新型超高擋土墻梳式連續(xù)墻基礎(chǔ)

徐俊杰

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430071）

新型超高擋土墻梳式連續(xù)墻基礎(chǔ)

徐俊杰

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430071）

傳統(tǒng)形式的超高擋土墻無(wú)論在軟土還是巖石地基上建造都難以克服穩(wěn)定性不佳、承載力不足或經(jīng)濟(jì)性較差的弊端。提出一種新型梳式連續(xù)墻基礎(chǔ)用作擋土墻復(fù)合地基，通過(guò)初步分析其工作機(jī)理和受力狀況，結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)形式兼具剛性和柔性基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)，可用于山區(qū)深塹或港區(qū)陸域的邊坡支護(hù)。

超高；擋土墻；連續(xù)墻

0 引言

擋土墻是防治土體坍塌或截?cái)嗤疗卵由斓慕ㄖ铮瑥V泛用于水利、公路、鐵路、礦山、碼頭、船塢等工程建設(shè)中。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特殊邊坡工程增多，許多超常規(guī)的支擋結(jié)構(gòu)大量出現(xiàn)。擋土墻作為傳統(tǒng)的支擋形式也獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，出現(xiàn)了加筋、格賓、土釘?shù)刃滦徒Y(jié)構(gòu)。但其高度往往受到場(chǎng)地條件的限制，難以形成有效的突破，特別是當(dāng)其用于支護(hù)涉水邊坡或基礎(chǔ)存在深厚軟土層時(shí)，不僅穩(wěn)定性差，而且地基處理工程量大，施工工序繁雜，經(jīng)濟(jì)性也不佳。

常規(guī)形式的超高擋土墻（H≥25 m）因其地基承載力要求高、截面材料消耗大，無(wú)論在軟土、填土地基或巖石地基上建造都存在著相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度和安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 方案提出

針對(duì)超高擋土墻穩(wěn)定性差、地基承載力要求高的特點(diǎn)，一般地基處理方法均難以達(dá)到目的。通常的做法是換填或采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，但前者需要挖除并回填大量的土石，后者則需澆注巨大的混凝土塊體，二者無(wú)論是結(jié)構(gòu)安全性還是經(jīng)濟(jì)性都不具備良好的應(yīng)用價(jià)值。為此，本文提出一種新型的梳式連續(xù)墻基礎(chǔ)[1]，可為軟土、填土地基（下伏基巖）或巖石地基上建造超高擋土墻（H≥25 m）提供一種行之有效的解決方案，該方案既能有效保障工程安全，又可以最大限度節(jié)約工程投資。

梳式連續(xù)墻基礎(chǔ)采用一種沿邊坡走向梳式布置的混凝土連續(xù)墻結(jié)構(gòu)作為上部擋土墻基礎(chǔ)或墻體延伸部分，柔性墻體可直接建造于梳式連續(xù)墻基礎(chǔ)之上，剛性墻體則可在其與基礎(chǔ)間設(shè)置褥墊層以擴(kuò)散基底應(yīng)力，避免不均勻沉降。連續(xù)墻基礎(chǔ)高度與寬度可根據(jù)邊坡高度和地基情況確定，必要時(shí)可在梳齒后部增加肋梁，以充分利用上部填料的自重穩(wěn)定作用。該形式具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）連續(xù)墻基礎(chǔ)為剛性，結(jié)構(gòu)整體性、抗?jié)B性和耐久性好，可避免地基沉降和側(cè)向滑出。

2）采用連續(xù)墻基礎(chǔ)可有效傳導(dǎo)上部荷載至下部穩(wěn)定地基，避免其水平轉(zhuǎn)化，影響邊坡穩(wěn)定。

3）墻底根據(jù)巖層傾向設(shè)置齒坎，抗滑穩(wěn)定性好，且基礎(chǔ)寬度大，可避免傾覆。

4）軟土地基可在原位進(jìn)行連續(xù)墻基礎(chǔ)施工，避免大范圍深挖高填置換或加固處理，節(jié)省工程投資。

5）巖石地基可通過(guò)將墻高分解為上墻和基礎(chǔ)，降低了上部墻體高度，避免單一墻身斷面過(guò)大，減少工程數(shù)量。

2 應(yīng)用示例

圖1所示為軟土地基上建造超高擋土墻示例，墻身為柔性加筋土擋墻，高約30 m，地基為厚近10 m的素填土，天然承載力120 kPa，填土下伏為基巖，天然承載力850 kPa。按常規(guī)設(shè)計(jì)，由于原土地基承載力明顯不足，極易剪脹滑出，施工前需先挖除墻底軟土，換填硬質(zhì)石料并碾壓或強(qiáng)夯密實(shí)，由于換填深度較大，僅地基處理就可能造價(jià)不菲，且處理后地基仍為柔性，不僅沉降大，而且穩(wěn)定性依然不佳。

圖1 軟土地基連續(xù)墻基礎(chǔ)示意圖Fig.1 Diaphragm wallbase on soft foundation

采用新型梳式連續(xù)墻基礎(chǔ)，則無(wú)需進(jìn)行大范圍地基置換或加固處理，僅需在原位現(xiàn)場(chǎng)澆筑梳式混凝土地下連續(xù)墻作為上部擋土墻基礎(chǔ)，將上部荷載直接傳導(dǎo)至下臥穩(wěn)定巖體，同時(shí)切斷軟土滑動(dòng)路徑，避免地基失穩(wěn)或破壞。軟土地基可采用地下連續(xù)墻工法進(jìn)行施工，先在地面上利用挖槽機(jī)械沿齒形軸線(xiàn)，在泥漿護(hù)壁條件下，開(kāi)挖出一條狹長(zhǎng)的深槽，清槽后用導(dǎo)管法灌注水下混凝土筑成一個(gè)單元槽段，如此逐段進(jìn)行，在地下筑成一道連續(xù)的混凝土墻壁。施工過(guò)程基本無(wú)噪音和震動(dòng)，對(duì)邊坡土體和臨近建筑物擾動(dòng)也小，且可適應(yīng)巖層的任意起伏和變化。硬質(zhì)地基則可直接采用挖掘機(jī)械開(kāi)挖溝槽，并澆筑混凝土墻體。

圖2所示為巖質(zhì)地基上建造超高擋土墻示例，墻身總高達(dá)35 m。按此基礎(chǔ)形式，上部擋土墻高度為25m，下部連續(xù)墻基礎(chǔ)高度為10m。連續(xù)墻基礎(chǔ)在傾斜巖面上開(kāi)挖齒坎后直接立模澆筑，然后在倉(cāng)格內(nèi)填入級(jí)配石料，并在墻頂鋪設(shè)1 m厚碎石褥墊層，最后在墊層上依常規(guī)工法施工上墻。由于連續(xù)墻基礎(chǔ)有效分解了支擋總高度，突破了單一墻身帶來(lái)的承載力和穩(wěn)定性不足的瓶頸，且有效優(yōu)化了墻身斷面尺度，減少了圬工數(shù)量。

圖2 巖質(zhì)地基連續(xù)墻基礎(chǔ)示意圖Fig.2 Diaph ragm w allbase on rocky foundation

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

梳式連續(xù)墻由前墻、齒墻和肋梁組成，前墻和齒墻為主要承載結(jié)構(gòu)，肋梁則在墻寬過(guò)大時(shí)提高結(jié)構(gòu)整體剛度，并與前墻和齒墻形成封閉倉(cāng)格，增強(qiáng)了抗滑和抗傾性能。連續(xù)墻基礎(chǔ)主要參數(shù)包括墻高H、墻寬B、齒距C和墻厚D等（見(jiàn)圖3）。這些構(gòu)造參數(shù)應(yīng)根據(jù)地基條件和結(jié)構(gòu)受力要求進(jìn)行確定。

連續(xù)墻基礎(chǔ)為人工復(fù)合地基，工作機(jī)理和受力狀況較為復(fù)雜，尤其是褥墊層的調(diào)節(jié)作用，引起的墻、土之間應(yīng)力的分配關(guān)系較難準(zhǔn)確界定，與填料厚度、密實(shí)性和強(qiáng)度密切相關(guān)，準(zhǔn)確分析宜通過(guò)數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)等方法結(jié)合進(jìn)行。目前，可按以下過(guò)程進(jìn)行驗(yàn)算。

圖3 連續(xù)墻基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)大樣圖Fig.3 Detailof diaphragm wallbase structu re

圖4為示例2連續(xù)墻受力情況，其所受外荷載包括結(jié)構(gòu)自重G、墻前土壓力Ef、墻后土壓力Eb、墻頂土壓力Pt，以及擋土墻傳遞的壓力Pw和滑動(dòng)力Ps，連續(xù)墻墻底與地基間滑動(dòng)摩擦系數(shù)記為f。上述土壓力作用寬度均為墻、土接觸范圍，作用大小與褥墊層設(shè)置相關(guān)：當(dāng)墻頂未設(shè)置褥墊層時(shí)，上墻壓力全部傳遞給墻體，墻后土壓力應(yīng)考慮墻體的遮擋卸荷效應(yīng)；當(dāng)墻頂設(shè)置褥墊層時(shí)，上墻壓力由墻體與填料共同承擔(dān)，大小可按壓覆面積與填料分?jǐn)偦蛴稍囼?yàn)確定，但墻后土壓力還需考慮擋土墻壓力產(chǎn)生的超額土壓力。

圖4 墻體受力示意圖Fig.4 Force diagram of d iaphragm wall

驗(yàn)算內(nèi)容包括抗滑、抗傾穩(wěn)定性、地基應(yīng)力及前墻內(nèi)力。其中抗滑、抗傾穩(wěn)定以墻、土復(fù)合基礎(chǔ)整體作為研究對(duì)象，擋墻作用全部向下傳遞；地基應(yīng)力和前墻內(nèi)力則可提取連續(xù)墻單獨(dú)作為研究對(duì)象，上部擋墻作用視褥墊層設(shè)置情況，按適當(dāng)比例向墻體傳遞，在未取得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持的情況下可按擋墻在前墻和齒墻上的壓覆面積計(jì)算。對(duì)于墻前被動(dòng)土壓力，建議視土層情況對(duì)土與墻面摩擦角進(jìn)行折減，在松散回填或擾動(dòng)較大時(shí)則可取靜止土壓力。

4）前墻內(nèi)力驗(yàn)算：

前墻所受水平荷載包括墻后主動(dòng)土壓力和墻前被動(dòng)土壓力，受齒墻的約束作用，前墻多于兩跨時(shí)可按固定支撐的連續(xù)板計(jì)算，等于或少于兩跨時(shí)按兩端固定的單跨板計(jì)算[3]。一般情況下，由于前墻壁厚較大，剛度遠(yuǎn)超一般沉箱等薄壁結(jié)構(gòu)，因而墻身內(nèi)力可不予驗(yàn)算。

以圖2所示工程為例，上墻為衡重式擋土墻，墻高25m，底寬7.85m，分段長(zhǎng)度15m。墻后填料為硬質(zhì)開(kāi)山石料，γ=19 kN/m3，c=0，φ= 35°。梳式連續(xù)墻基礎(chǔ)寬取13 m，高10 m，齒距5m，每段3個(gè)，墻厚均1m，墻頂設(shè)1 m厚褥墊層，墻底摩擦系數(shù)f=0.5。經(jīng)計(jì)算，單段擋土墻向下傳遞總壓力為Pw=4 668 kN/m，距前趾偏心距4.08 m，總滑動(dòng)力Ps=1 089 kN/m，傳遞系數(shù)按壓覆面積折算取0.2。按照上述方法，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 計(jì)算結(jié)果一覽表Table 1 List of calculation resu lts

由計(jì)算過(guò)程可知，由于基礎(chǔ)底寬較大，且擋墻與基礎(chǔ)的相對(duì)位置也可靈活調(diào)整，因而整體穩(wěn)定較易滿(mǎn)足，而地基應(yīng)力則受褥墊層傳遞系數(shù)影響較大。但可以認(rèn)為，只要褥墊層設(shè)置合理且厚度足夠，上墻絕大部分作用將由填料承擔(dān)，而此時(shí)連續(xù)墻的作用如同加筋，一方面限制了填料的蠕動(dòng)變形，具備了剛性地基的特征；另一方面又合理轉(zhuǎn)換了上墻壓力，避免了應(yīng)力集中于墻底，因而同時(shí)具備了柔性地基的特征。更為重要的是上述結(jié)構(gòu)每延米混凝土方量約35m3，僅相當(dāng)于底寬3.5 m的實(shí)體基礎(chǔ)，而穩(wěn)定性和地基應(yīng)力均可有效保障，因而具有突出的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

總而言之，連續(xù)墻基礎(chǔ)尺度設(shè)計(jì)需綜合上部擋土墻形式、填料、地基及連續(xù)墻構(gòu)造等各種因素統(tǒng)籌考慮。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于高大邊坡，傳統(tǒng)的坡率法由于其穩(wěn)定性好，施工簡(jiǎn)單在邊坡工程中廣泛使用，但當(dāng)其用于形成陸域時(shí)卻往往存在諸多弊端，一方面放坡占用大量的土地而無(wú)法有效利用，造成資源的浪費(fèi)；另一方面土石方工程浩大，經(jīng)濟(jì)性較差。直立式擋土墻雖然能有效克服放坡的不足，但始終難以突破墻身高度的技術(shù)瓶頸。因此，超高擋土墻梳式連續(xù)墻結(jié)構(gòu)形式的提出不僅為超高擋土墻的建設(shè)提供了一條可行的技術(shù)途徑，而且施工難度低、造價(jià)省，因而可望在港口和公路邊坡支護(hù)工程中得到廣泛的應(yīng)用。

[1]中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司.一種邊坡支護(hù)擋土墻：中國(guó)，CN202689032U[P].2013-01-23. CCCCSecond Harbor Consultants Co.,Ltd.A slope retainingwall: China,CN202689032U[P].2013-01-23.

[2]JTS 167-2—2009，重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S]. JTS 167-2—2009,Design and construction code for gravity quay [S].

[3]JTS 167-3—2009，板樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S]. JTS 167-3—2009,Code for design and construction for quay wallof sheetpile[S].

圖1 超壓對(duì)數(shù)分布與擬合后曲線(xiàn)對(duì)比圖Fig.1 Contrastofoverp ressure logarithm ic d istribution and fitting curve

3 結(jié)語(yǔ)

將陸地振動(dòng)測(cè)試傳感器應(yīng)用于水下，測(cè)得了遠(yuǎn)爆源處質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，并根據(jù)沖擊波在介質(zhì)中傳播原理得到了沖擊波超壓計(jì)算公式，對(duì)于指導(dǎo)今后實(shí)際測(cè)試工作，降低購(gòu)買(mǎi)沖擊波超壓測(cè)試專(zhuān)用設(shè)備成本具有一定意義。

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A new combed-type diaphragm wall base for ultrahigh retaining wall

XU Jun-jie
（CCCCSecond Harbor ConsultantsCo.,Ltd.,Hubei,Wuhan 430071,China）

It is difficult to overcome the defects of poor stability,high bearing capacity requirement and bad economy when building a conventionalultrahigh retaining wallon softor rocky foundation.A new scheme of combed-type diaphragm wall base which takes diaphragm wall as part of retaining wall's compound foundation was put forward,and a preliminary analysis of workingmechanism and loading conditionswas carried in this paper.The results show that this base has the advantage of both rigidity and flexibility,and can be applied in the supportworksofupland chasm or port land.

ultrahigh;retaining wall;diaphragm wall

U655.54

A

2095-7874（2015）05-0020-04

10.7640/zggw js201505006

2015-01-22

2015-03-06

徐俊杰（1974— ），男，湖北黃崗市人，高級(jí)工程師，港口及航道工程專(zhuān)業(yè)。E-mail：xujunjie@ctesi.com.cn