微型鋼管樁在重力式擋墻中的應用及驗算

劉光彬，黃雅澤，羅安民

(廣西壯族自治區交通規劃勘察設計研究院，廣西　南寧　530029)

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微型鋼管樁在重力式擋墻中的應用及驗算

劉光彬，黃雅澤，羅安民

(廣西壯族自治區交通規劃勘察設計研究院，廣西南寧530029)

重力式擋墻因其防護強度高、施工便捷、造價經濟等特點被廣泛應用于建筑填方或挖方邊坡支擋工程中，但當天然地基土抗剪強度較低時，需增大擋墻尺寸并進行地基加固處治，以致其在造價經濟性方面的優勢不復存在。文章以南寧市青環路K9+140～K9+690段左側路基滑坡工程為例，介紹了將微型鋼管樁應用于重力式擋墻的設計方案，并通過驗算分析，得出該設計方案在確保支擋工程安全可靠的同時，減小了擋墻尺寸，節約了工程造價。

重力式擋墻；天然地基土；抗剪強度；微型鋼管樁

0　引言

重力式擋墻因其防護強度高、施工便捷、造價經濟等特點被廣泛應用于建筑填方或挖方邊坡支擋工程中。但當天然地基土抗剪強度較低時，需通過增大擋墻尺寸的方式增大擋墻重力方能達到擋墻抗滑的目的。而擋墻的尺寸增大，對天然地基土的承載力要求將提高，甚至需要進行地基加固處治，此時，重力式擋墻在造價經濟性方面的優勢將不復存在。本文以南寧市青環路K9+140～K9+690段左側路基滑坡病害為工程實例，將微型鋼管樁應用在重力式擋墻中，在確保支擋工程

安全可靠的同時，減小了擋墻尺寸，節約了工程造價。

1　工程概況

2014年6月，南寧市青環路K9+140～K9+690段人行道區域發生路面下沉、開裂，局部已設置的抗滑樁段落樁間土出現掏空現象?；缕矫嫘螒B近弓形，沿軸線長約50～80 m，寬度約540 m，最深滑面約10 m，滑坡體體積約110 000 m3，滑坡類型為淺層牽引式中型順層滑坡。

1.1路基邊坡工程地質條件

根據本工程的巖土工程勘察報告：邊坡主體由素填土①及素填土①1構成，厚度約8～15 m，素填土①主要成分為黏土，欠固結，具中等壓縮性及濕陷性，屬中等壓縮土；素填土①1主要成分為碎石土及路面瀝青層，固結程度較好。

1.2路基邊坡水文地質條件

青環路臨近邕江，受大氣降水及上游水利樞紐控制，邕江50年一遇的洪水位將完全淹沒青環路，見表1，設計驗算時應考慮邕江的水位漲退作用。

表1　邕江水位調查表

場地地下水以賦存于覆蓋土層的潛水及風化巖層中的裂隙承壓水為主，其主要特點為：含水層位多、層間水力聯系差、層間地下水位不統一、水量及水位受季節影響大?？菟诘叵滤湃腌呓?，洪水期接受邕江水反向補給。

1.3滑坡成因分析

綜合現場工程地質條件，該滑坡形成的原因主要有以下幾個方面：

(1)巖性：場地素填土層厚度較大，土的固結程度差，土的抗剪強度較低。

(2)地質構造及地形：場地填土層與下伏原狀巖土層界面角度大，利于滑坡形成。

(3)人類活動：填挖工程建設破壞了原有的土體平衡狀態，使土體下滑力增加。

(4)水文氣象條件：①雨季土層吸水后重度增大，抗剪強度降低；②強降雨后形成的地表徑流造成水土流失，使植被失去對坡面的保護作用；③河水漲退作用打破了岸坡土層孔隙水壓力平衡[1]，加速滑坡的形成。

2　重力式擋墻設計

從路基滑坡造成的破壞現狀看，急需處治的是K9+300～K9+395段。該段路基已設有抗滑樁板式擋墻，但樁間土被完全掏空，致使擋土板懸空高度約2～4 m，抗滑樁體保護層出現剝落，其擋土側地表下沉、開裂現象嚴重。一旦滑塌進一步加劇，將造成路基整體失穩。

經現場調查及驗算，已有抗滑樁板擋墻的破壞以擋板脫落為主，樁體屬有效支護。設計時主要需對掏空區域進行支擋。設計采用微型鋼管樁承式重力式擋墻對抗滑樁樁間土掏空區域進行支擋，采用微型鋼管樁對墻后土體進行注漿加固，完成支擋后利用無砂大孔混凝土對掏空區域進行回填[2-3]，具體設計見圖1。

圖1　擋墻斷面設計圖

3　設計方案驗算

3.1驗算參數選取

根據本工程勘察成果，結合當地工程經驗及相關規范規程，各巖土層的物理力學參數按表2選取。常水位狀態下汽車行駛動載按4輛城市-B級汽車超載7%考慮[4](4×1.07×20.83 kPa)，同時因50年一遇水位青環路已被淹沒近2 m，汽車無法行駛，不考慮行車動載。

3.2已有支擋結構驗算

根據勘察成果提供的潛在滑面因素，驗算已建成支擋工程的配筋及截面尺寸設計是否能夠滿足要求[5]，計算結果見表3。已建成抗滑樁屬有效支擋，但在50年一遇水位工況下樁體縱向配筋充盈率僅為1.13，樁身配筋的安全儲備較低，需加強支擋結構的抗剪、抗彎性能。

3.3新增支擋結構驗算

新增支擋結構的驗算參數包括：

(1)計算邊坡經處治后的安全系數，根據最危險滑動面計算支擋部位剩余下滑力[6]，計算結果見表4。

(2)計算墻后土體的主動土壓力[7]，判定擋墻墻身是否承受主動土壓力以外的附加力。

常水位：

50年一遇水位工況：

式中：φ′——墻背填土的有效內摩擦角；

γ/γ′/γω——分別為填土重度、浮重度、水重度；

Z——墻頂以上水深(取Z=2 m)。計算得出常水位及50年一遇工況條件下土壓力分別為E常=174 kN/m，E50=481 kN/m。

常水位工況支擋部位剩余下滑力水平推力大于對應工況下土壓力，墻背需承受附加外力F=277-174=103 kN/m；50年一遇水位工況支擋部位剩余下滑力水平推力小于對應工況下土壓力，墻背不受附加外力。

(3)計算鋼管樁承式擋墻的安全穩定性，計算結果見表5。

表2　各巖土層參數取值表

表3　抗滑樁配筋驗算結果表

表4　邊坡處治后安全系數及支擋部位剩余下滑力計算結果表

表5　鋼管樁承式擋墻穩定性驗算結果表

4　與傳統重力式擋墻比較

由于鋼管樁注漿的加固作用，注漿區土體的承載力及抗剪強度有所提高，加上鋼管樁自身的抗剪作用[8]，鋼管樁承式擋墻的尺寸遠小于傳統重力式擋墻尺寸，建設經濟性指標也優于傳統重力式擋墻，具體見表6。

表6　與傳統重力擋墻比較結果表

注：鋼管樁擋墻費用包括鋼管樁成孔及注漿費用。

5　結語

(1)將微型鋼管樁應用于重力式擋墻可以在保證在支擋結構安全穩定的前提下，大幅度減小重力式擋墻的尺寸，節約工程造價，該技術尤其適用于天然地基土力學性質較差區域的重力式擋墻[9]。

(2)本工程在驗算中通過對剩余下滑力與主動土壓力對比分析，判斷擋墻墻身是否承受主動土壓力以外的附加力，避免了墻身受力重復加載造成的工程浪費。

(3)本工程綜合了地下水、河流漲退作用、行車動載、支擋結構同時存在的極端復雜工況條件下穩定性驗算，為日后近似工況重力式擋墻的設計驗算提供了經驗及參考。

[1]工程地質手冊(第四版)編委會.工程地質手冊(第四版)[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.

[2]GB 50010-2010，混凝土結構設計規范[S].

[3]GB 50007-2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[4]JTJ D30-2015，公路路基設計規范[S].

[5]JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范[S].

[6]GB 50330-2013，建筑邊坡工程技術規范[S].

[7]李境培，梁發云，趙春風.土力學第二版[M].北京：高等教育出版社，2008.

[8]肖春錦.微型鋼管樁用于滑坡治理及理論分析[J].路基工程，2010(4)：94-97.

[9]孫毅，向波，楊小松，等.小直徑鋼管排樁支擋結構抗滑機理及工程應用[J].路基工程，2012(3)：57-60.

Application and Checking of Micro Steel-tube Piles in Gravity Retaining Wall

LIU Guang-bin，HUANG Ya-ze，LUO An-min

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

Due to its high protection strength，convenient construction，economical cost and other characteristics，the gravity retaining wall is widely used in the retaining engineering of construction filling or ex-cavation slope，however，when the natural foundation soil has lower shear strength，it is required to in-crease the retaining wall size together with foundation reinforcement treatment，thus its advantages in terms of economic cost does no longer exist.Taking the roadbed landslide engineering at the left side of Nanning Qinghuan Road K9+140～K9+690 section as the example，this article introduced the design program of applying the micro steel-tube piles in the gravity retaining wall，and through the checking analysis，it obtained that this design program can ensure the safe and reliable support engineering，while reducing the size of retaining wall and saving the project cost.Keywords：Gravity retaining wall；Natural foundation soil；Shear strength；Micro steel-tube piles

U417.1+1

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.05.002

1673-4874(2016)05-0006-04

2016-04-29

劉光彬(1982—)，工程師，主要從事巖土工程勘察設計工作；

黃雅澤(1976—)，工程師，主要從事巖土工程勘察設計工作；

羅安民(1990—)，助理工程師，主要從事巖土工程勘察設計工作。