松木樁在水工擋土墻加固中應用

徐 量，姜晴霞，花 卉

(淮安市水利勘測設計研究院有限公司南京分公司，江蘇 南京 210008)

我國幅員遼闊，河流湖泊不計其數，每逢汛期，水災頻頻發生，為了“興水利、除水害”，人們在河道中修建了眾多閘、壩、泵站、堤防等水工建筑物以抵御洪水的肆虐。

水工擋土墻常常作為附屬于水工建筑物的擋土建筑物，幾乎在所有防洪、治澇、灌溉、供水、航運、發電等水利水電工程中不可缺少的。它不但具有擋水作用，而且兼有擋水、導水側向防滲作用。擋土墻常見的有不均勻沉降、滑移破壞、傾倒破壞，其中以滑移破壞見多，在滑移發生初期即時采取有效的補救措施，將能極大程度地減少經濟損失。

松木樁是種傳統的地基處理樁型，其強度大，耐腐蝕性強，且價格低廉，直到現今的很多水利工程中都有應用。松木樁在打入土層中后，跟空氣隔絕，耐腐蝕性極強，這種特性尤其適合在飽和軟黏土。因此將其用在處理滑坡、擋墻滑移破壞等工程中很有成效。

1 工程情況

某泵閘工程位于寧波奉化江沿江堤防上，由3×4.5m水閘+20m3/s泵站組成，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物級別為1級，次要建筑物級別為4級。發生滑移擋墻處于閘站外江側右岸，級別為4級。

1.1 工程地質情況

根據勘察的鉆孔現場編錄資料和土工試驗成果，按地基土的土性特征、成因時代、埋藏分布條件及其物理力學性質，將場地勘探深度范圍內的地基土劃分為7個工程地質層，細分為11個工程地質亞層。

擋墻位置地基土為Ⅱ層淤泥質粉質黏土(mQ4)，該層呈流塑狀態，高壓縮性，物理力學性質差，抗剪強度低，含水率為39.4%，孔隙比為1.114，液性指數1.21，壓縮系數0.60MPa-1，承載力特征值為70kPa，與混凝土底板的摩擦系數為0.20。

1.2 設計擋墻斷面

擋土墻結構型式采用鋼筋混凝土懸臂式結構，墻高3.0m，其中底板厚0.5m，面板高2.5m，墻頂寬0.3m，墻底寬0.5m，底板前趾寬0.7m，后踵寬1.8m。底板總寬3m。擋墻在0.63m高程設置排水孔，墻后填筑透水性材料塘渣，以排除墻后積水。為了滿足抗滑穩定，采用的是預制方樁基礎，樁頂嵌入底板，保守起見，按滑移力全部由樁承擔設計，選定C25鋼筋混凝土預制方樁250mm×250mm，樁長9m，樁間距1m矩形布置。斷面結構如圖1所示。

2 事故情況

滑移部位為右岸第三幅擋墻，該段采用的預制方樁處理地基，該段擋墻2016年6月30日完工，完成后，在墻前有堆土與鋼便橋銜接，所以一直未

出現滑移現象，直至7月18日，拆除鋼便橋及清除墻前堆土后，于7月19日發現擋墻有向前滑移現象，因為是圓弧段，兩端位移不同，伸縮縫位置有明顯錯縫，兩端發生錯位分別約9cm與2cm，如圖2所示。

圖2 發生滑移段擋墻照片

2.1 原因分析

經調查分析，該事故發生的主要原因是施工單位施工基礎時未將預制方樁澆筑進擋墻底板(如圖3所示)，從記錄的影像資料查看，基本看不到樁頭，原本由樁基提供的抗滑力完全失去作用，因此出現了明顯滑移的現象。

圖3 底板澆筑前照片

2.2 擬采取處理措施

為了避免墻體繼續發生滑移，首先讓施工單位抓緊先進行墻后土卸載，然后參建各方討論分析原因及采取工程措施進行擋墻加固，設計單位經過反復比選和計算確定采用擋墻前加抗滑樁的加固型式。

3 抗滑樁設計

3.1 剩余滑移力計算

經計算，不計原設計中預制方樁的抗滑作用，擋土墻加固完成后取水位驟降工況，墻后水位1.13m，墻前無水，此時墻后土的滑移力為61.36kN，基礎提供的抗滑力為32.49kN，擋土墻等級為4級，考慮安全系數1.05，剩余滑移力為31.94kN，將剩余滑移力全部由抗滑樁承擔，以此來確定松木樁的布置和長度，為了施工方便，同時就地取材，使用工地上多余的木樁，計算時直接以6m長稍徑140mm松木樁計算。

3.2 松木樁單樁水平承載力計算

松木樁的水平承載力計算可參照JGJ 94—2008《建筑樁基技術規范》中的單樁基礎承載力計算公式確定，公式是依據m法，控制水平位移來確定樁身水平承載力，選取的參數：松木樁的彈性模量E=9000N/mm2，水平抗力的比例系數m依據地勘成果及當地經驗值取1.6MN/m4。計算公式及結果見表1。

表1 水平承載力計算表

從表1可知，6m長稍徑140mm松木樁單樁水平承載力計算值為2.24kN，查詢松木樁橫紋抗剪強度一般大于6.3MPa，稍徑140mm的松木樁抗剪斷剪力96.93kN>2.24kN，所以松木樁水平承載力由水平位移控制，取2.24kN。

3.3 群樁綜合水平承載力

由于松木樁單樁承載力較低，如不考慮群樁效應，計算的樁的根數很多，不僅不經濟，而且不符合實際情況，因此在樁頂部設置阻滑板將松木樁約束成整體，考慮群樁效應，即考慮由阻滑板、樁群、土互相作用產生的群樁效應，對單樁水平承載力進行修正。按下式計算：

Rh=ηhRha

ηh=ηiηr+ηl+ηb

式中，Rh—群樁綜合水平承載力特征值；ηh—群樁效應綜合系數；ηi—樁的互相影響效應系數；ηr—樁頂約束效應系數；ηl—承臺側向土水平效應系數，側邊為回填土，不考慮側向抗力，取0；ηb—承臺底摩阻效應系數，承臺荷載較小考慮全部由樁承擔，取0。

本次計算的群樁效應，主要是考慮樁群的互相影響，不考慮側邊回填土的抗力和承臺底部的摩阻抗力。為了充分發揮樁間土的水平抗力，取樁間距大于5倍樁徑，即0.75m。垂直滑移力方向樁的根數對綜合系數影響不大，此時取3倍樁徑，取值0.36m，可取2.5根，因此只需要確定沿滑移力方向的排數，計算出不同排數的綜合系數，見表2。

由表2可知，排數越多，綜合系數越小，但是由于樁的根數越多，每延米的抗滑力總體是隨著樁的根數的增加而增加的。由前文可知，樁承擔的水平滑移力為31.94kN，需要的樁根數在7.5～10之間。

為了讓樁的布置更加合理化，采用梅花形布置方法，此時樁中心距0.48m，樁排間距0.75m，樁列距0.3m。等效換算后，沿滑移力方向樁的排數s1=2.5，垂直滑移力方向樁的根數s2=3.33，每延米樁的根數8.33根，此時計算的綜合系數為1.82，綜合水平承載力特征值為4.08kN，每延米抗滑力33.99kN>剩余滑移力31.94kN，滿足要求。

圖4 松木樁加固設計斷面圖

表2 群樁綜合水平承載力計算表

4 處理方案成果

經計算，抗滑樁采用6m長稍徑140mm松木樁，梅花形布置，水平間距0.30m，垂直間距0.75m，樁中心距0.48m，樁頂阻滑板板寬2.5m，板厚0.3m，前端加0.4m深齒墻。為了減少擋墻位移，阻滑板緊貼擋墻前端，采用一氈二油嵌縫。結構斷面及施工現場照片如圖4—6所示。

圖5 松木樁加固現場施工照片

5 結語

本工程擋土墻外有粗料石貼面，即使發生位移，也可以通過調整貼面厚度來處理外觀錯縫的問題，處理后外觀較好，自2016年9月處理完畢至今運行狀況良好，說明抗滑樁阻滑板已經發揮了作用，處理得當、合理。

本文以實際工程為案例，提供了利用松木樁抗滑來處理既有擋土墻滑移的方法，從事故情況說明、原因分析、處理措施、設計計算及施工方法等一整套完整事故處理流程做了詳細的說明，對同行具有一定的參考價值。松木樁作為一種傳統的常用的地基處理型式，其廉價、耐久性強、施工方便快捷等特點，與其他較昂貴的樁型相比，經濟效益顯著。工程師在設計中應當考慮此種

圖6 施工完成效果圖

樁型的應用。