樁基托梁擋土墻的應用

胡勝華

(中建材西南勘測設計有限公司，四川 成都 610051)

0 前 言

隨著鐵路、公路建設及城市的擴張等，工程建設中難免會遇到很復雜的工程地質條件，針對具體的工程地質條件合理選用支護結構，對于確保工程安全、節約投資等具有重要意義。本文根據某工程的實際工程地質條件，介紹樁基托梁擋土墻的應用，供巖土設計工作者在遇到相似工程地質條件時借鑒參考。

1 項目概況

某項目邊坡開挖取土引發滑坡，滑坡縱向長60 m，滑坡橫向寬230 m，坡高約12 m，面積約13 800 m2，滑動面平均深8.0 m，滑體體積為1.1×105m3，屬淺層牽引式土質滑坡，嚴重威脅坡頂的道路、辦公區及居民區。

2 地質環境條件

項目區屬于低緯度高原山地季風氣候，構造剝蝕低中山地貌，海拔高程為1 914～1 944 m。場地淺表地層為填土，其下為第四系沖湖積黏性土、泥炭質土組成，地層分述如下。

2.1第四系人工填土層(Q4ml)

素填土①層：場地淺表部土層，成分主要為黏性土，含少量礫石，以褐紅、褐黃、灰色為主，稍濕、松散、均勻性差、結構松散、固結差、地層分布不均勻，主要厚度變化均與原始地形有關，層厚0.50～7.30 m，一般厚度較小，局部地段厚度較大。

2.2第四系沖湖積相層(Q4al+l)

黏土②層：褐紅、棕紅、褐黃色、很濕、可塑狀態、中等壓縮性土、含少量礫石、斷面較光滑、切面稍有光澤、干強度及韌性高，場地內大部分地段均有分布，層厚0.90～10.80 m，層面有一定起伏，厚度變化較大。

黏土③層：深灰、黑色、軟-可塑狀態、切面光滑、干強度及韌性高、高壓縮性、局部混有機質團塊及粉土團塊，呈層狀分布于整個場地，層厚為0.90～7.80 m，平均層厚4.90 m。

泥炭質土③1層：黑、褐黑色、濕、軟-可塑狀態、高壓縮性土、斷面粗糙、切面稍有光澤、干強度及韌性低、有機質含量為20%～50%，場地內均有分布，層厚0.90～10.70 m。

粉質黏土③2層：灰、淺灰、蘭灰色、濕、可塑狀態、斷面粗糙、切面稍有光澤、干強度及韌性中等、中壓縮性土、場地內均有分布，層厚1.20～10.10 m。

粉質黏土④層：黃、灰黃、棕黃色、飽和、硬塑狀態、含有10%～15%礫石，礫石成分主要為強風化石英巖，斷面粗糙，切面稍有光澤，干強度及韌性中等，中壓縮性土，場地內均有分布，層厚0.90～13.20 m。

2.3 水文地質條件

場地區內地下水以孔隙水為主，無統一的地下水位，地下水位隨地形起伏變化，坡體土層透水性弱、富水性差。地下水位埋深0～12.30 m，地下水受降水及地形制約，徑流途徑一般較短，在低洼處形成泉點或在邊坡坡腳等有利地段以片流形式滲出，邊坡坡腳土體飽水。

3 治理方案設計

根據地層分布，上部為第四系松散填土層，下部以軟-可塑為主的黏性土層及軟弱的泥炭質土，地質條件差。由于下伏地層較差，如采用擋土墻進行支擋，地基承載力及擋墻抗傾覆驗算不能滿足要求；如采用樁基，則樁長較長，樁徑大，不經濟。因此，綜合分析后采用樁基托梁擋土墻進行支擋。樁基托梁擋土墻能滿足地基承載力及支擋結構沉降變形。在不同的工況下，樁基的作用是不同的，如果滑坡體的滑坡推力主要由擋土墻承擔，樁基的主要作用是提高地基承載力，防止擋土墻破壞，則按照樁基礎的計算理論計算；如果滑坡體的滑坡推力主要由樁基承擔，則此時的樁基就是抗滑樁，不僅要支承上部荷載，而且要抵抗滑坡推力的作用。根據滑坡推力作用位置的不同，提出兩種樁基托梁擋土墻結構計算模式，即承載型樁基托梁擋土墻和抗滑型樁基托梁擋土墻。本項目擋土墻主要承擔墻后土壓力，樁基承擔墻后土壓力及滑坡推力，因此，按抗滑型樁基托梁擋土墻進行設計計算。

3.1 理論計算簡述

擋土墻：按常規庫侖土壓力理論進行受力分析計算及結構設計；托梁：分段按支端懸出簡支梁計算及結構設計，考慮到地基土質較差，不考慮地基反力，按普通連續梁進行計算，計算簡圖如圖1所示。

圖1 支端懸出簡支梁外荷載分布圖

樁基：在進行樁基的內力計算時，不考慮托梁底面土體的支承和摩擦作用，假定作用于擋土墻的水平荷載、豎直荷載以及彎矩通過托梁頂全部傳給樁頂，把托梁當成完全剛體看待。樁基按抗滑樁來進行內力計算，滑動面以下樁身部分為樁基錨固段，滑動面所在樁身位置為錨固點，錨固點以下的抗滑樁按照彈性地基梁來進行設計計算。

采用“m”法計算任意截面的位移、轉角、彎矩、剪力及側應力的計算公式如下：

(1)

式中，χy為樁身計算截面水平位移，m。

(2)

式中，φy樁身計算截面轉角，(°)。

(3)

式中，My樁身計算截面彎矩，kN·m。

(4)

式中，Qy樁身計算截面剪力，kN。

σy=mHyχy

(5)

式中，σy樁身計算截面側向應力，kN/m2。

樁底雖然地層較差，但考慮到樁長較長，因此，錨固段樁底按膠結端考慮：

(6)

(7)

3.2 結構設計

樁基托梁擋土墻墻高8 m，分段托梁尺寸為長×寬×高=10 m×3.65 m×1.1 m，每段托梁設置4根樁基，雙排布置，樁長12 m，樁徑1.0 m，縱向樁間距為5.0 m，托梁兩端懸臂長2.0 m；擋墻采用C20片石混凝土，樁基及托梁采用C30混凝土澆筑。工程設計剖面見圖2。

圖2 工程設計剖面圖

4 總 結

通過對具體的地質條件分析，針對基底地層軟弱，無法直接采用擋土墻工程，或采用樁基工程經濟性不佳等，采用樁基托梁擋土墻的組合運用，對特定工程地質條件的災害治理的應用進行介紹，不僅降低了工程造價，而且提高了工程安全性。從項目建成運營多年的結果來看，工程無變形、開裂等。本研究可供相關巖土工程設計人員遇類似地質條件的工程治理時借鑒參考。

[ID：013722]