已有挡土墙加固设计

陈 勇 黄 锐

(同济大学，上海 200092)

已有挡土墙加固设计

陈 勇 黄 锐

(同济大学，上海 200092)

以国家超级计算长沙中心已有重力式挡土墙AB段的加固为例，针对AB段重力式挡土墙上某些部位出现细微裂缝的问题，根据场地工程地质条件和水文地质条件，提出采用土钉对挡土墙进行加固的设计方案，通过计算，该设计方案符合要求。

重力式挡土墙，裂缝，土钉

1 工程概况

1.1 工程简介

国家超级计算长沙中心项目[1]位于长沙市河西麓山南路的原湖南大学计专校区。该项目由湖南大学设计研究院有限公司设计。拟建建筑物为超算中心(0号楼)、研发中心(1号楼)、柴油发电机房、供水站、冷却塔；边坡工程为红线范围内的超算中心(0号楼)和研发中心(1号楼)的西侧AB段，全长约90 m，坡高约7 m～10 m，其坡顶有1层～3层民用建筑，距坡顶民用建筑距离约6.0 m～10.0 m；原有的支护是采用重力式挡土墙进行支护，墙顶宽0.5 m，墙身高7 m，面坡斜度1∶0.10，背坡垂直，墙底宽1.2 m，基础埋深0.5 m，场地内地坪标高52 m。但由于挡土墙原有的抗倾覆和抗滑移稳定性不满足规范要求，故而墙身出现细微裂缝。故需要对现有AB段的重力式挡土墙进行加固。场地内地形简单，岩土种类较多，无影响场地稳定性的不良地质作用。场地等级为二级，地基等级为二级，岩土工程勘察等级为乙级，边坡岩土工程重要性等级为二级。

1.2 工程地质条件

据钻孔揭露，场地内的地层主要由第四系杂填土层、残积层及泥盆系锡矿山组砂岩夹泥质粉砂岩和泥盆系沙河组泥灰岩组成，现将各岩土层特征自上而下分别描述如下(其中①～⑥为地层序号)：

①第四系杂填土。

稍湿～湿，结构松散～稍密，以混凝土块、碎砖、碎石、塑料及粘性土等建筑垃圾为主，含少量砾石，为新近填土。场区普遍分布，厚度：0.50 m～6.90 m，平均2.71 m。

②第四系种植土。

松散状态，成分为粘性土和少量砾石，含植物根茎。场区主要分布于山坡上，厚度：0.30 m～0.60 m，平均0.47 m。

③第四系残积粉质粘土。

呈硬塑～坚硬状态，含黑色铁锰质结核及灰白色高岭土条带，局部夹石英碎块，摇振不反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等，场区普遍分布。厚度：0.70 m～9.30 m，平均2.95 m。

④泥盆系锡矿山组强风化砂岩夹泥质粉砂岩。

砂质结构，块状构造，节理裂隙发育，岩石为较硬岩，岩体极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级，岩芯多呈碎屑状、碎块状、块状，少量呈短柱状、柱状，其中泥质粉砂岩呈紫红色、灰白色，岩石为极软岩，岩体极破碎，岩块用手可折断，遇水易软化崩解，系场地内基岩，场区普遍分布，厚度：2.40 m～22.60 m，平均10.35 m。

⑤泥盆系锡矿山组中风化砂岩夹泥质粉砂岩。

砂质结构，块状构造，节理裂隙较发育，岩石为较硬岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级，岩芯呈短柱状，少量呈碎块状、块状，其中泥质粉砂岩呈紫红色、灰白色，岩石为极软岩，岩体破碎，遇水易软化崩解，系场地内基岩，揭露厚度：2.00 m～15.50 m，平均9.29 m。

⑥泥盆系沙河组全风化泥灰岩。

已风化成土状，可见原岩结构构造，遇水易软化崩解，系岩石受附近断层的引张破坏作用而形成引张裂隙，使岩石风化不均匀而形成的软弱夹层，场区局部地段分布，厚度：2.00 m～9.00 m，平均5.29 m。

1.3 水文地质条件

本场地地质调查范围内也未见泉点出露。勘察期间，山坡上所有钻孔均未测到地下水水位，坡底部分钻孔见地下水，地下水类型主要为赋存于①杂填土中的上层滞水。地下水补给来源主要为大气降水和生活污水补给，水位受季节性影响较大，未形成连续稳定水面，水量极贫乏；初见水位埋深为1.50 m～4.80 m，初见水位标高为38.94 m～50.33 m，稳定水位埋深为0.50 m～3.70 m，稳定水位标高为40.34 m～52.23 m。

本次勘察采取4件上层滞水的水试样进行了地下水水质对混凝土结构有无腐蚀性分析，其试验结果表明该场地地下水环境类型属Ⅱ类，地层渗透性属弱透水地层，表明该水质对混凝土结构具微腐蚀性，对混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。

2 挡土墙稳定性分析

2.1 按郎肯土压力计算各层土土压力

墙身尺寸：墙身高：7.000 m。墙顶宽：0.500 m。墙底宽：1.200 m。面坡倾斜坡度：1∶0.10。背坡垂直。墙底水平。物理参数：圬工砌体容重：22.000 kN/m3。地基土摩擦系数：0.45。墙身砌体容许压应力：2 100.000 kPa。墙身砌体容许剪应力：160.000 kPa。墙身砌体容许弯曲拉应力：280.000 kPa。挡土墙类型：一般挡土墙。地基土类型：岩质地基(挡土墙持力层为强风化砂岩夹泥质粉砂岩)。土压力计算方法：郎肯。墙后土层数：2层，见表1。

主动土压力的合力为：

Ea=Ea1+Ea2=1.20+57.54=58.74 kN。

主动土压力合力作用点：

其中，C为墙后主动土压力合力作用点距墙踵的竖直距离。

表1 AB段地层物理力学指标

墙后土压力分布如图1所示。

2.2 AB段挡土墙抗滑移稳定性分析

其中，G为挡土墙每延米自重；Ea为挡土墙每延米岩土压力合力；μ为挡墙与地基土的摩擦系数，此处取为0.45；Kc为挡墙抗滑稳定系数[2]。

因此抗滑移稳定性不满足要求。

2.3 AB段挡土墙抗倾覆稳定性分析

抗倾覆力矩为：

My=G×x=130.9×0.75=98.175 kN·m。

倾覆力矩为：

Mo=Ea×C=58.74×1.21=71.1 kN·m。

所以抗倾覆稳定系数[6]为：

因此抗倾覆稳定性不满足要求。

2.4 AB段挡土墙地基承载力验算(基底压力及偏心验算)

AB段挡土墙持力层为强风化砂岩夹泥质粉砂岩，地基土的性质见表1。

根据GB 50007-2011建筑地基基础设计规范[3]，对墙体进行墙身剪应力及法向应力、偏心距验算，经过计算，墙身的抗压及抗剪均符合要求。

3 挡土墙加固设计

3.1 AB段挡土墙土钉参数选择

土钉墙后的地层物理力学指标见表1。查阅相关规范，初取土钉长度为[4]：

L=0.7H=4.9 m。

取整得L=5 m。

间距Sx和Sy取Sx=Sy=1.0 m。

土钉钉材取直径为25 mm的Ⅱ级螺纹钢筋，采用M30水泥砂浆。

土钉与水平面的夹角取为β=15°。

3.2 确定土钉墙潜在破裂面

因为前述所求土压力皆是以郎肯土压力计算求得，因此土钉墙潜在破裂面应符合郎肯土压力[5]的相关规定。

按土层厚度对岩土层的内摩擦角φ取加权平均值，则：

故而，滑移面的倾角为：

AB段土钉墙潜在破裂面见图2。

3.3 确定土钉所承受的土压力

原有AB段挡土墙后所承受的土压力在前述2.1中已得到计算，土压力分布图如图1所示。如果不进行调整，边坡边壁水平荷载从上往下越来越大，势必造成土钉分布上短下长，这与实际工程结果和模型试验结果不相符合。

因此，按经验分布，将墙后的土压力分布调整为经验梯形土压力[6]，如图3所示。

其中，当hi≤0.25H=0.25×7=1.75 m时：

当0.25H≤hi≤H，即1.75m≤hi≤7m时：

因为图3中，墙后土压力是由土钉和挡土墙共同承受的，因此，取土钉单位面积上所承担的土压力为：

其中,当hi≤0.25H=0.25×7=1.75m时:

当0.25H≤hi≤H，即1.75m≤hi≤7m时:

因此，土钉单位面积所承担的土压力如图4所示。

3.4 土钉抗拉断验算

AB段土钉纵向布置图如图5所示。

通过CAD图上可以量得各排土钉非锚固段的长度Lai，分别列出如下：

La1=4.46 m；La2=3.96 m；La3=3.47 m；La4=2.98 m；

La5=2.50 m；La6=2.00 m；La7=1.52 m。

因为根据模型试验和工程结论，土钉墙采用等长分布时承载力最高，变形比土钉分布上长下短略小，所以本工程中土钉选取为等长分布。

单根土钉受拉荷载标准值可按下式计算[6]：

Tjk=ξeajkSxSy/cosβ。

其中，ξ为荷载折减系数；eajk为第j个土钉位置处的边坡水平荷载标准值；Sx，Sy为土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距；β为土钉与水平面的夹角。

荷载折减系数[6]为：

从而每根土钉的受拉荷载标准值见表2。

表2 AB段土钉受拉荷载标准值

取受力最大的土钉处进行土钉抗拉断验算，则：

所以，土钉的抗拉断验算满足要求。

[1] 长沙超算中心岩土工程勘察报告(S111002)[R].2011.

[2] 陈忠达，王秉纲.公路挡土墙设计[M].北京：人民交通出版社，1999.

[3] GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

[4] 赵其华，彭社琴.岩土支挡与锚固工程[M].成都：四川大学出版社，2008.

[5] 陈希哲.土力学地基基础[M].北京：清华大学出版社，1998.

[6] JGJ 120-99，建筑基坑支护技术规程[S].

Reinforcement design of the existing retaining wall

CHEN Yong HUANG Rui

(TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Taking the existing gravity-style retaining wall AB section reinforcement of national supercomputing Changsha center as an example, the paper carries out existing gravity-style retaining wall AB section reinforcement design in light of its cracking problems according to engineering geology and hydrology conditions. In the end, it proves that the design scheme meets demands through computation.

gravity-style retaining wall, crack, soil nailing

1009-6825(2014)30-0080-03

2014-08-14

陈 勇(1990- )，男，在读硕士； 黄 锐(1989- )，男，在读硕士

TU476.4

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