預應力錨桿在河道高擋墻加固中的應用

◎南英堯 惠州市華禹水利水電工程勘測設計有限公司

1.工程概況

本文以已建成的擋墻加固案例為背景，該擋墻加固工程位于深圳市某河道一別墅山莊段，該段河道擋墻現狀為漿砌石重力式擋墻，墻高約9～13m，修建年代較為久遠，整座墻體現狀外觀質量較差，墻面基本沒有排水孔等墻體排水措施，特別是在大暴雨的情況下容易造成墻前墻后水位變化較大，存在坍塌風險，安全隱患較大。擋墻后為別墅山莊，所處地理位置重要且不具備大開挖條件，拆除重建可能性較小。經綜合比較，對該段擋墻進行加固設計處理更為合理。

2.加固設計原理

由于別墅山莊段現狀擋墻缺乏設計資料，但通過現場勘察分析該段擋墻在目前情況下并未發生倒塌，可以倒推擋墻建成之初，在墻前墻后無水下并沒有倒塌傾向，說明此時擋墻的抗滑力不小于其滑移力，則可以假定它至少處于臨界穩定狀態，即此時的抗滑力等于滑移力，擋墻的抗滑穩定安全系數是1.0，由這種假定來結合現狀墻高來推測擬定擋墻的結構尺寸。

本工程河道建筑物級別為3級，首先根據推測擬定的擋墻斷面來復核其在不同工況下的穩定及受力狀況，若在完建工況下原擋墻自身提供的抗滑力小于所受滑移力的1.25倍（規范要求的最小倍數），且在水位驟降工況下原擋墻自身提供的抗滑力小于所受滑移力的1.10倍（規范要求的最小倍數），需采取相應的加固措施來提供足夠的抗滑力來滿足規范要求，經過分析采用預應力錨桿加固方式，通過預應力錨桿的提供的拉力來加大擋墻的抗滑力。

3.現狀擋墻復核計算

3.1 計算工況

根據擋墻實際情況，取如下工況進行驗算。

工況一：完建工況下，墻前墻后無水，設計荷載為擋墻結構自重、墻后填土重、填土表面上的分布荷載；

工況二：水位驟降工況下，墻前墻后水位差為0.5m。擋墻墻后水位為50年一遇設計洪水位，墻前水位為50年一遇設計洪水位減去0.5m，荷載為墻體結構自重、土重、填土表面上的分布荷載、靜水壓力、揚壓力、水重力。

3.2 復核計算

（1）擋土墻抗滑穩定計算：

式中：KC為擋土墻沿基底面的抗滑穩定安全系數；f為擋土墻基底面與地基之間的摩擦系數，根據地勘報告本段擋墻的持力層為粉質黏土，摩擦系數取值0.3；ΣG為作用在擋土墻上全部垂直于水平面的荷載，kN；ΣH為作用在擋土墻上全部平行于基底面的荷載，kN。

（2）擋土墻抗傾覆穩定計算：

式中：KO為擋土墻抗傾覆穩定安全系數；MV為對擋土墻基底前趾的抗傾覆力矩，kN·N；MH為對擋土墻基底前趾的傾覆力矩，kN·N。

（3）本工程建筑物級別為3級，擋墻的抗滑穩定安全系數為：正常運用1.25；非正常運用1.10。擋墻抗傾穩定安全系數為：正常運用1.50；非常正運用1.40。選取該段擋墻某個位置的典型斷面進行各工況計算。經計算，擋墻在工況一條件下，滑移力=568.44kN、抗滑力=574.12kN，抗傾安全系數K0=2.745＞[1.50]，滿足規范要求，但抗滑安全系Kc=1.01＜[1.25]，不滿足規范要求；擋墻在工況二條件下，滑移力=511.08kN、抗滑力=460.70kN，抗傾安全系數K0=1.800＞[1.40]，滿足規范要求，但抗滑安全系數Kc=0.901＜[1.10]，不滿足規范要求。故現狀擋墻需經過錨桿來補充提供抗滑力來保證其穩定且滿足現行規范要求。

4.錨桿的設計計算

4.1 錨桿計算原理

擋墻頂部人員及車輛活動頻繁，擋墻一旦失穩會造成公共安全問題。根據《巖土錨桿（索）技術規程（附條文說明）》（CECS 22-2005）規定，對永久性錨桿抗拔安全系數應≥2.2。

錨桿錨固段長度計算，錨固段計算采用《巖土錨桿（索）技術規程》公式，并取下述公式中的最大值：

式中：La為最小錨固長度，m；K為錨桿的抗拔安全系數，依規范取2.2；Nt為錨桿軸向拉力設計值，kN；D為錨孔直徑，mm；fmg為錨固段注漿體與地層間粘結強度的標準值，kPa，查地勘報告；由于本工程采用二次高壓注漿，根據規范要求其極限粘結強度標準值將顯著提高，提高后粉質粘土與錨固體粘結強度標準值應≥55kPa，粗砂與錨固體粘結強度標準值應≥100kPa，礫質粘性土與錨固體粘結強度標準值應≥65kPa；φ為錨固長度對粘結強度的影響系數，按規范表7.5.2取值；fms為錨固段注漿體與鋼筋粘結強度的標準值，kPa，查規范表7.5.1-2；d為鋼筋直徑，mm；ζ為采用2根或2根以上的鋼筋時，界面的粘結強度降低系數，取0.7。另外依規范規定：為了安全和穩定性的要求，錨桿的有效錨固長度除應滿足公式計算的要求外，在土質地層中一般宜≥6m。

根據現場調查，現狀擋墻后為原狀山體，再通過地質鉆探揭露情況，本次擋墻及錨桿計算所采用的土層參數按擋墻后推測1∶1開挖邊線為分界線，靠近擋墻側采用素填土參數，遠離擋墻側采用原狀土參數。

4.2 錨桿計算結果

按照以上的計算原理及規范規定條款，采用理正巖土電算，工況一計算結果見表1。

表1 工況一：樁號3+324.95擋墻錨桿計算結果表

在工況一條件下：原擋墻經錨桿加固后，錨桿水平間距為1.6m，豎向間距為2.0m，錨桿能提供原擋墻單米寬的軸向拉力為設計值168.75kN，錨桿與水平方向夾角為15°，故錨桿提供的抗滑力為176.10kN，加上擋墻自身提供的抗滑力574.12kN，合計抗滑力為750.22kN，滑移力為568.44kN，則抗滑安全系數可提高到1.32＞[1.25]，滿足規范要求。

在工況二條件下：原擋墻經錨桿加固后，錨桿水平間距為1.6m，豎向間距為2.0m，錨桿能提供原擋墻單米寬的軸向拉力為設計值146.88kN，錨桿與水平方向夾角為15°，故錨桿提供的抗滑力為153.28kN，加上擋墻自身提供的抗滑力460.70kN，合計抗滑力為614.98kN，滑移力為511.08kN，則抗滑安全系數可提高到1.20＞[1.1]亦滿足規范要求。

5.結束語

根據以上理論進行計算設計施工后，該加固工程安全運行已有三年，期間經歷了汛期大暴雨和臺風的考驗，也進行了多次墻體位移沉降監測，均滿足規范設計要求，故經實踐論證，該方法對城市高擋墻加固具有一定的實踐指導和借鑒的價值。