淺談灌注排樁擋土墻在武漢市巡司河一期工程中的運(yùn)用

靖澤文

（武漢市城市防洪勘測(cè)設(shè)計(jì)院，湖北武漢430014）

1 概況

武漢市巡司河位于武漢市武昌中心城區(qū)，巡司河綜合整治一期工程是排水渠道與環(huán)境綜合整治工程，處于華中科技大學(xué)武昌分校段，北起712研究所北面中泱橋，南至湖北工學(xué)院橋，全長(zhǎng)1 527 m，起止工程樁號(hào)3+790～5+317。該段渠底寬25～40 m，渠底高程在15 m，施工期間渠道水面標(biāo)高約18 m，渠道自然坡度40°～60°，部分渠道兩側(cè)有駁岸；渠道兩岸地形相對(duì)平坦，最大相對(duì)高差約2 m，地面高程21.49～23.57 m。兩側(cè)建筑物密集，西側(cè)主要為高校居住用地，包含712研究所、華科大武昌分校、湖北工學(xué)院等；東側(cè)為李紙路，規(guī)劃擬擴(kuò)建；東南面為通惠橋村，規(guī)劃納入城中村改造范圍。規(guī)劃排水廊道控制寬80 m。

2 場(chǎng)地地質(zhì)條件

根據(jù)實(shí)地勘察及試驗(yàn)結(jié)果，渠道地質(zhì)變化較大，場(chǎng)區(qū)土層分布自上而下分為素填土，（2-1a）層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（Q4）l，（2-1）層粉質(zhì)粘土（Q4a）l，（2-2）層粘土（Q4a）l，（2-3）層粉質(zhì)粘土（Q4a）l，（2-4）層粉質(zhì)粘土（），（3-1a）層粘土（Q），（3-1）層粘土 （Q3al+p）l，（3-2）層碎石土（Qel+d）l，（3-3）層粉質(zhì)粘土（Qel+d）l，（4）層粉砂巖（K-E）。場(chǎng)區(qū)各土層物理力學(xué)指標(biāo)建議值見(jiàn)表1所列。

3 設(shè)計(jì)思路

3.1 平面布置

設(shè)計(jì)渠道基本沿原渠線走勢(shì)，在規(guī)劃排水走廊范圍內(nèi)，對(duì)現(xiàn)有渠道流向轉(zhuǎn)折處采取平曲線轉(zhuǎn)彎，斷面根據(jù)規(guī)劃在原渠道基礎(chǔ)上挖深拓寬。渠岸變斷面處，以過(guò)渡段順接，坡岸以扭曲面漸變段將斷面岸線接順，以保證渠道過(guò)流能力和水力流態(tài)穩(wěn)定。

表1 場(chǎng)區(qū)各土層物理力學(xué)指標(biāo)建議值一覽表

3.2 斷面設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，排水廊道控制線寬80 m，渠道設(shè)計(jì)底高程為15.20 m，中平臺(tái)高程為19.20 m，頂高程為22.50～23.00 m，高差高達(dá)7.3 m，直立駁岸高為4 m，渠頂設(shè)2～3 m寬人行步道；渠頂平臺(tái)以上為斜坡方式與現(xiàn)有岸頂相接，坡寬7～13 m，坡面采用綠化生態(tài)岸坡，種植喬木、灌木和草皮。由于該工程范圍內(nèi)渠岸多為（2-3）粉質(zhì)粘土層分布，該層地基承載力小，抗剪強(qiáng)度低，壓縮模量小，局部存在淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，地質(zhì)較為復(fù)雜，兩岸建筑密集，基坑開(kāi)挖、支護(hù)難度大，基礎(chǔ)處理復(fù)雜，因此該工程對(duì)渠道垂直駁岸擋土墻采用Ф800灌注排樁擋土墻。為保證渠底設(shè)計(jì)寬度，減小開(kāi)挖面及周邊建筑物的影響，對(duì)開(kāi)挖條件有限，邊坡地層地質(zhì)差的渠道采用灌注排樁直立式駁岸形式，Ф800灌注樁排樁作為永久支擋結(jié)構(gòu)，樁長(zhǎng)11～22 m，樁距1.2 m，樁頂采用1 000×500冠梁將排樁連成整體，排樁擋土墻面層采掛Ф8@200（雙向）鋼筋網(wǎng)混凝土護(hù)面，噴射120 mm厚C20細(xì)石混凝土。為了阻止排樁擋土墻水平推力作用下產(chǎn)生較大變形，采取在排樁設(shè)計(jì)渠底用水泥攪拌樁進(jìn)行基礎(chǔ)處理，處理寬度10～13 m，深度3～5 m。斷面形式如圖1所示。

圖1 Ф800灌注排樁擋土墻方案斷面圖（單位：mm）

4 灌注排樁結(jié)構(gòu)計(jì)算

結(jié)構(gòu)采用極限平衡法和彈性抗力法進(jìn)行力學(xué)分析計(jì)算，以建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程(JGJ 120-99)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ 50010-2002)、巖土工程勘察規(guī)范(GB 50021-2001)、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50007-2002)和建筑樁基技術(shù)規(guī)范(JGJ 94-94)為主要編制依據(jù)。

4.1 計(jì)算公式

（1）土壓力采用郎肯理論公式分層計(jì)算，計(jì)算公式如下：

式中：eaz，epz——深度z處的主、被動(dòng)土壓力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa，eaz＜0時(shí)取eaz=0；

qz——主動(dòng)側(cè)深度z處由于超載引起的豎向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；

paz、ppz——主、被動(dòng)側(cè)深度z處的由上覆土層自重引起的豎向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；

z——計(jì)算點(diǎn)的深度，m,主動(dòng)側(cè)自坑頂起算，被動(dòng)側(cè)自坑底起算；

n——主動(dòng)側(cè)或被動(dòng)側(cè)計(jì)算點(diǎn)以上的土層數(shù)；

γi、hi——計(jì)算深度以上第i層土層的天然重度和厚度；

ka——主動(dòng)土壓力系數(shù),ka=tan2（45°-ψk/2）,土水分算時(shí)應(yīng)采用有效應(yīng)力參數(shù)ψ’k計(jì)算；

kp——被動(dòng)土壓力系數(shù),kp=tan2（45°+ψk/2），土水分算時(shí)應(yīng)采用有效應(yīng)力參數(shù)ψ’k計(jì)算；

Ck、C’k——計(jì)算深度處土的總應(yīng)力、有效應(yīng)力粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值,kPa；

ψk,ψ’k——計(jì)算深度處土的總應(yīng)力、有效應(yīng)力內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值,（°）。

（2）采用彈性抗力法計(jì)算,被動(dòng)區(qū)抗力eptk按下式確定：

被動(dòng)區(qū)抗力合力應(yīng)滿足以下條件：

式中：eptk——按彈性抗力法計(jì)算的被動(dòng)區(qū)抗力，kPa；

kh——水平向基床系數(shù)，按“m”法確定，kPa/m；

Δx——支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移，m；

Eptk——支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入深度范圍內(nèi)被動(dòng)區(qū)抗力合力（抗力反向時(shí)取絕對(duì)值求和），kN；

Ep——支護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入深度范圍內(nèi)的被動(dòng)土壓力合力，kN；

ktk——被動(dòng)區(qū)抗力安全系數(shù)，對(duì)于懸臂結(jié)構(gòu)，應(yīng)不小于1.50；對(duì)于單支點(diǎn)結(jié)構(gòu)，應(yīng)不小于1.20；對(duì)于多支點(diǎn)結(jié)構(gòu)，應(yīng)不小于1.05。

（3）抗隆起驗(yàn)算：

對(duì)于采用支護(hù)樁、墻的邊坡，如樁、墻底部仍有軟弱土層，應(yīng)按下式進(jìn)行坑底抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算。

式中：klq——坑底隆起安全系數(shù),不應(yīng)小于1.80；

γa、γp——分別為主動(dòng)側(cè)、被動(dòng)側(cè)土層的加權(quán)平均重度；

ck、ψk——樁、墻底部土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值；

Nq——承載力系數(shù)

4.2 計(jì)算結(jié)果

（1）對(duì)該工程范圍內(nèi)需要采用灌注排樁的護(hù)岸，根據(jù)岸線地層情況，分別選取樁號(hào)4+407.0段的右岸，4+210.6段的兩岸及4+041.1段的兩岸的斷面進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2所列。

表2 采用樁+被動(dòng)區(qū)加固計(jì)算結(jié)果一覽表

（2）粉噴樁被動(dòng)區(qū)加固參數(shù)及技術(shù)指標(biāo)：

a.C=70 kPa，Φ=0°。進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)取得，同時(shí)試驗(yàn)可檢驗(yàn)成樁效果。樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m，土層（2-1a）或（2-3）層取5 000 kN/m4，素土或（2-1）層取6 000 kN/m4。

b.直徑為500，粉噴樁加固區(qū)排間距取400 mm，樁間距取350 mm。

c.空孔段不做要求。噴灰段復(fù)噴復(fù)攪，每米噴灰量不少于55 kg。

d.計(jì)算中粉噴樁加固被動(dòng)區(qū)進(jìn)行了調(diào)整，具體為：

4+407斷面：粉噴樁加固寬度10 m，加固厚度改為4 m；

4+210.6右岸斷面：粉噴樁加固寬度13 m，加固厚度改為5 m；

4+041斷面，取消粉噴樁加固區(qū)。

其余按加固寬度10 m，加固厚度3m處理。

（3）根據(jù)各地層分布情況，通過(guò)計(jì)算，鉆孔灌注排樁結(jié)構(gòu)處理形式分為以下幾段：

a.樁號(hào)3+854～4+188段右岸、4+498.4～5+317段右岸及4+062～4+265段左岸的灌注樁樁長(zhǎng)為19m，被動(dòng)區(qū)加固區(qū)寬度為10 m，厚度為3 m。

b.樁號(hào)4+188～4+292段右岸的灌注樁樁長(zhǎng)為22 m，被動(dòng)區(qū)加固區(qū)寬度為13 m，厚度為5 m。

c.樁號(hào)4+292～4+498.4段右岸的灌注樁樁長(zhǎng)為15 m，被動(dòng)區(qū)加固區(qū)寬度為10 m，厚度為4 m。

d.樁號(hào)4+007～4+062段左岸的灌注樁樁長(zhǎng)為11 m，可不采取被動(dòng)區(qū)加固。

5 結(jié)語(yǔ)

在邊坡設(shè)計(jì)中，由于周邊用地情況、開(kāi)挖條件及地質(zhì)條件限制，常需選擇開(kāi)挖范圍小、邊坡穩(wěn)定性高的護(hù)岸形式，灌注排樁擋土墻由于其適用條件廣，可以很好地解決這種問(wèn)題。在工程實(shí)施中，可根據(jù)不同地層情況采取不同長(zhǎng)度及對(duì)被動(dòng)區(qū)進(jìn)行加固的形式來(lái)保證岸坡穩(wěn)定，既節(jié)省工程投資，更能減少開(kāi)挖范圍，特別對(duì)城市市區(qū)住房建筑密集區(qū)，能大量減少拆遷，大大節(jié)省工程拆遷協(xié)調(diào)所需時(shí)間。用灌注排樁擋土墻解決有限開(kāi)挖條件的岸坡穩(wěn)定問(wèn)題是保證工程順利進(jìn)行的一種有效工程措施。