锚索加固桩板式挡墙的实例工程剖析

２０１３年９月第９期　较大增加了墙后的土压力。　城市道桥与防洪　３．２场地岩土工程地质条件　桥梁结构１０３　（３）挡墙泄水孔未见出水迹象，间接导致土体　饱和后增加土压力。　（４）由于９＃挡墙先行施工完成，前侧道路和　挡墙开挖后导致９＃挡墙的锚固段岩土层强度受　到一定的破坏，地基土横向容许承载力降低。　（５）现浇板处的竖向裂缝刚好位于４４＃桩靠４５＃　桩近支点处，既剪力最大的部位，裂缝的宽度较为　均匀，约在０．２　ｍｍ～０．５　ｍｍ之间，其形态为竖直裂　根据工程地质测绘和钻探揭露，场地主要地　层有：第四系人工填土层（Ｑ　）、第四系全新统残坡　积层（Ｑ４ｄⅧ）和二叠系下统阳新组（Ｐ　）。现由新至　老将地层岩性分述如下：　（１）第四系人工填土层（Ｑ　）：褐黄色、褐红色，　主要有粉质粘土和块碎石构成，松散，主要分布在　临时安置房和新修道路前缘。　（２）第四系全新统残坡积层（Ｑ　洲）：　缝，该裂缝系由于４４＃桩和４５＃桩之间不协调变　形造成。　通过对３８～４５＃桩完整性检测（见表２）可知，　３８＃、３９＃、４０＃、４２＃桩在场平以下存在一定缺陷，但　均不在一个位置，由此可以判断不存在断桩的情　况，仅是局部质量缺陷。综合上述原因分析，该段　挡墙墙顶位移的主要原因是由于暴雨引起墙背回　填土产生滑坡，其推力已较大的超出原设计荷载，　使得本较脆弱的地基土横向容许抗力不够，引起　桩板墙绕场平下某一中轴点产生了转动，桩顶进　而出现较大位移。　表２　３８－４５＃桩测试结果一览表　３地质概况　３．１地震　场地地震基本烈度为Ⅶ，地震动峰加速度为　０．１５　ｇ，２０　ａ超越概率１０％的基岩水平峰值加速度　为１４３　ｅｍ／ｓ　，５０　ａ超越概率１０％的地面设计水平　峰值加速度为为１７５．４　ｅｍ／ｓ　。　ａ．粉质粘土：棕红、灰黄、褐黄色，可塑至硬塑　状。无摇振反应，稍具光滑，干强度高至中等，韧性　中等。失水可见开裂，局部见黑色铁锰质浸染及钙　质结核。层中部份段含约５％～２５％的碎石、角砾，　局部富集达３５％一４０％，形成含砾（碎石）粉质粘　土透镜体，角砾、碎石成分主要为粉砂质泥岩、泥　质粉砂岩和灰岩，多呈全至强风化状。分布于场地　表层。　ｂ．块石土：褐黄色、灰色，稍湿，中～密实。块石　成份以灰岩、砂岩为主，块石含量约６０％～８０％，　粒径一般在２０～３５　ｅｍ，个别达１　ｍ以上，碎石含　量约１０％～１５％，余为角砾及泥质充填。该层分布　较广，但不连续。　（３）三叠系上统白果湾组砂岩（Ｔ３ｂｇ）：主要为　泥质粉砂岩，岩层产状７５。　１５。。　ａ．强风化泥质粉砂岩：青灰色、黄褐色，岩层中　夹薄层状粉砂质泥岩，岩芯多沿层理面脱落，岩芯　破碎。由于砂泥岩的差异风化，节理裂隙发育，岩　层中偶含０．１　ｍ厚泥化夹层，具土体特征。　ｂ．中风化泥质粉砂岩：青灰色、黄褐色，岩芯多　沿层理面脱落，岩芯较完整。由于砂泥岩的差异风　化，节理裂隙发育，岩层中薄层状泥化夹层。　３．３水文地质条件　场地地下水主要有第四系松散岩类孔隙水和　基岩裂隙水两类。　场地内角砾土、碎石土及块石土具有一定的　孔隙，赋存少量的孔隙水。由于场地表层多为粉质　粘土覆盖，且厚度较大，不利于大气降水人渗补　给，因此，孔隙水贫乏，局部以上层滞水形式出现。　但粉质粘土具失水开裂特征，降水往往于该带受　阻而富集，从而对土体进行软化，降低土体抗剪强　度，不利于浅部边坡的稳定。　３．４滑坡基本特征　滑坡体外形近似半圆状，主滑方向为３７。，后　缘最高高程９８４　ｍ，前缘以下场平为剪出口，高程　９６７　ｍ，相对高差１７　ｍ。　滑坡长４０　ｍ，宽９０　ｍ，面积２　０００　ｍ　，滑体厚　１０４桥梁结构　城市道桥与防洪　２０１３年９月第９期　度平均１２　ｍ，体积约２４　０００　ｍ　，主滑方向为３７￣，　属小型滑坡。　水平位移与该处岩土体水平位移一致，桩与岩土　滑动带后部为填土内部滑动，中部为粉质粘　土和下部的碎石土接触带，前部为粉质粘土内部。　３．５岩土物理力学参数建议　体之间只传递压应力，不传递拉应力与剪应力；假　定桩顶与地面平齐，在水平力和力矩作用下，桩顶　在地面处产生水平位移和转角。图３为弹性方法　计算模型简图。　各地基岩土有关物理力学参数见表３所列。　４锚索加固设计　４．１加固设计原则　（１）根据相关成果资料，针对边坡破坏形态和　发育规律，制定切实可行而又安全有效的工程方　案，以保证工程的科学性。　（２）在现有资料的基础上，结合已修建的住宅　楼和挡墙，采取必要的治理措施，保证已建建筑物和　挡墙的安全需要，同时保证结构的刚度及耐久性。　（３）加固选择技术可靠、经济合理、结构简单、　可操作性强的方案。　．　（４）根据计算结果并结合远期建筑需要，选择　最合理的工程结构和布置型式。　（５）加固方案保证外观协调和考虑居民的心理　需求。　４．２加固设计方案　图３弹性方法计算模型简图　４．３．１．２土反力计算　Ｐ＝ｋ△　Ｋ＝ａｈ“　设计采用锚索治理加固，３７～４４＃桩均设置２　排７５Ｔ级的压力型锚索，第一排距桩顶２　ｍ，第二　排距桩顶８　ｍ；３４＃～３６＃、４５＃桩设置１排７５Ｔ级的　压力型锚索，距桩顶２　ｒｆｌ；对现有排水系统进行清　理，采用软式透水管进行处理；对于竖向裂缝由于　不影响结构受力且无发展趋势，故采取灌浆处理；　３７～４甜桩前侧土体采用Ｍ５水泥砂浆灌注处理，灌　浆深度至强风化顶面，钻孔直径１３０　ｍｍ，间距２　ｒｎＸ　２　ｍ，顶面采用１０　ｅｍ厚Ｃ２５混凝土作为封闭层。　４．３加固计算分析　４．３．１计算方法及公式　４．３．１．１计算基本假定　假定抗滑桩嵌固段为文克尔地基：假定桩的　式中：ｐ——滑坡面以下桩的弹性土抗力，ｋＰａ；　ｋ——弹性土抗力系数；　△——滑坡面以下桩的位移，ｍ；　ａ、ｎ——计算系数；　ｈ——滑坡面以下任意点到滑坡面的竖向距　离，ｍ。　４．３．１．３桩体有限元计算方程　［［Ｋｚ］＋【Ｋ　＋［Ｋ１ｏ］］｛８）＝｛Ｐ｝　式中：［Ｋｚ】——抗滑桩的弹性刚度矩阵；　［Ｉ　——滑坡面以下土体的弹性刚度矩阵；　［Ｋ１Ｕ］——滑坡面以下土体的初始弹性刚度矩　阵；　ｆ　８卜一抗滑桩的位移矩阵；　表３岩土体主要物理力学指标建议值一览表　２０１３年９月第９期　｛ｐ｝——抗滑桩的荷载矩阵。　城市道桥与防洪　桥梁结构１０５　由于设置锚索相当于在原悬臂结构上增加２　将桩的位移边界条件代人方程，求解就可得　到桩各点的位移及内力。　４．３．２计算结果　对于３７＃～４４＃桩设置了２排７５Ｔ级的压力型　锚索进行了加固前后的计算对比如表４所列。　表４加固前后受力对比表　个支点，形成了三跨连续结构，故大大减少了弯矩　峰值，有效控制了桩顶位移，同时锚索水平拉力分　段减少了剪力，可以合理的优化截面和配筋。　图４、图５分别为加固前与加固后弯矩、剪力　及位移包络图。　５加固处治效果分析　∞　∞伽　∞　训　施工前，在挡墙顶上设置了系统的变形观测　点，施工期间及加固处治完毕后一段时期进行变　形观测。观测结果表明：挡墙和路面在张拉锁定　前，一直处于外倾和沉降变形状态（见图６、图７）；张　从上述计算结果可知：加固前背侧最大弯矩　拉过程中，挡墙普遍被拉回５　ｍｍ～１５　ｍｍ，３～４　ｄ　是加固后的５倍，最大剪力是４．２５倍，最大位移是　后挡墙趋于稳定；锁定后至今已经过３个雨季的　３．７倍，加固后的最大弯矩位于锚索中部。　考验，该路段挡墙、边坡及上侧建筑处于稳定状　｜　ｆ　Ｉ　？　１　ｌ　茸　｜　吕　ｌ　＼　邑　｜　＼　惺　｛　＼　惺　ｌ　ｌ　担　ｆ　｜　｛　＼．　ｆ　＼．　＼　ｌ　．／‘　．）　１　一１４０００．００－￣７０００．００　０．　００　７０００．００　１４０００．００　一０㈣　　∞　∞　∞　∞　瑚　∞　㈨　瑚　瑚　吨　２００．００　０．００　２００．００　吡　图４加固前弯矩、剪力及位移包络图　弯矩／ｋＮ・ｍ　剪力／ｋＮ　Ｉ　｜　／　｝　｜　｛　ｆ　目　《　＼　目　／　皇　ｌ　、、　／　＼　幢　＼　＼　键　／　恒　｜　／　／　｜　＼　＼　＼．　＼　｜　）　＼　‘＼　｝　．／。　）　、　－２０００．００　０．００　２０００．００　图５加固后弯矩、剪力及位移包络图　。　∞圳　∞　训