反演分析法在樁板式擋土墻加固設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李連偉

摘要：邊坡?lián)鯄Τ霈F(xiàn)險(xiǎn)情后，如何在考慮原有支護(hù)措施對(duì)邊坡穩(wěn)定貢獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出邊坡加固設(shè)計(jì)方案，做到既安全又經(jīng)濟(jì)，成了加固設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。本文依據(jù)反演分析法的思路，提出設(shè)計(jì)思路，應(yīng)運(yùn)用于工程實(shí)踐中，取得較好的經(jīng)濟(jì)效果。

Abstract： In view of the danger of slope retaining wall， the paper puts forward the scheme of slope reinforcement design on the basis of considering the contribution of the original supporting measures to the slope stability. On the basis of the inversion analysis method， this paper puts forward the design idea， which is used in engineering practice and has achieved good economic effect.

關(guān)鍵詞：擋墻加固；反演分析法；樁板式擋土墻

Key words： retaining wall reinforcement；inversion analysis method；pile plank retaining wall

中圖分類號(hào)：U417.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）21-0131-03

0 引言

隨著2011年云南省“城鎮(zhèn)上山”重大用地決策的提出，越來(lái)越多的山地工程建設(shè)項(xiàng)目的涌現(xiàn)也帶來(lái)眾多的邊坡、擋墻問(wèn)題。一些邊坡、擋墻因設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足、施工質(zhì)量不夠等原因，往往剛施工完成就出現(xiàn)嚴(yán)重變形，影響正常使用。如何在考慮原有工程量對(duì)邊坡穩(wěn)定貢獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，提出邊坡加固設(shè)計(jì)方案，做到既安全又經(jīng)濟(jì)，是各位巖土工程師常常遇到的困惑。筆者在多年的工程實(shí)踐中，結(jié)合規(guī)范要求、理論計(jì)算及工程實(shí)踐，采用基于反演分析法的擋墻加固設(shè)計(jì)思路，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。”

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：

R抗≈K0R下 （1）

式中：R抗—原有支擋措施提供的抗滑力；R下—含外力作用下的邊坡下滑力；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)須滿足規(guī)范要求，可表述為：

μR增+R抗≥K1R下 （2）

式中：μ—新增加固措施安全發(fā)揮系數(shù)；R增—新增支擋措施提供的抗滑力；R抗—原有支擋措施提供的抗滑力； R下—含外力作用下的邊坡下滑力；K1—滿足規(guī)范要求的安全系數(shù)。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

云南省楚雄市某礦業(yè)機(jī)械廠建設(shè)于山前坡地上，整個(gè)場(chǎng)地由挖山平整形成，在東北側(cè)形成約12.0m高垂直邊坡，坡頂1：1自然放坡。支擋措施采用“懸臂式樁板擋墻”，抗滑樁樁長(zhǎng)20.0m，懸臂段高12.0m，嵌固端入穩(wěn)定基巖8.0m，截面尺寸1.0m×1.2m，間距4.0m，建成后運(yùn)行正常，未見(jiàn)變形裂縫。2014年擋墻上部地塊規(guī)劃新建一玻璃廠，玻璃廠地面標(biāo)高高于原擋墻頂約7.5m，平整場(chǎng)地后擋土墻前硬化層被擠裂鼓起（圖1）、原支擋方樁樁身中下部出現(xiàn)斜裂縫（圖2），樁頂偏移錯(cuò)位嚴(yán)重，最大水平位移達(dá)10cm，對(duì)擋土墻前部廠區(qū)的人員生命和財(cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重的影響。究其破壞原因，主要是原有擋墻措施在未加固的情況下，墻頂場(chǎng)平、建筑加荷，對(duì)抗滑樁產(chǎn)生的主動(dòng)土壓力超過(guò)其支擋能力，導(dǎo)致抗滑樁損壞，擋土墻失穩(wěn)。

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2.2 反演計(jì)算

由于該懸臂式樁板墻設(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“反驗(yàn)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35°：

Ea1=0.5×19×（12）2×tan（45-35/2）2=370.71kN/m

坡頂動(dòng)荷載及超載產(chǎn)生的土壓力：

Ea2=（20+7.5×19）×12×tan（45-35/2）2=528.43kN/m

則單位長(zhǎng)度擋墻所承受的土壓力為：

Ea合=899.14kN

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)原擋土墻被動(dòng)土壓力合力為：

Ep合≈Ea合=899.14kN

擋墻加固考慮采用預(yù)應(yīng)力錨索加固，設(shè)計(jì)3排，新增加錨索安全發(fā)揮系數(shù)μ取0.95，加固后的擋設(shè)計(jì)安全系數(shù)取1.35，則根據(jù)式（2），有：

0.95×3×R增+899.14×4≥1.35×899.14×4

R增≥441.68kN

錨桿的極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按120kPa考慮，則設(shè)計(jì)錨索錨固長(zhǎng)度L：

L=441.68/（3.14×0.15×120×0.75×cos（20°））=11.09m

2.3 治理方案

為保證擋土墻墻頂及墻腳廠區(qū)安全，采取如下緊急搶險(xiǎn)和后續(xù)加固設(shè)計(jì)方案（圖3）。

2.3.1 坑頂卸載

為控制擋墻繼續(xù)變形，立即組織人力、機(jī)械將擋土墻頂部新近填土挖除卸載。

2.3.2 增大抗滑樁樁徑

根據(jù)樁的受損外觀分析及加固條件，采用增大抗滑樁截面的加固措施，沿原樁左側(cè)、面?zhèn)燃坝覀?cè)三面布設(shè)雙層雙向HRB400Φ16鋼筋，樁身三側(cè)截面尺寸均增大20cm，采用C30混凝土澆筑。

2.3.3 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)

在原樁板擋土墻上設(shè)置3道預(yù)應(yīng)力錨索，錨索種類采用5束？準(zhǔn)15.2mm低松弛鋼絞線（極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1860MPa），錨索總長(zhǎng)24m，自由段12m，錨固段12m，直徑150mm，錨索設(shè)計(jì)值678kN，鎖定值480kN。

2.3.4 加筋土擋墻設(shè)計(jì)

為減少坡頂擋墻加荷對(duì)樁板墻的影響，對(duì)坡頂玻璃廠的后期高填方邊坡宜采用輕體量的支護(hù)措施，故考慮采用7.5m高的加筋土擋墻進(jìn)行支擋。加筋土擋墻分兩級(jí)，上一級(jí)墻高3.5m，下一級(jí)墻高4.0m，土工格柵采用坦薩UXB型單向土工格柵，模塊現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制后拼裝。

2.4 治理效果

該工程自加固竣工（圖4）至今已近2年，施工過(guò)程監(jiān)測(cè)及竣工后的跟蹤監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，從預(yù)應(yīng)力錨索施工后，抗滑樁頂部未再出現(xiàn)明顯位移；上部加筋土擋墻也未出現(xiàn)明顯沉降、位移現(xiàn)象，說(shuō)明原損壞的樁板墻得到了加固修復(fù)，證明了該加固方案的合理性，為類似工程的處理提供參考。

3 結(jié)論

在缺少原有邊坡?lián)鯄翱辈熨Y料的情況下，反演分析法可以迅速地確定出比較安全、經(jīng)濟(jì)、合理的加固設(shè)計(jì)計(jì)算方法，可充分考慮原有支擋結(jié)構(gòu)的作用，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

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