某邊坡工程的加固措施研究

關海燕

(福建省閩武長城巖土工程有限公司 福建福州 350013)

0 引言

由于施工單位未按照原設計圖紙施工，在土方開挖過程中，邊坡周邊出現較大變形，顯然原支護體系強度不足，已不能滿足安全性要求。在這種情況下可供選擇的方案有兩種：一是廢棄原有支護結構，重新設計施工，這樣造成很大浪費，并且拖延工期；二是充分利用已有支護結構，對已有結構進行加固補強，但是已有支護結構到底能發揮多大的作用，顯然是一件較難評估且有一定風險的工作。經過多方討論及專家論證，最終選擇充分利用已有支護結構，采取加固補強措施，以滿足安全及經濟要求。

1 工程概況

擬建工程場地原為剝蝕殘丘地貌單元，因工程建設需要，場地進行設計整平后，最終在南側形成10m～15m高人工邊坡，低洼地段回填最大厚度約10m。坡腳距離擬建建筑外墻線約6.5m，坡頂有一條12.0m寬的水泥路，以及一棟18F住宅樓，基礎形式為樁基礎，建筑邊線距離坡頂線最近為14.0m。該區域抗震設防烈度為6度。

1.1 工程地質條件

根據勘察報告鉆孔揭示，表層為新近人工堆填素填土，其下為全～中風化凝灰熔巖。地層及設計參數如表1所示。

表1 巖土體物理力學參數表

1.2 水文地質條件

擬建場地地表水不發育，場地內地下水為風化帶孔隙裂隙水和下部基巖裂隙水兩種類型。前者主要賦存于全～強風化凝灰熔巖孔隙裂隙中，后者賦存于中風化凝灰熔巖層中。勘察期間擬建場地內未見初見水位，地下水混合穩定水位埋深7.50m～13.30m，穩定水位標高30.75m～35.52m，預計場地范圍內全年地下水位變化幅度約為2m～3m。

2 原支護方案及存在問題

2.1 原支護方案

邊坡分兩級支護，采用全粘結系統錨桿+排樁+預應力錨索進行支護。上一級坡高為5.0m，坡率為1∶0.75，采用全粘結系統錨桿支護；下一級采用排樁+預應力錨索，沖(鉆)孔灌注樁樁徑1.0m，樁長約15m，樁間距1.5m。上下兩級之間平臺寬2m，上下兩級面層均掛鋼筋網，噴射100mm C25混凝土進行護面。坡體設置一排仰斜排水管，坡面布置泄水孔，坡腳設置排水溝。支護方案如圖1所示。

圖1 原支護方案剖面圖

2.2 存在問題

施工單位已經完成全粘結系統錨桿、沖(鉆)孔灌注樁、預應力錨索施工，預應力錨索在未進行張拉鎖定的情況下開挖土方至排樁冠梁面以下4m～5m，違背設計施工順序，排樁處于懸臂狀態，導致坡頂的水泥路出現嚴重沉降，沉降量約10cm，沉降較均勻，未出現嚴重開裂。坡頂建筑亦出現開裂，建筑周邊排水溝頂蓋與建筑墻體脫離。

經設計單位深入調查了解發現，施工中存在諸多問題，其中較嚴重的有兩點：

其一，排樁樁長未達到設計長度，有些比設計樁長短約7m，樁端未落于設計地層。

其二，在現場隨機抽取4根預應力錨索進行錨索拉拔試驗，設計單根錨索拉拔力值為650kN，現場試驗僅可做到70～80 kN時錨索變形量就已超出規范限值，試驗值偏離原設計值太多。

根據上述調查結果，分析該邊坡變形的根本原因有以下兩點：

其一、樁長不足主要是樁嵌固段長度不足，由于上部松散土層較厚，樁端應穿過不穩定土層，嵌入原狀穩定土層一定深度，樁身嵌固段長度不足導致樁前端被動區土壓力難以支擋樁后的主動土壓力，最終出現樁頂變形較大。

其二、錨索并未起到作用，樁頂設置錨索，初衷是樁身出現變形，由錨索承擔一部分荷載，由于施工質量問題導致錨索基本處于失效狀態，當樁頂一旦出現較大變形，錨索根本起不到作用。

3 臨時搶險措施

險情發生后立刻組織施工單位進行搶險，采取土方回填反壓措施，土方回填高度至排樁冠梁底面，并且要求監測頻率提高。監測單位最終反饋的監測數據表明，坡頂地表水平位移及沉降、坡體深層水平位移、坡頂建筑豎向、水平位移及傾斜等監測數據，均小于預警值。

圖2 重新加固方案剖面圖

4 加固方案設計

鑒于該邊坡工程存在上述問題，必須對現有的支護體系進行加固處理，以確保邊坡自身穩定及周邊建構物的安全。加固處理同時應考慮以下3個因素。

(1)坡頂小區業主禁止建設單位再打錨索；

(2)已將原設計的支護樁施工完成，本次加固設計應盡可能利用原支護樁，以免造成浪費；

(3)控制邊坡及周邊建構物的繼續變形，最終保證邊坡整體穩定。

4.1 加固方案

重新加固在原支護結構上進行加固,在已施工排樁前加打兩排沖(鉆)孔灌注樁，前排樁樁徑1.0m，樁間距2m，后排樁樁徑1.0m，樁間距6m。兩排樁樁頂布設冠梁，兩排樁頂用連梁、200mm厚度板連接，已施工單排樁與前排樁之間在樁頂設置豎向斜撐梁，斜撐梁間距為6m。這樣冠梁、連梁板、豎向斜撐梁以及樁間腰梁將所有樁連成一個整體，形成剛度較大的支護體系。樁間土面層掛鋼筋網，噴射100mm C25混凝土進行護面。坡體設置一排仰斜排水管，坡面布置泄水孔，坡腳設置排水溝。景觀工程考慮在坡頂及平臺上種植爬藤植物。支護方案如圖2所示。

4.2 模型建立與計算

由于加打的兩排沖(鉆)孔灌注樁，樁身進入原狀穩定土層一定深度，且樁端嵌入中風化巖1D，樁端可以近似認為固定端。樁頂采用剛度較大的冠梁、連梁板、豎向斜撐梁以及樁間腰梁，將所有樁連成一個整體，形成剛度較大的剛架結構。該支護體系中樁的受力機理與理正深基坑軟件中雙排樁的受力機理比較接近，即作用在結構兩側的荷載與單排樁相同，前后排樁之間的樁間土采用側限約束假定，認為樁間土對前后排樁的土反力與樁間土的壓縮變形有關，將樁間土看做水平向單向壓縮體，按土的壓縮模量確定水平剛度系數。

同時，考慮邊坡開挖后樁間土應力釋放后仍存在一定初始壓力，計算土反力時應反映其影響，該模型初始壓力按樁間土自重占滑動體自重的比值關系確定；加之，要考慮原支護樁的有利作用以及以往工程經驗[2]。經綜合考慮，利用理正深基坑軟件的雙排樁計算模塊近似模擬該支護體系。將雙排樁排距折中考慮為3.5m，間距為2.5m，坡頂道路荷載按20kPa考慮，計算邊坡的整體穩定性及變形量，計算結果均滿足規范要求[1]。計算結果如表2所示。

表2 邊坡穩定性驗算

5 加固方案施工與檢測

該工程為一級邊坡工程,采用逆作法施工,其施工順序為:

第一階段：分級、分層開挖土方(上一級土方開挖5.0m)→分級、分層施工系統錨桿→面層防護→施工沖(鉆)孔灌注樁(單排樁)→施工冠梁。(此階段已施工完成)。

第二階段：沖(鉆)孔灌樁(兩排樁)→分級、分層放坡開挖至外排樁頂→施工外排樁頂冠梁及豎向斜撐梁→開挖斜坡土方至內排樁→施工水平連梁、腰梁、200mm厚度鋼筋混凝土板→分級、分層開挖土方(開挖至坡底)→面層防護→排泄水系統施工。(此階段為本次加固設計內容)。

支護體系必須形成整體,且混凝土強度達80%設計強度后,方可進行土方開挖,要求分層均衡開挖，分層開挖厚度不超過1.5m,分層開挖至設計標高。施工中各項原材料檢驗批、試塊檢驗結果均滿足規范要求。樁基完整性采用低應變法動測法檢測，樁均為Ⅰ、Ⅱ類樁，滿足設計要求。

6 邊坡監測

邊坡施工期及竣工2年之內第三方進行監測，建立了較完善的監測系統。邊坡布置了坡體深層水平位移、支護樁身變形(測斜)、支護樁鋼筋應力、坡頂地表水平位移及沉降、坡頂建筑豎向、水平位移及傾斜。其中，坡體深層水平位移累計值23mm，支護樁身變形(測斜) 累計值18mm，坡頂地表沉降累計值14mm，坡頂建筑沉降累計值8.0mm。各項監測數據均滿足規范要求，表明該次加固方案是行之有效的。

7 結論

(1)在某些特殊條件下，錨索無法實施時，采用單排懸臂樁難以滿足承載力、變形等要求時，雙排剛架結構是一種可供選擇的支護型式。

(2)根據理論計算結果及后期的監測數據表明，該支護體系具有整體性好、側向位移較小，安全性大大提高的優點。

(3)排樁加固必須穿過不穩定地層，樁身進入原狀穩定地層一定深度，依靠樁前端的穩定地層被動土壓力抵抗樁后的主動土壓力。

(4)要建立有效的監測系統，根據反饋回的監測數據，及時調整設計，以免發生事故。

參考文獻

[1] GB50330-2013建筑邊坡工程技術規范[S].北京：中國建筑工業建筑，2013.

[2] JGJ120-2012 建筑基坑支護技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社, 2012.