lèi)型：巖質(zhì)地基(擋土墻持力層為強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖)。土壓力計(jì)算方法：郎肯。墻后土層數(shù)：2層，見(jiàn)表1。

主動(dòng)土壓力的合力為：

Ea=Ea1+Ea2=1.20+57.54=58.74 kN。

主動(dòng)土壓力合力作用點(diǎn)：

其中，C為墻后主動(dòng)土壓力合力作用點(diǎn)距墻踵的豎直距離。

表1 AB段地層物理力學(xué)指標(biāo)

墻后土壓力分布如圖1所示。

2.2 AB段擋土墻抗滑移穩(wěn)定性分析

其中，G為擋土墻每延米自重；Ea為擋土墻每延米巖土壓力合力；μ為擋墻與地基土的摩擦系數(shù)，此處取為0.45；Kc為擋墻抗滑穩(wěn)定系數(shù)[2]。

因此抗滑移穩(wěn)定性不滿(mǎn)足要求。

2.3 AB段擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性分析

抗傾覆力矩為：

My=G×x=130.9×0.75=98.175 kN·m。

傾覆力矩為：

Mo=Ea×C=58.74×1.21=71.1 kN·m。

所以抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)[6]為：

因此抗傾覆穩(wěn)定性不滿(mǎn)足要求。

2.4 AB段擋土墻地基承載力驗(yàn)算(基底壓力及偏心驗(yàn)算)

AB段擋土墻持力層為強(qiáng)風(fēng)化砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖，地基土的性質(zhì)見(jiàn)表1。

根據(jù)GB 50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[3]，對(duì)墻體進(jìn)行墻身剪應(yīng)力及法向應(yīng)力、偏心距驗(yàn)算，經(jīng)過(guò)計(jì)算，墻身的抗壓及抗剪均符合要求。

3 擋土墻加固設(shè)計(jì)

3.1 AB段擋土墻土釘參數(shù)選擇

土釘墻后的地層物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。查閱相關(guān)規(guī)范，初取土釘長(zhǎng)度為[4]：

L=0.7H=4.9 m。

取整得L=5 m。

間距Sx和Sy取Sx=Sy=1.0 m。

土釘釘材取直徑為25 mm的Ⅱ級(jí)螺紋鋼筋，采用M30水泥砂漿。

土釘與水平面的夾角取為β=15°。

3.2 確定土釘墻潛在破裂面

因?yàn)榍笆鏊笸翂毫允且岳煽贤翂毫τ?jì)算求得，因此土釘墻潛在破裂面應(yīng)符合郎肯土壓力[5]的相關(guān)規(guī)定。

按土層厚度對(duì)巖土層的內(nèi)摩擦角φ取加權(quán)平均值，則：

故而，滑移面的傾角為：

AB段土釘墻潛在破裂面見(jiàn)圖2。

3.3 確定土釘所承受的土壓力

原有AB段擋土墻后所承受的土壓力在前述2.1中已得到計(jì)算，土壓力分布圖如圖1所示。如果不進(jìn)行調(diào)整，邊坡邊壁水平荷載從上往下越來(lái)越大，勢(shì)必造成土釘分布上短下長(zhǎng)，這與實(shí)際工程結(jié)果和模型試驗(yàn)結(jié)果不相符合。

因此，按經(jīng)驗(yàn)分布，將墻后的土壓力分布調(diào)整為經(jīng)驗(yàn)梯形土壓力[6]，如圖3所示。

其中，當(dāng)hi≤0.25H=0.25×7=1.75 m時(shí)：

當(dāng)0.25H≤hi≤H，即1.75m≤hi≤7m時(shí)：

因?yàn)閳D3中，墻后土壓力是由土釘和擋土墻共同承受的，因此，取土釘單位面積上所承擔(dān)的土壓力為：

其中,當(dāng)hi≤0.25H=0.25×7=1.75m時(shí):

當(dāng)0.25H≤hi≤H，即1.75m≤hi≤7m時(shí):

因此，土釘單位面積所承擔(dān)的土壓力如圖4所示。

3.4 土釘抗拉斷驗(yàn)算

AB段土釘縱向布置圖如圖5所示。

通過(guò)CAD圖上可以量得各排土釘非錨固段的長(zhǎng)度Lai，分別列出如下：

La1=4.46 m；La2=3.96 m；La3=3.47 m；La4=2.98 m；

La5=2.50 m；La6=2.00 m；La7=1.52 m。

因?yàn)楦鶕?jù)模型試驗(yàn)和工程結(jié)論，土釘墻采用等長(zhǎng)分布時(shí)承載力最高，變形比土釘分布上長(zhǎng)下短略小，所以本工程中土釘選取為等長(zhǎng)分布。

單根土釘受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算[6]：

Tjk=ξeajkSxSy/cosβ。

其中，ξ為荷載折減系數(shù)；eajk為第j個(gè)土釘位置處的邊坡水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值；Sx，Sy為土釘與相鄰?fù)玲數(shù)钠骄健⒋怪遍g距；β為土釘與水平面的夾角。

荷載折減系數(shù)[6]為：

從而每根土釘?shù)氖芾奢d標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表2。

表2 AB段土釘受拉荷載標(biāo)準(zhǔn)值

取受力最大的土釘處進(jìn)行土釘抗拉斷驗(yàn)算，則：

所以，土釘?shù)目估瓟囹?yàn)算滿(mǎn)足要求。

[1] 長(zhǎng)沙超算中心巖土工程勘察報(bào)告(S111002)[R].2011.

[2] 陳忠達(dá)，王秉綱.公路擋土墻設(shè)計(jì)[M].北京：人民交通出版社，1999.

[3] GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 趙其華，彭社琴.巖土支擋與錨固工程[M].成都：四川大學(xué)出版社，2008.

[5] 陳希哲.土力學(xué)地基基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，1998.

[6] JGJ 120-99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

Reinforcement design of the existing retaining wall

CHEN Yong HUANG Rui

(TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Taking the existing gravity-style retaining wall AB section reinforcement of national supercomputing Changsha center as an example, the paper carries out existing gravity-style retaining wall AB section reinforcement design in light of its cracking problems according to engineering geology and hydrology conditions. In the end, it proves that the design scheme meets demands through computation.

gravity-style retaining wall, crack, soil nailing

1009-6825(2014)30-0080-03

2014-08-14

陳 勇(1990- )，男，在讀碩士； 黃 銳(1989- )，男，在讀碩士

TU476.4

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