微型钢管桩在重力式挡墙中的应用及验算

刘光彬，黄雅泽，罗安民

(广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西　南宁　530029)



微型钢管桩在重力式挡墙中的应用及验算

刘光彬，黄雅泽，罗安民

(广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院，广西南宁530029)

重力式挡墙因其防护强度高、施工便捷、造价经济等特点被广泛应用于建筑填方或挖方边坡支挡工程中，但当天然地基土抗剪强度较低时，需增大挡墙尺寸并进行地基加固处治，以致其在造价经济性方面的优势不复存在。文章以南宁市青环路K9+140～K9+690段左侧路基滑坡工程为例，介绍了将微型钢管桩应用于重力式挡墙的设计方案，并通过验算分析，得出该设计方案在确保支挡工程安全可靠的同时，减小了挡墙尺寸，节约了工程造价。

重力式挡墙；天然地基土；抗剪强度；微型钢管桩

0　引言

重力式挡墙因其防护强度高、施工便捷、造价经济等特点被广泛应用于建筑填方或挖方边坡支挡工程中。但当天然地基土抗剪强度较低时，需通过增大挡墙尺寸的方式增大挡墙重力方能达到挡墙抗滑的目的。而挡墙的尺寸增大，对天然地基土的承载力要求将提高，甚至需要进行地基加固处治，此时，重力式挡墙在造价经济性方面的优势将不复存在。本文以南宁市青环路K9+140～K9+690段左侧路基滑坡病害为工程实例，将微型钢管桩应用在重力式挡墙中，在确保支挡工程

安全可靠的同时，减小了挡墙尺寸，节约了工程造价。

1　工程概况

2014年6月，南宁市青环路K9+140～K9+690段人行道区域发生路面下沉、开裂，局部已设置的抗滑桩段落桩间土出现掏空现象。滑坡平面形态近弓形，沿轴线长约50～80 m，宽度约540 m，最深滑面约10 m，滑坡体体积约110 000 m3，滑坡类型为浅层牵引式中型顺层滑坡。

1.1路基边坡工程地质条件

根据本工程的岩土工程勘察报告：边坡主体由素填土①及素填土①1构成，厚度约8～15 m，素填土①主要成分为黏土，欠固结，具中等压缩性及湿陷性，属中等压缩土；素填土①1主要成分为碎石土及路面沥青层，固结程度较好。

1.2路基边坡水文地质条件

青环路临近邕江，受大气降水及上游水利枢纽控制，邕江50年一遇的洪水位将完全淹没青环路，见表1，设计验算时应考虑邕江的水位涨退作用。

表1　邕江水位调查表

场地地下水以赋存于覆盖土层的潜水及风化岩层中的裂隙承压水为主，其主要特点为：含水层位多、层间水力联系差、层间地下水位不统一、水量及水位受季节影响大。枯水期地下水排入邕江，洪水期接受邕江水反向补给。

1.3滑坡成因分析

综合现场工程地质条件，该滑坡形成的原因主要有以下几个方面：

(1)岩性：场地素填土层厚度较大，土的固结程度差，土的抗剪强度较低。

(2)地质构造及地形：场地填土层与下伏原状岩土层界面角度大，利于滑坡形成。

(3)人类活动：填挖工程建设破坏了原有的土体平衡状态，使土体下滑力增加。

(4)水文气象条件：①雨季土层吸水后重度增大，抗剪强度降低；②强降雨后形成的地表径流造成水土流失，使植被失去对坡面的保护作用；③河水涨退作用打破了岸坡土层孔隙水压力平衡[1]，加速滑坡的形成。

2　重力式挡墙设计

从路基滑坡造成的破坏现状看，急需处治的是K9+300～K9+395段。该段路基已设有抗滑桩板式挡墙，但桩间土被完全掏空，致使挡土板悬空高度约2～4 m，抗滑桩体保护层出现剥落，其挡土侧地表下沉、开裂现象严重。一旦滑塌进一步加剧，将造成路基整体失稳。

经现场调查及验算，已有抗滑桩板挡墙的破坏以挡板脱落为主，桩体属有效支护。设计时主要需对掏空区域进行支挡。设计采用微型钢管桩承式重力式挡墙对抗滑桩桩间土掏空区域进行支挡，采用微型钢管桩对墙后土体进行注浆加固，完成支挡后利用无砂大孔混凝土对掏空区域进行回填[2-3]，具体设计见图1。

图1　挡墙断面设计图

3　设计方案验算

3.1验算参数选取

根据本工程勘察成果，结合当地工程经验及相关规范规程，各岩土层的物理力学参数按表2选取。常水位状态下汽车行驶动载按4辆城市-B级汽车超载7%考虑[4](4×1.07×20.83 kPa)，同时因50年一遇水位青环路已被淹没近2 m，汽车无法行驶，不考虑行车动载。

3.2已有支挡结构验算

根据勘察成果提供的潜在滑面因素，验算已建成支挡工程的配筋及截面尺寸设计是否能够满足要求[5]，计算结果见表3。已建成抗滑桩属有效支挡，但在50年一遇水位工况下桩体纵向配筋充盈率仅为1.13，桩身配筋的安全储备较低，需加强支挡结构的抗剪、抗弯性能。

3.3新增支挡结构验算

新增支挡结构的验算参数包括：

(1)计算边坡经处治后的安全系数，根据最危险滑动面计算支挡部位剩余下滑力[6]，计算结果见表4。

(2)计算墙后土体的主动土压力[7]，判定挡墙墙身是否承受主动土压力以外的附加力。

常水位：

50年一遇水位工况：

式中：φ′——墙背填土的有效内摩擦角；

γ/γ′/γω——分别为填土重度、浮重度、水重度；

Z——墙顶以上水深(取Z=2 m)。计算得出常水位及50年一遇工况条件下土压力分别为E常=174 kN/m，E50=481 kN/m。

常水位工况支挡部位剩余下滑力水平推力大于对应工况下土压力，墙背需承受附加外力F=277-174=103 kN/m；50年一遇水位工况支挡部位剩余下滑力水平推力小于对应工况下土压力，墙背不受附加外力。

(3)计算钢管桩承式挡墙的安全稳定性，计算结果见表5。

表2　各岩土层参数取值表

表3　抗滑桩配筋验算结果表

表4　边坡处治后安全系数及支挡部位剩余下滑力计算结果表

表5　钢管桩承式挡墙稳定性验算结果表

4　与传统重力式挡墙比较

由于钢管桩注浆的加固作用，注浆区土体的承载力及抗剪强度有所提高，加上钢管桩自身的抗剪作用[8]，钢管桩承式挡墙的尺寸远小于传统重力式挡墙尺寸，建设经济性指标也优于传统重力式挡墙，具体见表6。

表6　与传统重力挡墙比较结果表

注：钢管桩挡墙费用包括钢管桩成孔及注浆费用。

5　结语

(1)将微型钢管桩应用于重力式挡墙可以在保证在支挡结构安全稳定的前提下，大幅度减小重力式挡墙的尺寸，节约工程造价，该技术尤其适用于天然地基土力学性质较差区域的重力式挡墙[9]。

(2)本工程在验算中通过对剩余下滑力与主动土压力对比分析，判断挡墙墙身是否承受主动土压力以外的附加力，避免了墙身受力重复加载造成的工程浪费。

(3)本工程综合了地下水、河流涨退作用、行车动载、支挡结构同时存在的极端复杂工况条件下稳定性验算，为日后近似工况重力式挡墙的设计验算提供了经验及参考。

[1]工程地质手册(第四版)编委会.工程地质手册(第四版)[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2]GB 50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

[3]GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

[4]JTJ D30-2015，公路路基设计规范[S].

[5]JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范[S].

[6]GB 50330-2013，建筑边坡工程技术规范[S].

[7]李境培，梁发云，赵春风.土力学第二版[M].北京：高等教育出版社，2008.

[8]肖春锦.微型钢管桩用于滑坡治理及理论分析[J].路基工程，2010(4)：94-97.

[9]孙毅，向波，杨小松，等.小直径钢管排桩支挡结构抗滑机理及工程应用[J].路基工程，2012(3)：57-60.

Application and Checking of Micro Steel-tube Piles in Gravity Retaining Wall

LIU Guang-bin，HUANG Ya-ze，LUO An-min

(Guangxi Communications Planning Surveying and Designing Institute，Nanning，Guangxi，530029)

Due to its high protection strength，convenient construction，economical cost and other characteristics，the gravity retaining wall is widely used in the retaining engineering of construction filling or ex-cavation slope，however，when the natural foundation soil has lower shear strength，it is required to in-crease the retaining wall size together with foundation reinforcement treatment，thus its advantages in terms of economic cost does no longer exist.Taking the roadbed landslide engineering at the left side of Nanning Qinghuan Road K9+140～K9+690 section as the example，this article introduced the design program of applying the micro steel-tube piles in the gravity retaining wall，and through the checking analysis，it obtained that this design program can ensure the safe and reliable support engineering，while reducing the size of retaining wall and saving the project cost.Keywords：Gravity retaining wall；Natural foundation soil；Shear strength；Micro steel-tube piles

U417.1+1

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.05.002

1673-4874(2016)05-0006-04

2016-04-29

刘光彬(1982—)，工程师，主要从事岩土工程勘察设计工作；

黄雅泽(1976—)，工程师，主要从事岩土工程勘察设计工作；

罗安民(1990—)，助理工程师，主要从事岩土工程勘察设计工作。