已有擋土墻加固設計

陳 勇 黃 銳

(同濟大學，上海 200092)

已有擋土墻加固設計

陳 勇 黃 銳

(同濟大學，上海 200092)

以國家超級計算長沙中心已有重力式擋土墻AB段的加固為例，針對AB段重力式擋土墻上某些部位出現細微裂縫的問題，根據場地工程地質條件和水文地質條件，提出采用土釘對擋土墻進行加固的設計方案，通過計算，該設計方案符合要求。

重力式擋土墻，裂縫，土釘

1 工程概況

1.1 工程簡介

國家超級計算長沙中心項目[1]位于長沙市河西麓山南路的原湖南大學計專校區。該項目由湖南大學設計研究院有限公司設計。擬建建筑物為超算中心(0號樓)、研發中心(1號樓)、柴油發電機房、供水站、冷卻塔；邊坡工程為紅線范圍內的超算中心(0號樓)和研發中心(1號樓)的西側AB段，全長約90 m，坡高約7 m～10 m，其坡頂有1層～3層民用建筑，距坡頂民用建筑距離約6.0 m～10.0 m；原有的支護是采用重力式擋土墻進行支護，墻頂寬0.5 m，墻身高7 m，面坡斜度1∶0.10，背坡垂直，墻底寬1.2 m，基礎埋深0.5 m，場地內地坪標高52 m。但由于擋土墻原有的抗傾覆和抗滑移穩定性不滿足規范要求，故而墻身出現細微裂縫。故需要對現有AB段的重力式擋土墻進行加固。場地內地形簡單，巖土種類較多，無影響場地穩定性的不良地質作用。場地等級為二級，地基等級為二級，巖土工程勘察等級為乙級，邊坡巖土工程重要性等級為二級。

1.2 工程地質條件

據鉆孔揭露，場地內的地層主要由第四系雜填土層、殘積層及泥盆系錫礦山組砂巖夾泥質粉砂巖和泥盆系沙河組泥灰巖組成，現將各巖土層特征自上而下分別描述如下(其中①～⑥為地層序號)：

①第四系雜填土。

稍濕～濕，結構松散～稍密，以混凝土塊、碎磚、碎石、塑料及粘性土等建筑垃圾為主，含少量礫石，為新近填土。場區普遍分布，厚度：0.50 m～6.90 m，平均2.71 m。

②第四系種植土。

松散狀態，成分為粘性土和少量礫石，含植物根莖。場區主要分布于山坡上，厚度：0.30 m～0.60 m，平均0.47 m。

③第四系殘積粉質粘土。

呈硬塑～堅硬狀態，含黑色鐵錳質結核及灰白色高嶺土條帶，局部夾石英碎塊，搖振不反應，稍有光澤，干強度中等，韌性中等，場區普遍分布。厚度：0.70 m～9.30 m，平均2.95 m。

④泥盆系錫礦山組強風化砂巖夾泥質粉砂巖。

砂質結構，塊狀構造，節理裂隙發育，巖石為較硬巖，巖體極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ級，巖芯多呈碎屑狀、碎塊狀、塊狀，少量呈短柱狀、柱狀，其中泥質粉砂巖呈紫紅色、灰白色，巖石為極軟巖，巖體極破碎，巖塊用手可折斷，遇水易軟化崩解，系場地內基巖，場區普遍分布，厚度：2.40 m～22.60 m，平均10.35 m。

⑤泥盆系錫礦山組中風化砂巖夾泥質粉砂巖。

砂質結構，塊狀構造，節理裂隙較發育，巖石為較硬巖，巖體較破碎，巖體基本質量等級為Ⅳ級，巖芯呈短柱狀，少量呈碎塊狀、塊狀，其中泥質粉砂巖呈紫紅色、灰白色，巖石為極軟巖，巖體破碎，遇水易軟化崩解，系場地內基巖，揭露厚度：2.00 m～15.50 m，平均9.29 m。

⑥泥盆系沙河組全風化泥灰巖。

已風化成土狀，可見原巖結構構造，遇水易軟化崩解，系巖石受附近斷層的引張破壞作用而形成引張裂隙，使巖石風化不均勻而形成的軟弱夾層，場區局部地段分布，厚度：2.00 m～9.00 m，平均5.29 m。

1.3 水文地質條件

本場地地質調查范圍內也未見泉點出露?？辈炱陂g，山坡上所有鉆孔均未測到地下水水位，坡底部分鉆孔見地下水，地下水類型主要為賦存于①雜填土中的上層滯水。地下水補給來源主要為大氣降水和生活污水補給，水位受季節性影響較大，未形成連續穩定水面，水量極貧乏；初見水位埋深為1.50 m～4.80 m，初見水位標高為38.94 m～50.33 m，穩定水位埋深為0.50 m～3.70 m，穩定水位標高為40.34 m～52.23 m。

本次勘察采取4件上層滯水的水試樣進行了地下水水質對混凝土結構有無腐蝕性分析，其試驗結果表明該場地地下水環境類型屬Ⅱ類，地層滲透性屬弱透水地層，表明該水質對混凝土結構具微腐蝕性，對混凝土結構中鋼筋具微腐蝕性。

2 擋土墻穩定性分析

2.1 按郎肯土壓力計算各層土土壓力

墻身尺寸：墻身高：7.000 m。墻頂寬：0.500 m。墻底寬：1.200 m。面坡傾斜坡度：1∶0.10。背坡垂直。墻底水平。物理參數：圬工砌體容重：22.000 kN/m3。地基土摩擦系數：0.45。墻身砌體容許壓應力：2 100.000 kPa。墻身砌體容許剪應力：160.000 kPa。墻身砌體容許彎曲拉應力：280.000 kPa。擋土墻類型：一般擋土墻。地基土類型：巖質地基(擋土墻持力層為強風化砂巖夾泥質粉砂巖)。土壓力計算方法：郎肯。墻后土層數：2層，見表1。

主動土壓力的合力為：

Ea=Ea1+Ea2=1.20+57.54=58.74 kN。

主動土壓力合力作用點：

其中，C為墻后主動土壓力合力作用點距墻踵的豎直距離。

表1 AB段地層物理力學指標

墻后土壓力分布如圖1所示。

2.2 AB段擋土墻抗滑移穩定性分析

其中，G為擋土墻每延米自重；Ea為擋土墻每延米巖土壓力合力；μ為擋墻與地基土的摩擦系數，此處取為0.45；Kc為擋墻抗滑穩定系數[2]。

因此抗滑移穩定性不滿足要求。

2.3 AB段擋土墻抗傾覆穩定性分析

抗傾覆力矩為：

My=G×x=130.9×0.75=98.175 kN·m。

傾覆力矩為：

Mo=Ea×C=58.74×1.21=71.1 kN·m。

所以抗傾覆穩定系數[6]為：

因此抗傾覆穩定性不滿足要求。

2.4 AB段擋土墻地基承載力驗算(基底壓力及偏心驗算)

AB段擋土墻持力層為強風化砂巖夾泥質粉砂巖，地基土的性質見表1。

根據GB 50007-2011建筑地基基礎設計規范[3]，對墻體進行墻身剪應力及法向應力、偏心距驗算，經過計算，墻身的抗壓及抗剪均符合要求。

3 擋土墻加固設計

3.1 AB段擋土墻土釘參數選擇

土釘墻后的地層物理力學指標見表1。查閱相關規范，初取土釘長度為[4]：

L=0.7H=4.9 m。

取整得L=5 m。

間距Sx和Sy取Sx=Sy=1.0 m。

土釘釘材取直徑為25 mm的Ⅱ級螺紋鋼筋，采用M30水泥砂漿。

土釘與水平面的夾角取為β=15°。

3.2 確定土釘墻潛在破裂面

因為前述所求土壓力皆是以郎肯土壓力計算求得，因此土釘墻潛在破裂面應符合郎肯土壓力[5]的相關規定。

按土層厚度對巖土層的內摩擦角φ取加權平均值，則：

故而，滑移面的傾角為：

AB段土釘墻潛在破裂面見圖2。

3.3 確定土釘所承受的土壓力

原有AB段擋土墻后所承受的土壓力在前述2.1中已得到計算，土壓力分布圖如圖1所示。如果不進行調整，邊坡邊壁水平荷載從上往下越來越大，勢必造成土釘分布上短下長，這與實際工程結果和模型試驗結果不相符合。

因此，按經驗分布，將墻后的土壓力分布調整為經驗梯形土壓力[6]，如圖3所示。

其中，當hi≤0.25H=0.25×7=1.75 m時：

當0.25H≤hi≤H，即1.75m≤hi≤7m時：

因為圖3中，墻后土壓力是由土釘和擋土墻共同承受的，因此，取土釘單位面積上所承擔的土壓力為：

其中,當hi≤0.25H=0.25×7=1.75m時:

當0.25H≤hi≤H，即1.75m≤hi≤7m時:

因此，土釘單位面積所承擔的土壓力如圖4所示。

3.4 土釘抗拉斷驗算

AB段土釘縱向布置圖如圖5所示。

通過CAD圖上可以量得各排土釘非錨固段的長度Lai，分別列出如下：

La1=4.46 m；La2=3.96 m；La3=3.47 m；La4=2.98 m；

La5=2.50 m；La6=2.00 m；La7=1.52 m。

因為根據模型試驗和工程結論，土釘墻采用等長分布時承載力最高，變形比土釘分布上長下短略小，所以本工程中土釘選取為等長分布。

單根土釘受拉荷載標準值可按下式計算[6]：

Tjk=ξeajkSxSy/cosβ。

其中，ξ為荷載折減系數；eajk為第j個土釘位置處的邊坡水平荷載標準值；Sx，Sy為土釘與相鄰土釘的平均水平、垂直間距；β為土釘與水平面的夾角。

荷載折減系數[6]為：

從而每根土釘的受拉荷載標準值見表2。

表2 AB段土釘受拉荷載標準值

取受力最大的土釘處進行土釘抗拉斷驗算，則：

所以，土釘的抗拉斷驗算滿足要求。

[1] 長沙超算中心巖土工程勘察報告(S111002)[R].2011.

[2] 陳忠達，王秉綱.公路擋土墻設計[M].北京：人民交通出版社，1999.

[3] GB 50007-2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[4] 趙其華，彭社琴.巖土支擋與錨固工程[M].成都：四川大學出版社，2008.

[5] 陳希哲.土力學地基基礎[M].北京：清華大學出版社，1998.

[6] JGJ 120-99，建筑基坑支護技術規程[S].

Reinforcement design of the existing retaining wall

CHEN Yong HUANG Rui

(TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Taking the existing gravity-style retaining wall AB section reinforcement of national supercomputing Changsha center as an example, the paper carries out existing gravity-style retaining wall AB section reinforcement design in light of its cracking problems according to engineering geology and hydrology conditions. In the end, it proves that the design scheme meets demands through computation.

gravity-style retaining wall, crack, soil nailing

1009-6825(2014)30-0080-03

2014-08-14

陳 勇(1990- )，男，在讀碩士； 黃 銳(1989- )，男，在讀碩士

TU476.4

A