擋土墻位移控制與變剛度調(diào)平設(shè)計

唐明科

(西安浐灞城市投資建設(shè)有限公司，陜西西安 710024)

0 引言

在支擋工程中，高擋土墻(超過8 m)對墻身水平位移很敏感，在墻身無變形的情況下，地基變形是影響水平位移的根本原因。由于擋土墻基底壓力不均，墻趾壓應(yīng)力大，墻踵小，就會出現(xiàn)地基變形有差異，墻身向外傾斜的情況。根據(jù)“變剛度調(diào)平設(shè)計”原理，針對墻底壓應(yīng)力的不同，通過對地基不同區(qū)域進行不同程度的處理，達到調(diào)整地基剛度的目的，從而解決差異變形問題，使墻身的水平位移得到控制，墻體不再傾斜。

地基處理的方法有很多，但是，一般都有條件限制。在施工場地狹窄，空間限制大，大型機械無法就位且處理后承載力要求較高時，可用的處理方法就更是屈指可數(shù)。在這個時候，樹根樁就是一個很好的選擇。《既有建筑地基加固規(guī)范》規(guī)定“樹根樁適合于淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、砂土、碎石土及人工填土等地基土上的既有建筑的修復(fù)和增層、古建筑的整修、地下鐵道的穿越等加固工程”。樹根樁施工程序簡單，場地和空間限制小，機械搬運方便，且施打方向受限制小，所以是一種很好的處理方法。

1 工程概況

珠海市綠洋山莊二期道路工程為一塊板式道路，寬10 m，中間為機動車道，外側(cè)為人行道，內(nèi)側(cè)為綠化帶;全路段人行道外側(cè)設(shè)路肩擋土墻。路肩墻高3.94 m～11.65 m，為衡重式砌石擋土墻。擋土墻下地基土為花崗巖殘積土，為了滿足承載力要求，墻下設(shè)素混凝土基礎(chǔ)。但是，由于施工過程中排水不利，導(dǎo)致大量雨水從路面經(jīng)擋土墻頂部越過，沖刷擋土墻地基土并滲入其中。從4月份開始，弧線外凸部分的擋土墻均發(fā)生了不同程度的外傾，墻頂水平位移最大約20 cm，同時，路面出現(xiàn)30多米長的縱向裂縫，但墻身均未出現(xiàn)破壞跡象。

經(jīng)現(xiàn)場踏勘，確定為因地基進水，導(dǎo)致地基土強度降低，地基承載力陡降，地基變形增大，致使素混凝土基礎(chǔ)傾斜，繼而墻身傾斜。后拆除傾斜墻體，并開挖基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)地基土呈可塑狀，且素混凝土基礎(chǔ)已經(jīng)沿?fù)跬翂强v向貫裂，裂縫寬約1 cm。由此可以看出，前面的推斷是正確的，地基進水后，殘積土強度降低，尤其是靠坡面外側(cè)的地基土變形大，所以使素混凝土基礎(chǔ)形成一個近似懸臂結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)約1 cm的張裂縫，繼而導(dǎo)致其上的擋土墻墻身傾斜。

為了滿足地基承載力的要求，對原設(shè)計進行了修改，通過加寬擋土墻底部寬度，達到了降低基底壓應(yīng)力的目的。但是，從正常使用極限狀態(tài)考慮，高擋土墻對變形是特別敏感的，由于地基土大量進水，剛度降低，雖然承載力能夠滿足要求，但是經(jīng)計算，變形依然不能滿足使用要求，因此，為了滿足使用需要，必須對地基進行處理。

由于施工場地長20 m，寬約6 m，且左右兩邊全是5 m～9 m高的陡坡，用其他的處理方式，施工機械難以安全就位并順利施工，通過對所有可用方法進行比選，最終選用樹根樁來進行處理。

2 具體方案

二次設(shè)計方案具體如下:地基處理采用直徑為350 mm的樹根樁，正三角形布置，間距1.0 m，由于墻趾的壓應(yīng)力大于墻踵，擋土墻建成后，難免出現(xiàn)墻趾處的地基沉降大于墻踵處的沉降，從而導(dǎo)致?lián)跬翂A斜。根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中所提到的“變剛度調(diào)平設(shè)計”理念，為了減小由于壓應(yīng)力的差異導(dǎo)致的沉降差異，相對強化擋土墻墻趾處的地基剛度，具體做法為:加長加密墻趾處的樹根樁，縮短墻踵處的樁長;樁長分兩種，靠邊坡外側(cè)的四排樁長16 m，最外側(cè)一排樁向外傾斜15°，內(nèi)側(cè)樁長8 m。樁頭嵌入片石混凝土基礎(chǔ)20 cm，主筋錨固在混凝土基礎(chǔ)內(nèi)，錨固長度不小于30倍主筋直徑，樁端嵌入中風(fēng)化基巖，具體布置見圖1。

圖1 樹根樁剖、立面圖

施工時采用鉆機成孔，成孔完畢后下鋼筋籠。主筋采用φ16 HPB335鋼筋，鑒于樁上部受力大，而下部受力逐漸減小的情況，半數(shù)主筋在1/2樁長以下截斷;箍筋為螺旋式，采用φ8 HRB235鋼筋。鋼筋籠設(shè)置結(jié)束后投碎石(d=10 mm～20 mm)，然后壓入純水泥漿。水泥用R42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比0.5～0.6。具體施工按《既有建筑地基加固規(guī)范》規(guī)定的要求進行，配筋見圖2。

圖2 樹根樁配筋圖

3 承載力確定

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，處理后的地基承載力按復(fù)合地基承載力進行確定，先確定樹根樁的承載力，然后再計算地基承載力特征值。《既有建筑地基加固規(guī)范》規(guī)定“樹根樁單樁承載力可通過單樁承載力載荷試驗確定，當(dāng)無試驗資料時，也可按國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范有關(guān)規(guī)定估算”。由于場地有限，無法對樹根樁進行單樁靜載荷試驗，所以，按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》中單樁承載力公式進行估算。

樹根樁，樁徑350，樁長16 m(8 m)，樁端位于中風(fēng)化層(強風(fēng)化層)上，土層側(cè)摩阻力qsi=35 kPa，強風(fēng)化層端阻力qpa=800 kPa。

1)單樁承載力特征值計算:

取單樁承載力特征值為600 kN。

2)樁身混凝土強度要求:

本工程要求樁身混凝土強度等級 C20，其fck=13.4 MPa＞12.48 MPa，滿足要求。

3)復(fù)合地基承載力特征值計算。

樹根樁樁距1.0 m，正三角形布置，置換率m:

12 m擋土墻基底最大應(yīng)力為211.42 kPa＜828.7 kPa，承載力滿足要求。但是，地基承載力特征值是由荷載試驗直接測定或由其與原位試驗相關(guān)關(guān)系間接確定和由此而累積的經(jīng)驗值。它相當(dāng)于載荷試驗時壓力—變形曲線上線性變形段內(nèi)某一規(guī)定變形所對應(yīng)的壓力值，其最大值不應(yīng)超過該壓力—變形曲線上的比例界限值，也就是說，承載力滿足要求，地基變形未必就能滿足正常使用的要求。另外，擋土墻屬偏心受力構(gòu)件，墻趾應(yīng)力最大，而墻踵應(yīng)力最小，地基豎向變形必然是不均勻的，若是地基豎向變形整體小，則墻底變形差異絕對值就小，引起的墻身傾斜也小，才有可能滿足使用要求，所以需對地基豎向變形進行計算，以驗證是否滿足正常使用的要求。

4 變形計算

處理后的地基變形按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范的有關(guān)規(guī)定計算，復(fù)合土層的分層和天然地基相同，復(fù)合土層的壓縮模量等于該天然土層的壓縮模量的ξ倍，ξ按下式確定:

土工試驗結(jié)果顯示花崗巖殘積土的壓縮模量Es=4.95 MPa，fspk=828.7 kPa，fsk=200，則 ξ=4.14，處理后地基的壓縮模量 Ess=20.5 MPa。

由于樹根樁的樁端嵌在中風(fēng)化基巖中，所以，計算深度即取最大處理深度。

經(jīng)計算，最終沉降量為296 mm，由于地基承載力小于比例界限值，所以按比例計算，基礎(chǔ)前面的沉降量為74 mm，基礎(chǔ)后面的沉降量為71.8 mm，基礎(chǔ)傾斜0.025°，墻頂水平位移為 5.24 mm，小于10 mm，完全滿足使用要求。

5 變形觀測

為了密切關(guān)注墻體變形，在砌筑的過程中，設(shè)置了多個觀測點。在施工過程和使用過程中，都進行了連續(xù)的觀測。經(jīng)分析觀測值發(fā)現(xiàn)，觀測數(shù)值絕對值小，且大小搖擺不定，與變形由小到大不斷遞增的實際變形過程相去甚遠(yuǎn)。因此，依據(jù)經(jīng)驗斷定擋土墻本身和地基變形量極小，從而使觀測值受測量誤差影響大小搖擺不定，變形無法準(zhǔn)確測量。

6 結(jié)語

樹根樁屬小直徑剛性樁，施工局限性小，適用范圍廣泛，施工機械簡單易操作，工藝步驟少，處理效果好，是一種很好的地基處理方法。在多個工程中使用后，都起到了良好的使用效果。尤其是對于場地狹小，空間限制大，大型機械進場就位困難且處理效果要求高的工程，有著得天獨厚的優(yōu)勢。

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中所提到的“變剛度調(diào)平設(shè)計”，為有效解決基礎(chǔ)偏心造成的應(yīng)力大小不均而引起的不均勻沉降提供了一個有力的解決辦法。

［1］ GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.

［2］ JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］ JGJ 123-2012，既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范［S］.