預(yù)應(yīng)力錨桿在河道高擋墻加固中的應(yīng)用

◎南英堯 惠州市華禹水利水電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司

1.工程概況

本文以已建成的擋墻加固案例為背景，該擋墻加固工程位于深圳市某河道一別墅山莊段，該段河道擋墻現(xiàn)狀為漿砌石重力式擋墻，墻高約9～13m，修建年代較為久遠(yuǎn)，整座墻體現(xiàn)狀外觀質(zhì)量較差，墻面基本沒(méi)有排水孔等墻體排水措施，特別是在大暴雨的情況下容易造成墻前墻后水位變化較大，存在坍塌風(fēng)險(xiǎn)，安全隱患較大。擋墻后為別墅山莊，所處地理位置重要且不具備大開(kāi)挖條件，拆除重建可能性較小。經(jīng)綜合比較，對(duì)該段擋墻進(jìn)行加固設(shè)計(jì)處理更為合理。

2.加固設(shè)計(jì)原理

由于別墅山莊段現(xiàn)狀擋墻缺乏設(shè)計(jì)資料，但通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察分析該段擋墻在目前情況下并未發(fā)生倒塌，可以倒推擋墻建成之初，在墻前墻后無(wú)水下并沒(méi)有倒塌傾向，說(shuō)明此時(shí)擋墻的抗滑力不小于其滑移力，則可以假定它至少處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，即此時(shí)的抗滑力等于滑移力，擋墻的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)是1.0，由這種假定來(lái)結(jié)合現(xiàn)狀墻高來(lái)推測(cè)擬定擋墻的結(jié)構(gòu)尺寸。

本工程河道建筑物級(jí)別為3級(jí)，首先根據(jù)推測(cè)擬定的擋墻斷面來(lái)復(fù)核其在不同工況下的穩(wěn)定及受力狀況，若在完建工況下原擋墻自身提供的抗滑力小于所受滑移力的1.25倍（規(guī)范要求的最小倍數(shù)），且在水位驟降工況下原擋墻自身提供的抗滑力小于所受滑移力的1.10倍（規(guī)范要求的最小倍數(shù)），需采取相應(yīng)的加固措施來(lái)提供足夠的抗滑力來(lái)滿足規(guī)范要求，經(jīng)過(guò)分析采用預(yù)應(yīng)力錨桿加固方式，通過(guò)預(yù)應(yīng)力錨桿的提供的拉力來(lái)加大擋墻的抗滑力。

3.現(xiàn)狀擋墻復(fù)核計(jì)算

3.1 計(jì)算工況

根據(jù)擋墻實(shí)際情況，取如下工況進(jìn)行驗(yàn)算。

工況一：完建工況下，墻前墻后無(wú)水，設(shè)計(jì)荷載為擋墻結(jié)構(gòu)自重、墻后填土重、填土表面上的分布荷載；

工況二：水位驟降工況下，墻前墻后水位差為0.5m。擋墻墻后水位為50年一遇設(shè)計(jì)洪水位，墻前水位為50年一遇設(shè)計(jì)洪水位減去0.5m，荷載為墻體結(jié)構(gòu)自重、土重、填土表面上的分布荷載、靜水壓力、揚(yáng)壓力、水重力。

3.2 復(fù)核計(jì)算

（1）擋土墻抗滑穩(wěn)定計(jì)算：

式中：KC為擋土墻沿基底面的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f為擋土墻基底面與地基之間的摩擦系數(shù)，根據(jù)地勘報(bào)告本段擋墻的持力層為粉質(zhì)黏土，摩擦系數(shù)取值0.3；ΣG為作用在擋土墻上全部垂直于水平面的荷載，kN；ΣH為作用在擋土墻上全部平行于基底面的荷載，kN。

（2）擋土墻抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算：

式中：KO為擋土墻抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)；MV為對(duì)擋土墻基底前趾的抗傾覆力矩，kN·N；MH為對(duì)擋土墻基底前趾的傾覆力矩，kN·N。

（3）本工程建筑物級(jí)別為3級(jí)，擋墻的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為：正常運(yùn)用1.25；非正常運(yùn)用1.10。擋墻抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)為：正常運(yùn)用1.50；非常正運(yùn)用1.40。選取該段擋墻某個(gè)位置的典型斷面進(jìn)行各工況計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，擋墻在工況一條件下，滑移力=568.44kN、抗滑力=574.12kN，抗傾安全系數(shù)K0=2.745＞[1.50]，滿足規(guī)范要求，但抗滑安全系Kc=1.01＜[1.25]，不滿足規(guī)范要求；擋墻在工況二條件下，滑移力=511.08kN、抗滑力=460.70kN，抗傾安全系數(shù)K0=1.800＞[1.40]，滿足規(guī)范要求，但抗滑安全系數(shù)Kc=0.901＜[1.10]，不滿足規(guī)范要求。故現(xiàn)狀擋墻需經(jīng)過(guò)錨桿來(lái)補(bǔ)充提供抗滑力來(lái)保證其穩(wěn)定且滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

4.錨桿的設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 錨桿計(jì)算原理

擋墻頂部人員及車輛活動(dòng)頻繁，擋墻一旦失穩(wěn)會(huì)造成公共安全問(wèn)題。根據(jù)《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程（附條文說(shuō)明）》（CECS 22-2005）規(guī)定，對(duì)永久性錨桿抗拔安全系數(shù)應(yīng)≥2.2。

錨桿錨固段長(zhǎng)度計(jì)算，錨固段計(jì)算采用《巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程》公式，并取下述公式中的最大值：

式中：La為最小錨固長(zhǎng)度，m；K為錨桿的抗拔安全系數(shù)，依規(guī)范取2.2；Nt為錨桿軸向拉力設(shè)計(jì)值，kN；D為錨孔直徑，mm；fmg為錨固段注漿體與地層間粘結(jié)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，kPa，查地勘報(bào)告；由于本工程采用二次高壓注漿，根據(jù)規(guī)范要求其極限粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值將顯著提高，提高后粉質(zhì)粘土與錨固體粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)≥55kPa，粗砂與錨固體粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)≥100kPa，礫質(zhì)粘性土與錨固體粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)≥65kPa；φ為錨固長(zhǎng)度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響系數(shù)，按規(guī)范表7.5.2取值；fms為錨固段注漿體與鋼筋粘結(jié)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，kPa，查規(guī)范表7.5.1-2；d為鋼筋直徑，mm；ζ為采用2根或2根以上的鋼筋時(shí)，界面的粘結(jié)強(qiáng)度降低系數(shù)，取0.7。另外依規(guī)范規(guī)定：為了安全和穩(wěn)定性的要求，錨桿的有效錨固長(zhǎng)度除應(yīng)滿足公式計(jì)算的要求外，在土質(zhì)地層中一般宜≥6m。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，現(xiàn)狀擋墻后為原狀山體，再通過(guò)地質(zhì)鉆探揭露情況，本次擋墻及錨桿計(jì)算所采用的土層參數(shù)按擋墻后推測(cè)1∶1開(kāi)挖邊線為分界線，靠近擋墻側(cè)采用素填土參數(shù)，遠(yuǎn)離擋墻側(cè)采用原狀土參數(shù)。

4.2 錨桿計(jì)算結(jié)果

按照以上的計(jì)算原理及規(guī)范規(guī)定條款，采用理正巖土電算，工況一計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 工況一：樁號(hào)3+324.95擋墻錨桿計(jì)算結(jié)果表

在工況一條件下：原擋墻經(jīng)錨桿加固后，錨桿水平間距為1.6m，豎向間距為2.0m，錨桿能提供原擋墻單米寬的軸向拉力為設(shè)計(jì)值168.75kN，錨桿與水平方向夾角為15°，故錨桿提供的抗滑力為176.10kN，加上擋墻自身提供的抗滑力574.12kN，合計(jì)抗滑力為750.22kN，滑移力為568.44kN，則抗滑安全系數(shù)可提高到1.32＞[1.25]，滿足規(guī)范要求。

在工況二條件下：原擋墻經(jīng)錨桿加固后，錨桿水平間距為1.6m，豎向間距為2.0m，錨桿能提供原擋墻單米寬的軸向拉力為設(shè)計(jì)值146.88kN，錨桿與水平方向夾角為15°，故錨桿提供的抗滑力為153.28kN，加上擋墻自身提供的抗滑力460.70kN，合計(jì)抗滑力為614.98kN，滑移力為511.08kN，則抗滑安全系數(shù)可提高到1.20＞[1.1]亦滿足規(guī)范要求。

5.結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)以上理論進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)施工后，該加固工程安全運(yùn)行已有三年，期間經(jīng)歷了汛期大暴雨和臺(tái)風(fēng)的考驗(yàn)，也進(jìn)行了多次墻體位移沉降監(jiān)測(cè)，均滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求，故經(jīng)實(shí)踐論證，該方法對(duì)城市高擋墻加固具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)和借鑒的價(jià)值。