悬臂式挡土墙增高加固方案探讨

张苗苗,李志刚

(1. 天津城建设计院有限公司,天津市 300122； 2.天津市市政工程设计研究院,天津市 300051)

悬臂式挡土墙增高加固方案探讨

张苗苗1,李志刚2

(1. 天津城建设计院有限公司,天津市 300122； 2.天津市市政工程设计研究院,天津市 300051)

结合工程实例,对现状钢筋混凝土悬臂式挡土墙进行受力稳定分析,通过计算和比选,合理选择加固方案,为墙后填土增高1.2 m的工程需求提供了经济合理的解决方案,并取得了较好的效果。

挡土墙；悬臂式；地基承载力；抗滑稳定

0 引言

项目位于天津市滨海新区,现状钢筋混凝土悬臂式挡土墙为城市景观河道护岸,墙后原为绿化带,填土与挡土墙墙顶齐平。因规划需要,在挡墙后修建市政道路,路面高程需增加至现挡墙顶以上1.2 m,墙后荷载的增加导致原有挡土墙结构体已不满足地基承载力及抗滑稳定要求,为适应该工程需要,对现有挡墙进行加固处理。

1 工程概况

1.1 现状挡墙概况

现状挡土墙高3.6 m,墙顶宽0.3 m,墙底宽0.7 m,底板厚0.6 m,底板宽3 m,挡土墙基础采用350×350预制方桩,桩长7 m,预制方桩沿河道方向桩间距1.0 m,断面如图1。

图1 现状挡土墙断面(单位:mm)

1.2 工程地质参数

由工程地质勘察报告可知,挡土墙基础下土层依次为6a淤泥质黏土层,地基承载力特征值fak=80 kPa,6b砂性大粉质黏土,fak=110 kPa,6c淤泥质粉质黏土层,fak=85 kPa。地质断面与基础桩相对关系如图2,土层参数详见表1。挡土墙背后填土为拆房土及素土。

图2 挡土墙基础所在土层

表1 土层抗剪强度及桩周摩阻力

2 加固方案比选

2.1 设计原则

根据工程特点,加固方案设计原则主要为以下几点：(1)结构安全可靠；(2)实施简便,减少土方开挖；(3)节省投资。

2.2 加固方案

2.2.1 现状挡墙加高后验算［1］

(1)基底压力σmax=138.9 kPa,σmin=26.2 kPa,不均匀系数η=5.3＞2.5,墙身整体滑移力99 kN,挡土墙自身抗滑力61kN,挡墙抗滑移安全系数K=0.6。

(2)考虑现有桩基：单桩竖向承载力特征值R=110 kN＜138.9×1.0 ,单桩抗水平推力为45 kN＜99/2=49.5 kN。故原有挡墙结构抗滑及桩基承载力均不满足要求,需要进行加固处理。

2.2.2 加固方案比选

从以上计算结果可以看出,对现有挡土墙进行加固需从减小地基应力及增加抗滑力两方面入手,考虑了以下几个方案。

(1)方案一

灌注桩加托板的结构体系,使新增荷载由挡墙背后新增灌注桩和托板承担,与原挡墙荷载分离,如图3所示。

图3 方案一(单位:mm)

优点：新旧结构完全独立工作,不存在新旧混凝土连接问题,不需开挖。

缺点：由于刚性托板在部分路基中会导致路基刚柔不均,易出现纵向不均匀沉降裂缝。

(2)方案二

采用高压喷射注浆锚杆抵抗水平滑移力［3］,现状挡墙下做高压旋喷桩定向摆喷至基础底增加挡土墙地基承载力［2］,做法如图4所示。

优点：不需开挖,不需增加现有挡墙断面。

缺点：工程地层中存在深厚淤泥质土,不利于锚杆拉力的发挥,高压旋喷桩加固地基的效果不易控制和监测,旋喷桩施工对现状挡土墙扰动大。

(3)方案三(采用方案)

借鉴前两个方案的优缺点,并进行优化,考虑挡墙底板的一体化,河道内侧新增底板与原底板钢筋相连浇为一体,底板下新增一排与原挡墙同参数的预制桩抵抗新增滑移力及部分地基承载力,同时又可与原有桩基协调一致,做法如图5所示。

图4 方案二(单位:mm)

图5 推荐方案

优点：不需开挖,不需破坏原挡墙结构,新增底板与原有底板钢筋焊接,一起承担地基应力,新增桩基施工简便,与原桩基参数一致,受力、变形协调；施工简便,投资低。

缺点：需凿开原有挡墙墙趾接触面混凝土,在河底施做,操作面需做抛石处理。

通过以上三个方案的比选,方案三在前两个方案的基础上逐步改进,经试算,选取最合理的底板加固尺寸,加固方案既满足受力要求又简便易行,造价低,故采用该方案实施。

2.3 加固后挡墙计算［2］

(1)未设桩基情况基底压力σmax=72.8 kPa, σmin=54.6 kPa,不均匀系数η=1.334＜2.5,墙身整体滑移力99 kN,挡土墙自身抗滑力63.7 kN；挡墙抗滑移安全系数K=0.64。

(2)考虑现有桩基：单桩竖向承载力特征值R=110 kN＞72.8×1.0，单桩抗水平推力为45 kN＞99/3=33 kN。由以上结果可知,加固后挡土墙抗滑及地基承载力均满足要求。

3 施工跟踪及监测结果

工程实施过程中对挡土墙位移及沉降进行了监测,结果表明,在挡墙加固后实施完墙后填土的过程中,挡墙墙顶有2 mm位移,无发展,挡土墙未发生沉降。图6为挡墙实施完成后照片。

图6 挡墙实施后照片

4 结语

(1)通过计算确定加固方向,通过三个方案的技术经济比较,分析其技术可行性及优缺点,不断总结优化,选择出简便、易行、投资低的方案；

(2)从方案优化过程来看,选择与原结构协调一致的加固方案,使加固体与原结构形成整体来抵抗附加荷载,可达到事半功倍的效果；

(3)避免选用复杂繁琐的结构形式加固,力求受力简单明了,使设计计算及施工得到简化,从而也对结构的安全风险预估增加了可靠性。

［1］ SL 379-2007,水工挡土墙设计规范［S］.

［2］ 韩顺学,潘冰,李旭. 采用高压旋喷注浆法加固挡土墙技术［J］.铁道建筑，2006(5):78-79.

［3］ 徐志永，施斌.高压注浆预应力锚固技术加固失稳挡土墙作用机理分析与应用［J］.矿产勘查,2009(9):48-50.

U417.1+1

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1009-7716(2015)09-0078-03

2015-07-20

张苗苗(1975-),女,河北河间人,硕士,高级工程师,从事水工结构工程及岩土工程设计研究工作。