工民建項(xiàng)目中擋土墻加固中灌漿的應(yīng)用分析

劉 征 吉林安裝集團(tuán)股份有限公司工程師

擋土墻支擋結(jié)構(gòu)具有成本投入低、施工效率高以及支擋成效好的特點(diǎn)，因此在我國工民建領(lǐng)域中極受歡迎。然而受技術(shù)人員設(shè)計(jì)水平等因素影響，擋土墻投入使用后裂縫、滑動等情況屢見不鮮，要解決此類問題必須對其進(jìn)行改造加固操作，實(shí)際方案主要基于被動加強(qiáng)思路。從技術(shù)層面分析，該思路可以有效達(dá)到加固目的，然而從工程角度分析，擋土墻的支檔作用并未得到有效發(fā)揮。同時(shí)在部分特殊條件下，受場地等因素的限制，成本投入會大幅提升，難以達(dá)成經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性平衡的局面。因此，進(jìn)一步優(yōu)化擋土墻加固方案成為行業(yè)內(nèi)的主要研究內(nèi)容。

1 工民建項(xiàng)目的組成與擋土墻設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.1 工民建項(xiàng)目組成部分簡介

工民建項(xiàng)目全稱為工業(yè)與民用建筑工程項(xiàng)目，主要內(nèi)容涵蓋建筑物以及構(gòu)筑物兩大部分。其劃分依據(jù)如下：滿足功能要求的同時(shí)可以提供相應(yīng)活動空間級場所的建筑可被稱為建筑物，如住宅、圖書館等民用建筑以及廠房等工業(yè)建筑；僅滿足功能要求的建筑被稱為構(gòu)筑物[1]。

本文所研究擋土墻加固僅針對建筑物進(jìn)行。工業(yè)建筑依照承重結(jié)構(gòu)可劃分排架結(jié)構(gòu)型、鋼架結(jié)構(gòu)型以及空間結(jié)構(gòu)型3 種。排架結(jié)構(gòu)型即是將廠房承重柱柱頂與屋架或是屋面梁作鉸接連接處理，柱下端采用嵌固結(jié)構(gòu)固定于基礎(chǔ)中，實(shí)質(zhì)形成平面排架，隨后利用縱向結(jié)構(gòu)構(gòu)件將各平面排架進(jìn)行連接，使之成為一個(gè)空間結(jié)構(gòu)。目前，該結(jié)構(gòu)是單層廠房中應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，鋼架結(jié)構(gòu)型的主要特點(diǎn)為房柱以及屋架作合并連接處理，使其成為一個(gè)剛性構(gòu)件。柱及基礎(chǔ)連接通常采用鉸接形式，空間結(jié)構(gòu)型的主要特征為屋面體系形成空間結(jié)構(gòu)體系，其優(yōu)勢在于充分挖掘出建筑材料的強(qiáng)度潛力，使得傳統(tǒng)僅能單向受力的平面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為可以多向受力的空間結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到有效提升。膜結(jié)構(gòu)和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是此類結(jié)構(gòu)的代表。

1.2 擋土墻的設(shè)計(jì)內(nèi)容分析

擋土墻設(shè)計(jì)需要經(jīng)過多個(gè)步驟，在資料收集完善后方可開展設(shè)計(jì)工作。具體設(shè)計(jì)過程中，技術(shù)人員首先需要計(jì)算墻高，隨后計(jì)算主動土壓力和振動系數(shù)等墻上荷載，在此基礎(chǔ)上開展墻型選擇工作。現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的擋土墻形式呈現(xiàn)出多元化特征，如重力式擋土墻、柔性擋土墻等。

在獲取基礎(chǔ)材料后，技術(shù)人員在具體設(shè)計(jì)過程中需要依據(jù)施工實(shí)際情況，綜合考慮技術(shù)性以及經(jīng)濟(jì)性基礎(chǔ)上選定墻址。首先，測繪所選定墻址處的縱向地面線，并核對路基橫斷面圖，同時(shí)收集墻址區(qū)域的地質(zhì)以及水文資料。其次，選擇墻后填料，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算填料的物理力學(xué)參數(shù)以及地基參數(shù)。再次，確定擋土墻的型式、構(gòu)造以及材料，并計(jì)算相關(guān)參數(shù)。最后，縱向布置擋土墻，利用科學(xué)的計(jì)算方法確定擋土墻斷面尺寸，繪制擋土墻立面、橫斷面以及平面圖[2]。

2 灌漿加固擋土墻的理論分析

庫倫土壓力理論和朗肯土壓力理論是經(jīng)典土壓力理論的主要組成部分，同時(shí)也是擋土墻設(shè)計(jì)的重要理論基礎(chǔ)。在擋土墻施工作業(yè)實(shí)際開展過程中，通常需要穩(wěn)定的邊坡作為前提，然后進(jìn)行砌筑作業(yè)，最后進(jìn)行墻后填土作業(yè)，該流程主要依據(jù)庫倫土壓力理論。

基于庫倫土壓力理論的擋土墻設(shè)計(jì)思路主要包含以下幾種：第一，擋土墻后側(cè)土體應(yīng)為均勻各向同性無粘性土；第二，擋土墻后側(cè)土體形成的滑動土楔在主動或被動壓力影響條件下，其劃裂面影為通過墻踵的平面；第三，滑動土楔應(yīng)被視為剛體[3]。

滑動土楔在極限平衡條件下形成的靜力平衡條件是庫倫土壓力針對主動以及被動土壓力求解的主要條件。就擋土墻進(jìn)行分析，其在填土作業(yè)完成后所承受的壓力主要為主動土壓力，計(jì)算公式為式（1），同時(shí)還需要令Ka滿足式（2）。

式中，h表示擋土墻高度，γ表示土體重度，φ表示土體內(nèi)摩擦角，ε表示墻背傾斜角，β表示墻后填土面傾斜角，δ表示墻背及土體之間的摩擦角，Ka表示庫倫主動土壓力系數(shù)。

而基于朗肯土壓力理論的假設(shè)條件較為簡單，在墻背保持垂直、光滑且土體表面呈現(xiàn)出水平狀態(tài)的情況下，庫倫土壓力會向無粘性土的朗肯土壓力轉(zhuǎn)換，具體公式為式（3）。

從實(shí)際發(fā)展角度分析，雖然針對粘性土壓力的計(jì)算無法使用庫倫土壓力，但是在充分考慮粘性土的粘聚力的前提下，相較于朗肯主動土壓力結(jié)果，庫倫土壓力計(jì)算機(jī)構(gòu)數(shù)值更大。從設(shè)計(jì)視角進(jìn)行分析，基于庫倫理論的設(shè)計(jì)思路傾向于保守，一定程度上提升了安全系數(shù)。由此，在綜合分析擋土墻形式、施工實(shí)際等需求后，可得出的結(jié)論為基于庫倫理論的設(shè)計(jì)更具廣泛應(yīng)用價(jià)值[4]。

庫倫主動土壓力系數(shù)會隨著土體內(nèi)摩擦角的提升不斷減小，當(dāng)擋土墻墻背處于直立狀態(tài)時(shí)，主動土壓力系數(shù)降低速率會進(jìn)一步提升。以一般砂土為例，其內(nèi)摩擦角通常保持在20°～25°，設(shè)定墻背處于直立狀態(tài)，當(dāng)內(nèi)摩擦角由25°提升至35°條件下，其主動土壓力系數(shù)會由0.447 下降至0.246，下降幅度為45%，同時(shí)主動土壓力數(shù)值也會同步下降45%，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提升擋土墻安全性以及穩(wěn)定性的目標(biāo)。

由此可知，利用灌漿方式進(jìn)行加固處理的過程中，只要灌漿滿足一定均勻性要求，且灌漿之后土體可以形成較好的固結(jié)體，土體內(nèi)摩擦角也會隨之提升，進(jìn)而達(dá)到加固目的。

3 工程案例分析

3.1 工程概況

為詳細(xì)說明灌漿方式在擋土墻加固中的應(yīng)用方式，本文選取某工民建工程作為案例進(jìn)行說明。該工程在建設(shè)過程中設(shè)計(jì)應(yīng)用毛石擋土墻結(jié)構(gòu)，其最低擋墻面距辦公樓僅1.5 m。該擋土墻在建成一年后即出現(xiàn)較為嚴(yán)重的質(zhì)量問題，如果不進(jìn)行加固處理，可能會對辦公樓的建筑安全性造成威脅。考慮到墻體與建筑之間僅留有1.5 m 左右的空間，施工限制較大，施工單位在經(jīng)過綜合考慮后決定采用墻后填土灌漿方式。

3.2 加固方案

施工單位在經(jīng)過綜合考慮后，決定在填土區(qū)域布置灌漿孔，設(shè)計(jì)規(guī)格為橫向以1 m為間隔設(shè)計(jì)3 排灌漿孔，縱向以1.5 m 為間隔設(shè)置1 排灌漿孔，孔深以及墻高保持一致。施工單位設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工作過程中對灌漿范圍進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算。依照墻體高度對灌漿深度進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)依照庫倫土壓力破壞角度在水平方向上確定楔形區(qū)域。經(jīng)過計(jì)算后可知，在墻后加固范圍中，橫向范圍為b+htan(45°-φ/2)。在案例工程中，考慮到上部擋土墻空間限制較大，因此灌漿范圍有限，僅能在上下兩檔擋土墻之間的馬道范圍進(jìn)行灌漿作業(yè)。

為確保灌漿效果達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，促使?jié){液充分滲入至土體孔隙之間實(shí)現(xiàn)提升土體固結(jié)度和土體內(nèi)摩擦角，同時(shí)也為保障施工過程中可以對灌漿質(zhì)量進(jìn)行定量控制，施工單位在縱向采用分段控制方法，依據(jù)9 m 間隔進(jìn)行灌漿段劃分，確保各段兩端灌漿孔呈現(xiàn)密布局面。同時(shí)在橫向上依據(jù)200 mm 間隔，利用化學(xué)灌漿形成隔斷，同時(shí)每段中部采用水泥凈漿進(jìn)行灌漿作業(yè)。

案例工程施工過程中所采用原料為某品牌XT408 系列超細(xì)水泥基灌漿料。該系列原料具備粘度低、滲透性好以及流動性強(qiáng)的優(yōu)勢，同時(shí)在強(qiáng)度形成效率方面也遠(yuǎn)超其他材料。在完成化學(xué)灌漿作業(yè)后，施工單位再縱向?qū)γ總€(gè)灌注段進(jìn)行隔斷處理，使其形成獨(dú)立的灌漿區(qū)，并對其進(jìn)行分別灌漿。通過精準(zhǔn)控制灌漿量，確保每個(gè)區(qū)段的充填效果以及灌漿質(zhì)量達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提升土體內(nèi)摩擦角的設(shè)計(jì)要求[5]。

各獨(dú)立區(qū)段的灌漿量計(jì)算公式為式（4）。

式中，Q表示灌漿量，表示有效充填系數(shù)；A和L分別表示灌漿范圍墻后填土截面面積以及灌漿段分段長度；n表示土體孔隙率。

依據(jù)其他工程經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)各分段灌漿量控制在1.1～1.3Q 條件下，可以得到較好的土體孔隙填充效果。因此，案例工程在施工過程中依據(jù)1.1～1.3Q 的量對各分段進(jìn)行灌漿作業(yè)。

3.3 加固效果

案例工程在完成灌漿作業(yè)后，為確保擋土墻土體加固效果達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期水準(zhǔn)，施工技術(shù)人員采用鉆孔抽芯法，在擋土墻后填土區(qū)域隨機(jī)選取3 個(gè)部位進(jìn)行取芯作業(yè)，并對樣品進(jìn)行檢驗(yàn)。最終檢測成果顯示，芯樣完整性、水泥土膠結(jié)程度以及均勻性均達(dá)到預(yù)期成效，固結(jié)后水泥土強(qiáng)度得到顯著提升。

案例工程在2018 年12 月施工完成，施工單位對擋土墻表面進(jìn)行噴混凝土修復(fù)。該墻體至今仍可正常使用，其加固作業(yè)前存在的鼓肚子現(xiàn)象未繼續(xù)發(fā)展，墻面完整性保持良好。由此可見，對擋土墻采用灌漿加固效果良好，其加固目的達(dá)成。

3.4 加固安全措施

3.4.1 施工現(xiàn)場安全管理

管理單位需要結(jié)合施工現(xiàn)場實(shí)際情況，建立一套完善的施工安全管理與預(yù)防制度，全面提升施工現(xiàn)場安全管理工作質(zhì)量。管理人員應(yīng)嚴(yán)格遵守安全管理制度，履行自身職責(zé)，確保每一個(gè)細(xì)節(jié)都能得到重點(diǎn)關(guān)注，以達(dá)到提高施工現(xiàn)場安全度的目的。從目前實(shí)踐效果來看，想要確保施工現(xiàn)場安全，必須確保安全管理制度科學(xué)合理并且符合施工現(xiàn)場實(shí)際情況，保證施工各環(huán)節(jié)建設(shè)有制可依，讓安全管理工作在施工中發(fā)揮作用。

3.4.2 施工人員安全教育

一線施工人員是安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，因此施工單位必須注意切實(shí)增強(qiáng)一線施工人員的安全意識，比如在施工開始之前通過多種形式的安全培訓(xùn)活動取代傳統(tǒng)灌輸式安全教育，讓一線施工人員產(chǎn)生共鳴，形成安全生產(chǎn)意識。另外，施工單位還可以組織具有一定專業(yè)水平的施工人員共同研究施工圖紙。借助施工人員的工作經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合施工圖紙，對施工過程進(jìn)行改進(jìn)。通過一線人員參與施工方案制定的方式可以有效提高施工人員專業(yè)技能，這也是一種提高施工人員安全意識的辦法[6]。

3.5 加固技術(shù)措施

3.5.1 加筋土擋土墻加固

在實(shí)際進(jìn)行擋土墻加固作業(yè)過程中可以依照實(shí)際施工需求，采用預(yù)應(yīng)力錨索對起兩側(cè)進(jìn)行架構(gòu)，張拉錨固順序應(yīng)嚴(yán)格遵循自下而上進(jìn)行逐束張拉，并同時(shí)進(jìn)行水泥漿灌注作業(yè)。在實(shí)際作業(yè)過程中應(yīng)確保每根鋼絞線張拉控制力在40 kN，在張拉方式上應(yīng)注意采用單側(cè)拉張。

3.5.2 對拉錨索加固施工

對張拉錨加固施工的主要難點(diǎn)集中在高空作業(yè)以及鉆孔精度控制等方面。在實(shí)際進(jìn)行作業(yè)過程中應(yīng)注意選擇科學(xué)的鉆機(jī)，一方面要滿足輕便的要求，另一方面還需要注意既能鉆石頭和鋼筋混凝土又能避免拉筋帶纏繞的機(jī)具要求。我國根據(jù)施工的實(shí)際情況投入科研力量進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，設(shè)計(jì)了分體式鉆機(jī)。該鉆機(jī)采用動力43 kW 發(fā)動機(jī)和液壓傳動的方式，能夠滿足施工需要。該鉆機(jī)動力部分放在地面，鉆機(jī)機(jī)頭放在定做的液壓升降平臺上，同時(shí)該機(jī)還配備了先進(jìn)的定向裝置。

4 結(jié)語

擋土墻灌漿加固已經(jīng)成為當(dāng)前行業(yè)內(nèi)重點(diǎn)研究內(nèi)容，本文在研究中基于土力學(xué)理論充分研究了擋土墻填土區(qū)域灌漿加固方式。在結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行探索后，可以得出以下結(jié)論：第一，在對擋土墻施工情況、墻后填土形成過程進(jìn)行綜合研究的基礎(chǔ)上可以驗(yàn)證基于庫倫土壓力理論的設(shè)計(jì)更具價(jià)值；第二，在擋土墻填土區(qū)域進(jìn)行灌漿可以有效固結(jié)土體，提升其內(nèi)摩擦角，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加固墻體的作用。