新型超高挡土墙梳式连续墙基础

徐俊杰

（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉 430071）

新型超高挡土墙梳式连续墙基础

徐俊杰

（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉 430071）

传统形式的超高挡土墙无论在软土还是岩石地基上建造都难以克服稳定性不佳、承载力不足或经济性较差的弊端。提出一种新型梳式连续墙基础用作挡土墙复合地基，通过初步分析其工作机理和受力状况，结果表明，该结构形式兼具刚性和柔性基础的优点，可用于山区深堑或港区陆域的边坡支护。

超高；挡土墙；连续墙

0 引言

挡土墙是防治土体坍塌或截断土坡延伸的建筑物，广泛用于水利、公路、铁路、矿山、码头、船坞等工程建设中。近年来，随着经济的发展，特殊边坡工程增多，许多超常规的支挡结构大量出现。挡土墙作为传统的支挡形式也获得了长足的发展，出现了加筋、格宾、土钉等新型结构。但其高度往往受到场地条件的限制，难以形成有效的突破，特别是当其用于支护涉水边坡或基础存在深厚软土层时，不仅稳定性差，而且地基处理工程量大，施工工序繁杂，经济性也不佳。

常规形式的超高挡土墙（H≥25 m）因其地基承载力要求高、截面材料消耗大，无论在软土、填土地基或岩石地基上建造都存在着相当的技术难度和安全风险。

1 方案提出

针对超高挡土墙稳定性差、地基承载力要求高的特点，一般地基处理方法均难以达到目的。通常的做法是换填或采用扩大基础，但前者需要挖除并回填大量的土石，后者则需浇注巨大的混凝土块体，二者无论是结构安全性还是经济性都不具备良好的应用价值。为此，本文提出一种新型的梳式连续墙基础[1]，可为软土、填土地基（下伏基岩）或岩石地基上建造超高挡土墙（H≥25 m）提供一种行之有效的解决方案，该方案既能有效保障工程安全，又可以最大限度节约工程投资。

梳式连续墙基础采用一种沿边坡走向梳式布置的混凝土连续墙结构作为上部挡土墙基础或墙体延伸部分，柔性墙体可直接建造于梳式连续墙基础之上，刚性墙体则可在其与基础间设置褥垫层以扩散基底应力，避免不均匀沉降。连续墙基础高度与宽度可根据边坡高度和地基情况确定，必要时可在梳齿后部增加肋梁，以充分利用上部填料的自重稳定作用。该形式具有以下优点：

1）连续墙基础为刚性，结构整体性、抗渗性和耐久性好，可避免地基沉降和侧向滑出。

2）采用连续墙基础可有效传导上部荷载至下部稳定地基，避免其水平转化，影响边坡稳定。

3）墙底根据岩层倾向设置齿坎，抗滑稳定性好，且基础宽度大，可避免倾覆。

4）软土地基可在原位进行连续墙基础施工，避免大范围深挖高填置换或加固处理，节省工程投资。

5）岩石地基可通过将墙高分解为上墙和基础，降低了上部墙体高度，避免单一墙身断面过大，减少工程数量。

2 应用示例

图1所示为软土地基上建造超高挡土墙示例，墙身为柔性加筋土挡墙，高约30 m，地基为厚近10 m的素填土，天然承载力120 kPa，填土下伏为基岩，天然承载力850 kPa。按常规设计，由于原土地基承载力明显不足，极易剪胀滑出，施工前需先挖除墙底软土，换填硬质石料并碾压或强夯密实，由于换填深度较大，仅地基处理就可能造价不菲，且处理后地基仍为柔性，不仅沉降大，而且稳定性依然不佳。

图1 软土地基连续墙基础示意图Fig.1 Diaphragm wallbase on soft foundation

采用新型梳式连续墙基础，则无需进行大范围地基置换或加固处理，仅需在原位现场浇筑梳式混凝土地下连续墙作为上部挡土墙基础，将上部荷载直接传导至下卧稳定岩体，同时切断软土滑动路径，避免地基失稳或破坏。软土地基可采用地下连续墙工法进行施工，先在地面上利用挖槽机械沿齿形轴线，在泥浆护壁条件下，开挖出一条狭长的深槽，清槽后用导管法灌注水下混凝土筑成一个单元槽段，如此逐段进行，在地下筑成一道连续的混凝土墙壁。施工过程基本无噪音和震动，对边坡土体和临近建筑物扰动也小，且可适应岩层的任意起伏和变化。硬质地基则可直接采用挖掘机械开挖沟槽，并浇筑混凝土墙体。

图2所示为岩质地基上建造超高挡土墙示例，墙身总高达35 m。按此基础形式，上部挡土墙高度为25m，下部连续墙基础高度为10m。连续墙基础在倾斜岩面上开挖齿坎后直接立模浇筑，然后在仓格内填入级配石料，并在墙顶铺设1 m厚碎石褥垫层，最后在垫层上依常规工法施工上墙。由于连续墙基础有效分解了支挡总高度，突破了单一墙身带来的承载力和稳定性不足的瓶颈，且有效优化了墙身断面尺度，减少了圬工数量。

图2 岩质地基连续墙基础示意图Fig.2 Diaph ragm w allbase on rocky foundation

3 结构设计

梳式连续墙由前墙、齿墙和肋梁组成，前墙和齿墙为主要承载结构，肋梁则在墙宽过大时提高结构整体刚度，并与前墙和齿墙形成封闭仓格，增强了抗滑和抗倾性能。连续墙基础主要参数包括墙高H、墙宽B、齿距C和墙厚D等（见图3）。这些构造参数应根据地基条件和结构受力要求进行确定。

连续墙基础为人工复合地基，工作机理和受力状况较为复杂，尤其是褥垫层的调节作用，引起的墙、土之间应力的分配关系较难准确界定，与填料厚度、密实性和强度密切相关，准确分析宜通过数值模拟和现场实验等方法结合进行。目前，可按以下过程进行验算。

图3 连续墙基础结构大样图Fig.3 Detailof diaphragm wallbase structu re

图4为示例2连续墙受力情况，其所受外荷载包括结构自重G、墙前土压力Ef、墙后土压力Eb、墙顶土压力Pt，以及挡土墙传递的压力Pw和滑动力Ps，连续墙墙底与地基间滑动摩擦系数记为f。上述土压力作用宽度均为墙、土接触范围，作用大小与褥垫层设置相关：当墙顶未设置褥垫层时，上墙压力全部传递给墙体，墙后土压力应考虑墙体的遮挡卸荷效应；当墙顶设置褥垫层时，上墙压力由墙体与填料共同承担，大小可按压覆面积与填料分摊或由试验确定，但墙后土压力还需考虑挡土墙压力产生的超额土压力。

图4 墙体受力示意图Fig.4 Force diagram of d iaphragm wall

验算内容包括抗滑、抗倾稳定性、地基应力及前墙内力。其中抗滑、抗倾稳定以墙、土复合基础整体作为研究对象，挡墙作用全部向下传递；地基应力和前墙内力则可提取连续墙单独作为研究对象，上部挡墙作用视褥垫层设置情况，按适当比例向墙体传递，在未取得实验数据支持的情况下可按挡墙在前墙和齿墙上的压覆面积计算。对于墙前被动土压力，建议视土层情况对土与墙面摩擦角进行折减，在松散回填或扰动较大时则可取静止土压力。

4）前墙内力验算：

前墙所受水平荷载包括墙后主动土压力和墙前被动土压力，受齿墙的约束作用，前墙多于两跨时可按固定支撑的连续板计算，等于或少于两跨时按两端固定的单跨板计算[3]。一般情况下，由于前墙壁厚较大，刚度远超一般沉箱等薄壁结构，因而墙身内力可不予验算。

以图2所示工程为例，上墙为衡重式挡土墙，墙高25m，底宽7.85m，分段长度15m。墙后填料为硬质开山石料，γ=19 kN/m3，c=0，φ= 35°。梳式连续墙基础宽取13 m，高10 m，齿距5m，每段3个，墙厚均1m，墙顶设1 m厚褥垫层，墙底摩擦系数f=0.5。经计算，单段挡土墙向下传递总压力为Pw=4 668 kN/m，距前趾偏心距4.08 m，总滑动力Ps=1 089 kN/m，传递系数按压覆面积折算取0.2。按照上述方法，计算结果见表1。

表1 计算结果一览表Table 1 List of calculation resu lts

由计算过程可知，由于基础底宽较大，且挡墙与基础的相对位置也可灵活调整，因而整体稳定较易满足，而地基应力则受褥垫层传递系数影响较大。但可以认为，只要褥垫层设置合理且厚度足够，上墙绝大部分作用将由填料承担，而此时连续墙的作用如同加筋，一方面限制了填料的蠕动变形，具备了刚性地基的特征；另一方面又合理转换了上墙压力，避免了应力集中于墙底，因而同时具备了柔性地基的特征。更为重要的是上述结构每延米混凝土方量约35m3，仅相当于底宽3.5 m的实体基础，而稳定性和地基应力均可有效保障，因而具有突出的经济价值。

总而言之，连续墙基础尺度设计需综合上部挡土墙形式、填料、地基及连续墙构造等各种因素统筹考虑。

4 结语

对于高大边坡，传统的坡率法由于其稳定性好，施工简单在边坡工程中广泛使用，但当其用于形成陆域时却往往存在诸多弊端，一方面放坡占用大量的土地而无法有效利用，造成资源的浪费；另一方面土石方工程浩大，经济性较差。直立式挡土墙虽然能有效克服放坡的不足，但始终难以突破墙身高度的技术瓶颈。因此，超高挡土墙梳式连续墙结构形式的提出不仅为超高挡土墙的建设提供了一条可行的技术途径，而且施工难度低、造价省，因而可望在港口和公路边坡支护工程中得到广泛的应用。

[1]中交第二航务工程勘察设计院有限公司.一种边坡支护挡土墙：中国，CN202689032U[P].2013-01-23. CCCCSecond Harbor Consultants Co.,Ltd.A slope retainingwall: China,CN202689032U[P].2013-01-23.

[2]JTS 167-2—2009，重力式码头设计与施工规范[S]. JTS 167-2—2009,Design and construction code for gravity quay [S].

[3]JTS 167-3—2009，板桩码头设计与施工规范[S]. JTS 167-3—2009,Code for design and construction for quay wallof sheetpile[S].

图1 超压对数分布与拟合后曲线对比图Fig.1 Contrastofoverp ressure logarithm ic d istribution and fitting curve

3 结语

将陆地振动测试传感器应用于水下，测得了远爆源处质点振动速度，并根据冲击波在介质中传播原理得到了冲击波超压计算公式，对于指导今后实际测试工作，降低购买冲击波超压测试专用设备成本具有一定意义。

参考文献：

[1]高欣宝，麻全仕.水下爆破的安全管理与防护[J].安全，1996（5）：7-11. GAOXin-bao,MAQuan-shi.Safetymanagementand protection of underwaterexplosion[J].Safety,1996(5):7-11.

[2]汤文辉，张若棋.物态方程理论及计算概论[M].2版.北京：高等教育出版社，2008. TANGWen-hui,ZHANGRuo-qi.Introduction to theoryand calculation of state equation[M].2nd ed.Beijing:Higher Education Press,2008.

[3]P库尔.水下爆破[M].北京：国防工业出版社，1960. COULL P.Underwater explosion[M].Beijing:National Defense Industry Press,1960.

A new combed-type diaphragm wall base for ultrahigh retaining wall

XU Jun-jie
（CCCCSecond Harbor ConsultantsCo.,Ltd.,Hubei,Wuhan 430071,China）

It is difficult to overcome the defects of poor stability,high bearing capacity requirement and bad economy when building a conventionalultrahigh retaining wallon softor rocky foundation.A new scheme of combed-type diaphragm wall base which takes diaphragm wall as part of retaining wall's compound foundation was put forward,and a preliminary analysis of workingmechanism and loading conditionswas carried in this paper.The results show that this base has the advantage of both rigidity and flexibility,and can be applied in the supportworksofupland chasm or port land.

ultrahigh;retaining wall;diaphragm wall

U655.54

A

2095-7874（2015）05-0020-04

10.7640/zggw js201505006

2015-01-22

2015-03-06

徐俊杰（1974— ），男，湖北黄岗市人，高级工程师，港口及航道工程专业。E-mail：xujunjie@ctesi.com.cn