一種新型雙排樁擋土墻

趙鵬 吳崗

【摘 ? ?要】：針對傳統雙排樁擋土墻頂部連梁不能滿足道路橫向較大高差需求的問題，以實際工程為例，設計了一種用于河岸護坡的新型雙排樁擋土墻，將懸臂式擋墻和雙排樁擋墻結合，能夠滿足墻頂高差變化的需求；通過線彈性基床系數法（m法）和有限元法的對比，驗證了m法對該擋土墻有效性。

【關鍵詞】：雙排樁；擋土墻；m法；道路；邊坡支護

【中圖分類號】：TU476.4【文獻標志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2023）02-27-03

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.02.006

A Double-Row Pile Retaining Wall

ZHAO Peng1， WU Gang2

（1. Central & Southern China Municipal Engineering Design and Research Institute Co.Ltd.， Xi′an 71000，China；

2. Shenzhen Municipal Design & Research Institute Co. Ltd.， Shenzhen 518000，China）

【Abstract】：In view of the problem that the top coupling beam of traditional double-row pile retaining wall can not meet the demand of large horizontal height difference of road， based on actual projrct， the paper designes a new type of double-row pile retaining wall for river bank slope protection. This type of retaining wall combines the cantilever retaining wall with the double-row pile retaining wall， which can realize the demand of the change of the top height difference. The effectiveness of M method for this type of retaining wall are tested by comparing M method and finite element method.

【Key words】：double row pile; retaining wall; M method; slope support

雙排樁擋土墻是邊坡支護常見的擋墻形式，通過頂部連系梁形成門式結構，大大提高了擋土結構的剛度[1]。傳統雙排樁擋土墻頂部連梁與雙樁剛接形成門形結構，頂部連梁齊平，無法滿足道路橫向較大高差的需求，本文借鑒現有雙排樁擋土墻形式[2]，提出一種新型的雙排樁擋土墻，將懸臂式擋墻和雙排樁擋墻結合，不但滿足道路橫向較大高差的需求，同時仍具有傳統的雙排樁擋土墻剛度大、挖方工程量小、施工方便的優點。

1 工程與地質概況

某新建道路工程西側局部約100 m緊臨現狀河道，設計路面高于現狀地面，填方高度約0～3 m。設計道路邊線位于河岸坡腳外，侵占部分河道，因此需要建造擋土結構，擋土高度約7.0～7.5 m。

場地屬渭河南岸二級階地及沙河高漫灘。土層自上而下分別為雜填土、含砂粉質黏土、礫砂、粉質黏土、卵石、砂質泥巖。見表1。

勘察期間，場地穩定水位在河床底部以下4.5 m處，地下水主要受大氣降水及地表滲水補給，以徑流及蒸發形式排泄。

2 支護方案

本工程擋土結構較高，單排樁剛度小，經試算墻頂位移容易超限，提出一種新形式的雙排樁擋土墻。雙排鉆孔灌注樁樁徑均為 800 mm、排距3.2 m、縱向間距 2 m，前排樁地下部分及后排樁為灌注樁，前排樁地上部分為尺寸480 mm×800 mm 矩形截面柱，外掛200 mm 厚擋土板。雙排樁頂部為懸臂式矮擋墻，對雙排樁起連結作用，通過h1的變化，滿足人行道和道路高差不一致的需求。見圖1。

施工順序：前排樁施工→矩形柱和擋土板施工→墻后填土至擋土板頂→后排樁施工→頂部矮擋土墻施工→墻后填土、道路人行道面層施工。

3 有效性驗證

3.1 線彈性基床系數法計算分析

樁板式擋土墻主要以樁頂水平位移為控制對象，傳統雙排樁擋土墻采用規范[3]推薦的線彈性基床系數法“m法”計算，即假設樁側土為Winkler離散線性彈簧，任意深度處樁側土反力與該點的水平位移成正比，比值為彈簧剛度系數k，不考慮樁土之間的黏著力和摩阻力，k值與彈簧距地面深度成正比，比例系數為m。m值僅與土的性質有關，一般按JGJ 94—2008《建筑樁基技術規范》表5.7.5取值，結合本工程地勘報告，各土層m值見表2。

取擋墻典型斷面，利用理正平面鋼桁架模塊，建立計算模型，分為兩個工況。

工況一為前排樁及樁后填土完成，地面施工活載取10 kPa；工況二為擋墻完成，使用階段，地面運行活載取30 kPa。見圖２。

彈簧剛度的取值

k=m·z （1）

kc=Es/（Ey-d） （2）

式中：k為外側土彈簧剛度，kN/m3；kc為樁間土彈簧剛度，kN/m3；z為墻底至彈簧的距離，m；Es為計算深度處土的壓縮模量，MPa；Ey為前后排樁中心距，m；d為樁的直徑，m。

本擋墻按一級基坑排樁支護結構水平位移允許值控制，為0.003h（h為樁長）[3]。m法計算結果表明，工況一樁頂水平位移為14 mm，工況二墻頂水平位移為16 mm，兩種工況頂部水平均滿足規范要求。

3.2 有限元法分析

有限元分析采用數學近似的方法對真實物理系統進行模擬，利用簡單又相互作用的元素就可以用有限數量的未知量去逼近無限未知量的真實系統。該方法能夠比較有效地模擬雙排樁支護結構與土體之間的相互作用，能夠計算出相關單元的內力及位移，模擬效果最接近實際。

利用有限元分析軟件Midas/GTS，建立二維平面應變計算模型。土體采用摩爾-庫倫彈塑性本構模型[4]；擋墻采用梁單元模擬；材料選擇線彈性模型，參照GB 50010—2010（2015年版）《混凝土結構設計規范》取值：彈性模量3 000 MPa，重度25 kN/m3，泊松比0.2。

距離開挖深度2～3倍距離以外的地方，基坑開挖引起的土體變形可忽略不計[5]；因此有限元模型寬度取至擋墻兩側各約2倍坑深處，深度取至砂質泥巖表面以下1 m處，模型兩側邊界設置水平約束，底部邊界設置豎向約束。擋土墻結構按照實際建模，各節點剛接，樁土接觸面節點耦合。

地面荷載取值與m法模型一致，工況一取10 kPa均布荷載，工況二取30 kPa均布荷載。Midas/GTS中，施工過程的模擬通過對提前定義的網格組的“激活”與“鈍化”功能來實現，具體步驟如下：

1）激活各土層、自重、底部約束和兩側約束，勾選位移清零，模擬邊坡經過多年固結沉降后達到穩定狀態，排除初始應力對后面工況計算結果的影響。

2）鈍化坡頂標高以上各土層，激活前排樁、墻后填土和施工地面荷載，模擬工況一。

3）鈍化施工地面荷載，激活后排樁、頂部矮擋墻、矮擋墻墻背填土和運行地面活載，模擬工況二。

有限元法計算結果表明，工況一樁頂水平位移為13.4 mm，工況二墻頂水平位移為22.3 mm，兩種工況頂部水平位移均滿足規范要求。

m法和有限元法計算結果對比，工況一樁頂位移接近，工況二墻頂位移前者僅后者的72%。m法模型樁間土彈簧剛度與結構本身形成整體，大大提高了結構的剛度，因此計算樁頂位移偏小，建議對m法計算結果進行適當放大。

4 結論和建議

1）提出一種適用于河岸護坡的雙排樁擋土墻，該型擋墻不僅能避免大開大挖，保護現狀岸坡施工方便，還能節省造價，同時滿足人行道和道路高差不一致的需求。

2）通過線彈性基床系數法和有限元法的比較分析，驗證了線彈性基床系數法對樁板式擋墻的有效性。

3）應當注意的是，m法雖然是目前規范推薦的相對成熟的計算方法，但是仍然存在一定局限性。比如，參數m的取值對計算結果影響較大，m值的確定依賴經驗，無法通過試驗確定，雙排樁前后排樁各自分擔的土壓力比例目前尚無定論，假定樁間土為線彈性彈簧的方法與實際不符，m法應用于雙排樁的計算需要對頂部位移進行放大修正，對于重要的擋土墻建議進行有限元分析。

參考文獻：

[1]張清晨.雙排樁擋土墻結構受力分析[J].低溫建筑技術，2017，39（11）：132-135.

[2]謝先坤，劉海青，趙楠.一種與基坑圍護相結合的雙排樁基擋土墻[P].上海： CN203947492U，2014-11-19.

[3]JGJ 120—2012，建筑基坑支護技術規程[S].

[4]龔曉南.高等土力學[M].杭州：浙江大學出版社，1996.

[5]熊智彪.建筑基坑支護[M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2013.