復合式排樁擋土墻在軟土地基中的應用

（福建省寧德市東僑東湖塘海堤水閘管理處寧德市352100）

復合式排樁擋土墻在軟土地基中的應用

李松興

（福建省寧德市東僑東湖塘海堤水閘管理處寧德市352100）

結合工程實例，文章介紹了復合式排樁擋土墻在南大塘排洪渠中的應用，分析復合式排樁擋土墻的設計思路和計算原理，為其在建設場地受限條件下軟土地基水利擋墻應用中提供借鑒。

排樁擋土墻水利軟土地基應用

軟土地基水利擋墻常采用的型式有重力式、半重力式、懸臂式、扶壁式、加筋土釘式、地下連續墻、排樁式、水泥土墻、土釘墻、板樁式，其中重力式擋土墻在工程中最為常見，懸臂式、扶壁式使用也較多。以往排樁常用于建筑深基坑支護，較少作為永久性支擋建筑物。隨著國家大力建設民生水利工程以及城區土地價值提升，近年來排樁逐步應用于軟土地基水利擋墻中，特別是施工場地受限的城區河道護岸中。其中復合式排樁擋土墻既有擋土功能，又有抗洪水沖刷效果，既作為永久支擋結構，又可利用作為臨時支護結構，一舉多得，施工中可采用逆作法確保施工安全，與場地受限地區軟土地基水利護岸要求不謀而合，解決了一大難題。2012年，我們在南大塘排洪渠設計過程中，根據排洪渠護岸特點結合支護排樁進行有機組合，形成復合式排樁擋土墻。從投入使用后5年的運行情況看，效果良好。

1 工程概況

南大塘排洪渠位于寧德市中心城區金塔組團，作為南部城區排泄山洪和城區澇水的主要通道，控制集水面積12.5 km2，5年一遇設計洪峰流量94.1m3/s，河道寬度（14～20）m，最大墻高6.0m，受東湖回水影響護岸按3級建筑物設計。

2 工程地質條件

根據工程地質勘察成果，場地表層為素填土，中層為全新統沖海積層。場地巖土層可劃分為5層，其工程地質特征自上而下分布有素填土①、淤泥②、中砂③、圓礫④、殘積砂質粘性土⑤。地下水水位約（0.1～1.1）m，抗震設防烈度為6度，各巖層物理地質指標見表1。

表1 各巖土層承載力特征值及參數表

3 排樁擋土墻設計

排樁擋土墻按照排列形式分為柱狀式、連續式及復合式，其中柱狀式排樁擋土墻常用于地下水位較低、邊坡地質條件好、不易產生樁間溜土的場地；連續式和復合式排樁擋土墻常用于地下水位較高、邊坡地質條件較差的軟土地基。按支撐情況，排樁擋土墻又分為懸臂式和支撐式，其中懸臂式排樁擋土墻適用于護岸高度小，變形要求低的場地；支撐式排樁擋土墻適用于護岸高度大，地基地質條件差、對變形要求嚴格的場地。

南大塘排洪渠護岸兩側為密集的工業廠房和民房，最窄處寬度僅為25.0m。水利計算要求采用直立式擋墻且河底高程無法提高，護岸開挖深度達（3.8～6.3）m，若采用周邊地區常用的重力式、扶壁式等護岸結構型式帶來的巨額拆遷費用無法承擔，實施難度極大。而鋼板樁、預制混凝土板樁等常用于對變形要求不高的臨時基坑支護。該工程設計時還選擇扶壁式、重力式等多種擋墻結構在經濟、工期、社會穩定等方面進行比選，最終采用復合式單支點沖孔灌注樁擋土墻方案（見圖1、圖2）。本方案結構型式簡單、抗水力沖刷能力強、占地小、有效減少拆遷量、施工范圍小、受外界干擾小，可滿足工程功能需求，且綜合造價不高。

圖1 南大塘排洪渠護岸橫剖面圖（單位：mm）

圖2 南大塘排洪渠護岸單支點沖孔灌注排樁擋土墻布置圖（單位：mm）

3.1 工程措施

擋墻采用復合式排樁結構，共設兩排樁，排距2.0m，其中臨水側樁徑0.7m，樁距3.6m，樁長17.0 m，背水側樁徑0.7m，樁距1.8m，樁長23.0m，均為C30鋼筋混凝土沖孔灌注樁，兩排樁間采用C25鋼筋混凝土承臺連接，背水側樁樁頂設置C25鋼筋混凝土冠梁（寬0.9 m×高0.6m），背水側樁外側設置厚0.4m的C25鋼筋混凝土面板直通墻頂，面板上設兩排DN75PVC排水管。排洪渠渠底每隔3.6m，設置1根C25鋼筋混凝土頂梁（寬0.4 m×高0.6m）。擋墻每隔12.0m設一結構分縫。

3.2 結構計算

排樁擋土墻受力分析根據受力條件可分段按平面問題考慮，其受力、變形特征與其樁體平面布置、錨固段埋置深度、各地層地質條件和支撐形式等因素有關。排樁擋土墻的受力、變形分析，按假定邊界條件不同，目前較為常用的計算方案有彈性支點法、等值梁法、彈性樁法等。

排樁擋土墻穩定計算主要有抗傾覆、抗滑移、抗隆起及整體穩定分析等多方面。工程設計中初擬結構斷面進行各項指標驗算，該工程結構計算主要采用《建筑基坑支護技術規程》JGJ120-2012進行分析計算。

3.2.1 錨固深度計算

施工期按懸臂式排樁擋土墻（渠底對撐梁未實施）在極限狀態下的錨固深度工況計算，可采用式（1）確定錨固深度：

式中∑Epj——所有被動土壓力之合力（kN）；

hp——所有被動土壓力合力作用點至樁底的距離（m）；

γ——安全系數；

∑Eai——所有主動土壓力之合力（kN）；

ha——所有主動土壓力合力作用點至樁底的距離（m）。

滲流穩定期和水位降落期按單支點排樁擋土墻采用傳統的等值梁法，按式（2）計算確定錨固深度:

式中∑Epj——所有被動土壓力之合力（kN）；

hp——所有被動土壓力合力作用點至樁底的距離（m）；

Tcl——支撐受力（kN）；

htl——支撐受力點至樁前地面距離（m）；

hd——樁錨固深度（m）；

γ——安全系數；

∑Eai——所有主動土壓力之合力（kN）；

ha——所有主動土壓力合力作用點至樁底的距離（m）。

3.2.2 抗傾覆穩定性驗算

抗傾覆安全系數Kc采用式（3）計算：

式中Mp——被動土壓力及支點力對樁底的抗傾覆彎矩（kN/m）。

Ma——主動土壓力對樁底的傾覆彎矩（kN/m）。

3.2.3 整體穩定驗算

整體穩定驗算按平面問題采用不計條塊之間作用力的瑞典圓弧法，穩定滲流期和水位降落期的安全系數采用有效應力法，施工期安全系數采用總應力法，計算公式如下：

式中b——條塊寬度（m）；

W1——墻外水位以上條塊實重（kN）；

W2——墻外水位以下條塊浮重（kN）；

Z——墻外水位高出條塊底面中點距離（m）；

u——穩定滲流期或水位降落期壩體或地基中的孔隙水壓力（kN）；

β——條塊的重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間夾角（°）；

γw——水的容重（kN/m3）；

c′、φ′——土條底面的有效凝聚力（kN/m2）、有效內摩擦角（°）。

3.2.4 抗隆起驗算

抗降起驗算采用《建筑基坑工程技術規范》YB9258-97中Prandtl(普朗德爾)公式：

式中γ——土的重度（kN/m3）；

c——土的粘聚力（kN/m2）；

q——地面荷載（kN/m2）；

Nq、Nc——地基承載力系數。

3.2.5 計算成果

根據上述計算方法進行分析計算，各項指標結果詳見表2。

表2 各項指標計算成果表

3.2.6 側向容許變形

排樁擋土墻側向容許變形值需要考慮擋墻后土體失穩、結構破壞以及變形過大對墻頂建筑物的影響等因素。排樁擋土墻側向變形主要考慮控制墻頂和錨固段頂部變形量。錨固段頂部側向變形施工期按不大于10mm控制，穩定滲流期和水位降落期按不大于5mm控制。墻頂側向變形主要考慮因樁身過大變形對周邊建筑物產生沉降的影響，排樁擋土墻側向變形與墻后地面沉降的關系通常按三角形式、Peck法或拋物線式等方法進行估算。

3.3 施工注意事項

（1）為減少基坑開挖時單排樁支撐所帶來的樁身變形，可采取以下措施：①先澆筑樁頂冠梁，待冠梁混凝土強度達到標準強度后再開挖基坑；②基坑開挖采用分層分段法，縱向一般每次開挖長度不超過12.0m，位置與擋墻分縫錯開，橫向開挖采用逆作法每次下挖2.0m后立即噴射樁間混凝土護面；③基坑開挖至基底并清基后應立即澆筑承臺素混凝土墊層，使兩樁間形成支擋結構。

（2）基坑開挖過程中應加強樁身變形觀測，嚴格控制基坑開挖速率，嚴禁墻后超載，當樁身變形超過設計允許值時必須立即停止開挖并回填樁前土體。

4 結語

（1）南大塘排洪渠位于城市建成區，周邊建筑物密集，經方案比選后選用復合式沖孔灌注排樁擋墻護岸方案具有一定的借鑒作用。但目前無統一公認的結構計算模型，需要在今后工程實例應用中加以總結，驗證。

（2）排樁擋土墻具有布置形式靈活、對狹窄施工場地適應性強、不用基坑支護等優點，在水利工程，特別是軟土地基擋墻工程中具有一定的應用價值。

[1]崔俊杰，韓志霞.排樁擋土墻的設計及有關問題探討[J].鐵道標準設計，2006，（11）:13-15.

[2]王倪進，邱學山，朱成勇，等.排樁擋土墻在水利護岸工程中的應用[J].水利科技與經濟，2014，（10）:131-133.

2017-02-20）

李松興（1983-），男，福建福安人，大學本科，工程師，研究方向：水利工程。