懸臂式排樁擋土墻在某市政道路中的應(yīng)用

曹 明，馬曉明

(東南大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210096)

1 工程概況

項(xiàng)目位于蘇州城區(qū)，為老路改造工程。道路工程緊鄰既有河道，河道底標(biāo)高為-1.88 m，新建道路高程約4.00 m。因河道通航寬度以及道路寬度的限制，擋墻設(shè)置需緊貼道路人行道外邊緣，考慮到該道路是蘇州東西向交通的重要干道，施工過程中需保通現(xiàn)狀道路，而傳統(tǒng)形式的擋土墻一般需要基坑開挖施工，因此不具備施工的條件，同時(shí)也可能影響道路運(yùn)營的安全。

2 工程地質(zhì)條件

各地層物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

3 方案比選

傳統(tǒng)的擋土墻主要包括重力式、懸臂式、扶壁式、樁板式等形式，對于本工程而言傳統(tǒng)的擋土墻形式都伴隨著斷面過大無布置空間或施工空間不足造成的臨時(shí)基坑開挖受限等問題。

排樁通常用作基坑臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，因沒有相關(guān)的規(guī)范作支撐，極少將其作為永久性擋土墻使用。排樁在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中主要發(fā)揮擋土和承擔(dān)水土壓力的功能，與其它支護(hù)形式相比具備布置形式靈活、占地面積小、對周圍環(huán)境影響小的優(yōu)勢。因?yàn)榕艠杜c擋土墻在功能上是契合的，再加上排樁結(jié)構(gòu)占地面積小和無基坑開挖，因此對于一些土地被嚴(yán)格限制的工程擋土墻的理想選型。

因而，從解決實(shí)際空間矛盾出發(fā)，根據(jù)場地工程條件，經(jīng)多方研究和與傳統(tǒng)擋土墻的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較論證：懸臂式排樁擋土墻為該臨河位置道路的防護(hù)的最佳形式。

設(shè)計(jì)初步擬定排樁采用樁孔灌注樁，樁截面形狀為圓形，樁徑1.25 m，樁間距1.50 m，各段根據(jù)懸臂段長度不同分別設(shè)置不同樁長的排樁，并進(jìn)行相應(yīng)的穩(wěn)定性驗(yàn)算和結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)。

4 懸臂式排樁擋墻控制標(biāo)準(zhǔn)的討論

排樁作為一個(gè)成熟的工藝被廣泛的用作基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)，而作為擋墻使用仍處在摸索階段，現(xiàn)行的公路、鐵路、水利等部門的規(guī)范也均未涉及此類擋土墻，因而在進(jìn)行排樁擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)，缺乏明確的標(biāo)準(zhǔn)作為支撐。本章節(jié)將針對排樁擋土墻的設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)做相關(guān)討論。

排樁結(jié)構(gòu)的嵌固深度受抗傾覆、抗滑移和整體穩(wěn)定性等多個(gè)方面的影響，嵌固深度直接關(guān)系到工程的可靠性，應(yīng)作為一個(gè)重點(diǎn)的控制指標(biāo)。《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》對于懸臂式支擋結(jié)構(gòu)的嵌固深度有明確要求，見圖1。

圖1 懸臂式結(jié)構(gòu)嵌固深度驗(yàn)算

式中：Kem──嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)；安全等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)的懸臂式支擋結(jié)構(gòu)，Kem分別不應(yīng)小于1.25、1.2、1.15；Epk、Eak──基坑外側(cè)主動(dòng)土壓力、基坑內(nèi)側(cè)被動(dòng)土壓力合力的標(biāo)準(zhǔn)值(KN)；za1、zp1──基坑外側(cè)主動(dòng)土壓力、基坑內(nèi)側(cè)被動(dòng)土壓力合力作用點(diǎn)至擋土構(gòu)件底端的距離(m)。

規(guī)范中對于擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算的方法與基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的驗(yàn)算方法相同，從原理上嵌固深度的驗(yàn)算沒有臨時(shí)結(jié)構(gòu)與永久結(jié)構(gòu)的區(qū)別，因此《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》中懸臂結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性檢驗(yàn)的方法與嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)的規(guī)定對懸臂式排樁擋墻同樣適用，但作為永久結(jié)構(gòu)，懸臂式排樁擋墻的嵌固穩(wěn)定安全系數(shù)可以參考擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)，取值為不小于1.5。

排樁擋土墻過大的側(cè)向變形不僅會(huì)造成結(jié)構(gòu)的破壞和墻后土體失穩(wěn)，對于市政工程更嚴(yán)重的可能會(huì)危及到周圍的建筑物。《基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》不同地區(qū)對同等級(jí)的基坑水平位移及垂直沉降都有不同的要求，作為永久性擋護(hù)工程，參照《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》對樁板墻的要求，排樁擋土墻樁頂位移應(yīng)小于懸臂段長度的1/100，且不宜大于10 cm，錨固點(diǎn)水平位移不宜大于10 mm，且側(cè)壁應(yīng)力不應(yīng)大于地層的橫向容許承載力。

5 設(shè)計(jì)計(jì)算

排樁多用于基坑臨時(shí)支護(hù)，本次懸臂式排樁擋土墻結(jié)構(gòu)計(jì)算采用《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的計(jì)算方法。考慮基坑支護(hù)為臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，為保證作為永久結(jié)構(gòu)使用的可靠性，本次計(jì)算不考慮墻前水位對擋土墻的壓力(即認(rèn)為降水到河底)，同時(shí)墻后土壓力采用主動(dòng)土壓力計(jì)算。

圖2 壓力計(jì)算

為驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的有效性，本工程設(shè)計(jì)采用《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的無錨碇板樁式擋土墻計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)證。

圖3 計(jì)算方法驗(yàn)證

最終的結(jié)果顯示：本工程所采用設(shè)計(jì)方案經(jīng)計(jì)算驗(yàn)證可以在有效保證擋土的情況下，將擋土結(jié)構(gòu)和土體的變形控制在合理的范圍，是一種合理和有效的方案。

6 結(jié) 語

隨著城市的發(fā)展，道路與土地的矛盾將愈發(fā)加劇，懸臂式排樁將越來越多的用作市政道路的擋土墻。因缺乏規(guī)范依據(jù)，本文參考相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范從嚴(yán)要求提出了懸臂式排樁擋土墻的變形控制標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)思路以及計(jì)算原理。文章最后也通過實(shí)際工程計(jì)算驗(yàn)證了懸臂式排樁擋土墻應(yīng)用的可行性，為類似項(xiàng)目提供工程參考。