某擋墻失穩(wěn)原因分析及加固設(shè)計(jì)

李遠(yuǎn)輝,陳小丹,馬 勇

(1.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510635；2.廣東省巖土工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510635)

1 工程概況

某小區(qū)距河涌邊約7.6 m新建一擋墻，擋墻大致與河岸平行，順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)約260 m。在擋墻墻趾處有一村道，路面高程為6.0 m，擋墻墻頂高程為8.0 m～9.0 m，并在擋墻頂布置一消防車道，寬為4.0 m。擋墻墻高為3.0～4.0 m的，為懸臂式擋墻，墻頂寬為0.25 m，底寬為2.09 m(墻趾寬為0.77 m，墻踵寬為0.93 m)，底坡為1:5?，F(xiàn)狀河底高程為3.50 m，河岸高程為6.0 m。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330—2013)[1]第3.2.1條及場(chǎng)地周邊情況，確定該邊坡工程安全等級(jí)為3級(jí)，永久邊坡一般工況邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fst為1.25，地震工況邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fst為1.05。擋墻設(shè)計(jì)斷面示意如圖1所示。

2 地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探揭露，場(chǎng)地地層為第四系人工填土層(Qml)、海陸交互相沉積層(Qmc)及基巖層下古生界混合花崗巖(Z)組成。第四系人工填土層以雜填土為主，次為素填土；海陸交互相沉積層(Qmc)珠江三角洲海陸交互相沉積物，以粘性土及砂土為主，包括淤泥，淤泥質(zhì)粉、細(xì)砂，淤泥質(zhì)土，中砂，淤泥質(zhì)粉、細(xì)砂，粉質(zhì)粘土，礫砂；第四系殘積層為混合花崗巖風(fēng)化殘積土，約混20%石英質(zhì)級(jí)配砂，包括砂質(zhì)粘性土；古生界混合花崗巖為混合花崗巖，根據(jù)巖石風(fēng)化程度的不同分為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化及微風(fēng)化巖?？拐鹪O(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10 g。各土層物理力學(xué)參數(shù)建議值如表1所示。

3 擋墻失穩(wěn)原因分析

懸臂式擋墻澆筑完成達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行墻后土方回填。其中一段擋墻墻后土方回填至墻頂高程時(shí)突然失穩(wěn)，長(zhǎng)約80 m。發(fā)生這一現(xiàn)象后現(xiàn)場(chǎng)立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，卸載墻后回填土方，并對(duì)失穩(wěn)原因進(jìn)行分析，以便對(duì)未失穩(wěn)的擋墻進(jìn)行加固處理，防止失穩(wěn)再次發(fā)生。

本次擋墻失穩(wěn)原因分析從兩個(gè)方面入手，一方面復(fù)核擋墻自身抗滑穩(wěn)定是否滿足要求，另一方面復(fù)核擋墻整體抗滑穩(wěn)定是否滿足要求。

擋墻自身抗滑穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，基底摩擦系數(shù)取0.35，墻后回填土粘聚力為18 kPa，內(nèi)摩擦角為15°，墻頂消防車輛荷載為20 kPa，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

擋墻整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算按邊坡穩(wěn)定計(jì)算，采用理正巖土6.5PB4版進(jìn)行邊坡穩(wěn)定計(jì)算。計(jì)算時(shí)假定滑動(dòng)面不從鋼筋混凝土擋墻穿過，即鋼筋混凝土擋墻粘聚力及內(nèi)摩擦角足夠大。計(jì)算典型斷面及各土層參數(shù)如圖2所示，計(jì)算結(jié)果如表2及圖3所示。

圖3 滑動(dòng)面位置示意(單位：高程m，尺寸mm)

在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查勘時(shí)，發(fā)現(xiàn)擋墻失穩(wěn)部位河涌中有一處河涌底略高于水面，現(xiàn)場(chǎng)情況如圖4所示。

從表2及表3計(jì)算結(jié)果可知，擋墻自身抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)大于1.0，且滿足規(guī)范要求，擋墻自身是穩(wěn)定的；邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)小于1.0，邊坡處于滑動(dòng)狀態(tài)，擋墻整體失穩(wěn)。根據(jù)圖4，滑動(dòng)面出口位置在河涌底，這與現(xiàn)場(chǎng)河涌底隆起情況是相符的。從多個(gè)方面論證分析結(jié)論是一致的，即擋墻失穩(wěn)是深層滑動(dòng)造成的。表面上直接看到了擋墻變形過大，擋墻失穩(wěn)，究其內(nèi)因是擋墻底部存在軟土層，抗剪強(qiáng)度低造成深層滑動(dòng)所致。因此加固處理所要針對(duì)的問題在于深層滑動(dòng)，關(guān)鍵在于軟土層的處理。

4 加固方案設(shè)計(jì)

4.1 加固方案選擇與設(shè)計(jì)

軟土地基加固處理的方法有很多，按加固的原理可分為置換、擠密、排水和加筋等幾類，主要包括換填法、排水固結(jié)法、灰土擠密法、CFG樁法、混凝土預(yù)制樁法、靜壓注漿法、高壓噴旋噴樁法、水泥攪拌樁法等[2]。但本次加固是需要在上部主體結(jié)構(gòu)及周邊建筑物主體結(jié)構(gòu)完成的情況下進(jìn)行，受到外部條件的約束且施工工期短，可選擇的加固處理方案不多。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，綜合考慮，本次加固方案推薦采用高壓旋噴樁處理方案。

地基處理采用Φ600旋噴樁，擋墻底板范圍為矩形布置，間距1.3 m×1.0 m，樁端入中粗砂層不小于1.0 m，樁長(zhǎng)18.33～20.45 m。擋墻外為長(zhǎng)短樁正方形布置，間距1.3 m×1.3 m。短樁樁長(zhǎng)應(yīng)不小于最危險(xiǎn)滑動(dòng)面以下2.0 的深度[3]且須處理完整個(gè)淤泥層，樁長(zhǎng)8.0～10.33 m；長(zhǎng)樁樁端置于中粗砂層頂部，樁長(zhǎng)17.33～19.46 m。旋噴樁布置如圖5～6所示。

旋噴樁采用雙管法施工，采用42.5R普通硅酸鹽水泥，水泥摻入量不少于36%(重量比)且每延米旋噴樁水泥用量不少于200 kg。

4.2 加固后擋墻深層抗滑穩(wěn)定計(jì)算

加固后復(fù)合土體粘聚力、內(nèi)摩擦角按下列公式[4]計(jì)算。

Cc=Cs(1-m)+mCp

(1)

tanφc=tanφs(1-m)+mtanφp

(2)

式中Cc為加固后土體凝聚力,kPa；φc為加固后土體內(nèi)摩擦角,°；m為置換率，擋墻底板下為0.27，短樁范圍為0.167，短樁與長(zhǎng)樁之間范圍為0.084；Cp為樁體粘聚力,kPa，取200 kPa；φp為樁體內(nèi)摩擦角,°，取25°。

計(jì)算成果如表4所示，加固后各土層參數(shù)如表5所示。

從表4可以看出，經(jīng)過加固后，擋墻整體抗滑穩(wěn)定滿足規(guī)范要求，由此可見加固方案是滿足要求的。

5 工程實(shí)施情況

2019年7月開始旋噴樁的實(shí)施，旋噴樁施工完成后，對(duì)旋噴樁進(jìn)行鉆孔取芯檢測(cè)，抽檢數(shù)量為總樁數(shù)的10%。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取芯情況，旋噴樁成樁質(zhì)量總體情況較好，芯樣抗壓強(qiáng)度2.6～3.2 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。待現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)完成后進(jìn)行墻后土方回填，于2019年10月回填至墻頂高程。根據(jù)施工以來現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，擋墻頂部沉降量在11 mm以內(nèi)，擋墻頂部水平位移在16 mm以內(nèi)，沉降量及水平位移未發(fā)現(xiàn)增大的趨勢(shì)，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)語

1) 通過工程地質(zhì)勘察和計(jì)算分析并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況找到了擋墻失穩(wěn)原因是擋墻地基下的軟土層造成的，針對(duì)地基軟土層采取了合理可行的加固措施，達(dá)到了預(yù)期效果。

2) 加固方案針對(duì)不同建筑物對(duì)承載力及變形的要求不同，采用長(zhǎng)短樁布置，既滿足安全需要又可節(jié)省工程投資。

3) 在進(jìn)行擋墻設(shè)計(jì)時(shí)不僅要關(guān)注擋墻自身的穩(wěn)定，還應(yīng)關(guān)注擋墻邊坡整體抗滑穩(wěn)定，尤其遇到擋墻底部存在軟土層的情況。

4) 本工程竣工到現(xiàn)在僅運(yùn)用3個(gè)月的時(shí)間，地基軟土變形需要較長(zhǎng)時(shí)間才能趨于穩(wěn)定，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，不應(yīng)臨時(shí)堆放超重荷載。