微型鋼管樁加固重力式擋土墻的應用

朱成華，魏小勇

（1 重慶市建筑科學研究院有限公司，重慶 400016；2 重慶佰晟捷建筑工程有限公司，重慶 401120）

重慶市作為山地城市，地勢高低起伏，建筑特色明顯，特別是老舊小區通常依山就勢而建，建筑場地以多個臺地進行布置，地勢高差以擋土墻作為支擋。由于當時技術條件限制，老舊小區周圍及其內部現存擋土墻的安全性大部分不符合國家現行規范的要求，針對這類擋土墻的加固處理非常重要，加固處理方法應能夠提升現有擋土墻的安全性，確保老舊擋土墻有更高的穩定性、更小的基底壓力。同時，既要考慮節約成本、減少工期，又要滿足施工方便、環境影響小等要求。

1 常規加固方法簡述

目前，擋土墻的加固設計理論及應用研究取得了系列成果，李純玉[1]系統分析了重力式擋土墻穩定性的影響因素，Castillo 等[2]將安全系數法用于擋土墻的加固和修復，張春標[3]應用錨桿及注漿技術加固擋土墻，張振奮等[4]在擋土墻加固工程中應用預應力錨索技術，周興龍等[5]在深厚垃圾場地漿砌片石重力式擋土墻加固中應用樹根樁，李強等[6]對樁板式擋土墻加固方案及技術進行了評價，余波江[7]在擋土墻加固工程中應用水平受荷樁進行設計，張文超[8]等在擋土墻加固中應用灌漿法，于志清等[9]總結了重力式擋土墻修復加固實例。常用的老舊擋土墻加固方法有增大截面、增設抗滑樁、增設樹根樁、增加錨固、灌漿等方法，但針對老舊小區改造項目上述方法均有著一定的局限。增大截面法是在擋土墻的外側增大一定的截面，需要占用一定的額外墻前使用空間，但老舊小區空間基本條件較差，很難找到預留空間，基礎坑槽開挖也會對原有擋土墻的地基產生擾動影響；增設抗滑樁、樹根樁同樣也有上述的空間問題，并且其成本較高，又由于通常不具備大型機械成孔的條件，采用人工挖孔施工風險較大；增加錨固需外設錨頭依然存在占用空間的問題，并且該方法將受制于擋土墻后的巖層情況，適用范圍較小；灌漿法對土體的加固效果難以準確評價，檢測難度大，并且灌漿法易跑漿成本較高。因此，傳統加固方法在老舊小區的改造中都有比較明顯的限制條件，適用性較差。

老舊擋土墻新型加固方法的研究因而非常必要且緊迫，針對老舊小區改造的特點，進行新型加固方法的研究并開發出相應的產品，將可以極大地滿足目前市場的需求，對加快工程建設、節約成本和環境保護等方面發揮重要作用。

2 理論研究

老舊擋土墻通常建造年代較早，大部分未經過正規的設計，擋土墻的型式基本 為重力式擋土墻，重力式擋土墻主要是靠自重來維持土壓力作用下的自身穩定[10]，其主要驗算項目為抗滑移、抗傾覆、地基承載力以及結構強度，依據國家現行規范《建筑邊坡工程技術規范》GB 50330—2013[11]規定，重力式擋土墻一般工況下抗滑移穩定系數不小于1.3，抗傾覆穩定系數不小于1.6，地基承載力和結構強度根據地質情況和修建材料的不同還應滿足相應的要求，由于老舊擋土墻已運行使用相當長一段時間，其本身地基和結構強度存在問題的可能性不大，而其抗滑移穩定系數和抗傾覆穩定系數不滿足現行規范要求的可能性較大，提高現有擋土墻的抗滑移穩定性和抗傾覆穩定性是加固最主要的兩個目標。因此，老舊擋土墻的加固方法應能夠提高其抗滑移穩定系數和抗傾覆穩定系數，還要考慮老舊擋土墻大多數空間受限制，加固結構應盡量不占用額外空間，且施工簡便、風險低，不需要大型設備，加固施工也不應對現有擋土墻產生不利影響。

原擋土墻受墻后主動土壓力作用，以墻身自重抵抗傾覆及滑移，擋土墻作為剛體保持極限平衡；針對擋土墻的受力特點及實際限制條件，采用微型鋼管樁加固結構對老舊擋土墻進行加固，以小型設備在墻后機械成孔微型鋼管樁并在樁頂設置連梁與擋土墻連接，構成“П”形超靜定組合結構，組合結構的受力體系變化及模型示意見圖1、圖2，微型鋼管樁與原擋土墻的連接連梁作為力臂，較小的抗拔力就可以提供較大的抗傾覆力矩，又由于微型鋼管樁自身剛度大，可以提供較大的側向抗滑力。同時，該組合結構形式更穩定，并增加了水平抗力和抗傾覆彎矩，即提高了抗滑移穩定性系數和抗傾覆穩定性系數，同時，原有擋土墻自身承受的傾覆力矩變小，進而又可以減小擋土墻墻底的地基應力，加固結構的平面布置和剖面受力情況見圖3、圖4，依據《建筑邊坡工程技術規范》GB 50330—2013[11]給出的重力式擋土墻抗滑移穩定系數Fx和抗傾覆穩定系數Ft的計算公式，加固結構微型鋼管樁通過水平抗力增加擋土墻整體的抗滑移穩定系數，通過微型鋼管樁的抗拔力產生的抗傾覆力矩增加抗傾覆穩定系數，其中微型鋼管樁的水平抗力和抗拔力按《建筑樁基礎技術規范》JGJ 94—2008[12]的計算公式采用，微型鋼管樁加固后擋土墻的抗滑移穩定系數、抗傾覆穩定系數和地基應力計算見下式（1）～（4）。

圖1 擋土墻受力體系示意圖

圖2 加固結構模型示意圖

圖3 加固處理平面布置示意圖

圖4 加固剖面及荷載作用示意圖

式中：

Fx——擋土墻抗滑移穩定系數；

Ft——擋土墻抗傾覆穩定系數；

pmax——擋土墻基底地基應力最大值；

μ——擋土墻底與地基的摩擦系數；

G——擋土墻自重；

Gt——擋土墻自重沿擋土墻基底面方向的分力；

Gn——擋土墻自重垂直擋土墻基底面方向的分力；

Ea——土壓力合力；

Eat——土壓力合力沿擋土墻基底面方向的分力；

Ean——土壓力合力垂直擋土墻基底面方向的分力；

Eax——土壓力合力水平方向的分力；

Eaz——土壓力合力豎直方向的分力；

pmax——擋土墻地基應力最大值；

p——擋土墻地基應力平均值；

A——擋土墻基底截面寬度；

B——擋土墻墻頂截面寬度；

M——作用于擋土墻基礎底面的力矩；

W——擋土墻基礎底面的抵抗矩；

Rha——小鋼管樁的單樁水平承載力特征值[7]；

Tuk——小鋼管樁的抗拔承載力[7]；

x0——擋土墻中心到墻趾的距離；

xf——土壓力合力作用點到墻趾的水平距離；

zf——土壓力合力作用點到墻趾的豎向距離；

bz——小鋼管樁到擋土墻邊緣的水平距離；

Lz——小鋼管樁縱向間距；

a——擋土墻墻頂到墻趾的水平距離。

3 工程應用

重慶市某三層砌體房屋，正面一層、背面三層分別與室外地坪相接，背面一、二層外墻緊靠擋土墻，房屋與擋土墻的位置關系見圖5、圖6，該擋土墻經鑒定單位鑒定，擋土墻的抗滑移和抗傾覆安全系數不滿足規范要求，應進行加固處理，擋土墻型式為重力式，墻身材料為漿砌條石重力式擋土墻，直立矩形截面，墻高5 m，墻寬1 m，墻后填土容重20 kN/m3，內摩擦角30°，粘聚力5 kPa，現有擋土墻驗算結果如下：

圖5 剖面示意圖

圖6 外墻與擋土墻關系圖

由于房屋外墻與擋土墻間空間狹小，常規的加固方法加固空間受限，而本文的加固方法可很好地解決這個問題。具體做法為：在墻后1m 處鉆一排孔，孔孔間距1m，孔徑210mm，孔深7m，孔內插入Q355 結構用無縫鋼管Φ200×12，管周注漿孔直徑為10～20 mm，10～20 cm 交錯布置，一圈不少于4 個孔，小鋼管樁內設不少于4 根C18 鋼筋，樁頂連梁縱橫向雙向設置，縱向一道于樁頂部沿鋼管樁縱向設置，橫向每樁一道于樁頂設置，連接擋土墻與小鋼管樁，連梁截面尺寸寬度不小于250 mm，高度不小于200 mm，配置雙層雙向鋼筋，連梁均采用現澆C30 鋼筋混凝土[13]。加固后驗算結果如下：

根據上述驗算結果可知，本文加固方法可大幅增加擋土墻的抗滑移和抗傾覆穩定系數，大幅降低了擋土墻地基應力最大值，提高了老舊擋土墻的安全性，并且加固方法簡單、操作方便，具有很強的實用性和適用性。

4 結語

本文概述了老舊擋土墻常規加固方法的局限，通過對微型鋼管樁在擋土墻加固中的應用研究，在墻后設置微型鋼管樁并在樁頂通過連梁與擋土墻連接，構成“П”形超靜定組合結構，該組合結構形式更穩定，并增加了水平抗力和抗傾覆彎矩，減小了擋土墻墻底的地基應力，給出了加固后的計算公式以及安全性能指標，并通過工程應用進一步驗證該加固方法可靠且實用性強。本研究可為同類型擋土墻的加固提供理論參考和施工指導。