某边坡工程的加固措施研究

关海燕

(福建省闽武长城岩土工程有限公司 福建福州 350013)

0 引言

由于施工单位未按照原设计图纸施工，在土方开挖过程中，边坡周边出现较大变形，显然原支护体系强度不足，已不能满足安全性要求。在这种情况下可供选择的方案有两种：一是废弃原有支护结构，重新设计施工，这样造成很大浪费，并且拖延工期；二是充分利用已有支护结构，对已有结构进行加固补强，但是已有支护结构到底能发挥多大的作用，显然是一件较难评估且有一定风险的工作。经过多方讨论及专家论证，最终选择充分利用已有支护结构，采取加固补强措施，以满足安全及经济要求。

1 工程概况

拟建工程场地原为剥蚀残丘地貌单元，因工程建设需要，场地进行设计整平后，最终在南侧形成10m～15m高人工边坡，低洼地段回填最大厚度约10m。坡脚距离拟建建筑外墙线约6.5m，坡顶有一条12.0m宽的水泥路，以及一栋18F住宅楼，基础形式为桩基础，建筑边线距离坡顶线最近为14.0m。该区域抗震设防烈度为6度。

1.1 工程地质条件

根据勘察报告钻孔揭示，表层为新近人工堆填素填土，其下为全～中风化凝灰熔岩。地层及设计参数如表1所示。

表1 岩土体物理力学参数表

1.2 水文地质条件

拟建场地地表水不发育，场地内地下水为风化带孔隙裂隙水和下部基岩裂隙水两种类型。前者主要赋存于全～强风化凝灰熔岩孔隙裂隙中，后者赋存于中风化凝灰熔岩层中。勘察期间拟建场地内未见初见水位，地下水混合稳定水位埋深7.50m～13.30m，稳定水位标高30.75m～35.52m，预计场地范围内全年地下水位变化幅度约为2m～3m。

2 原支护方案及存在问题

2.1 原支护方案

边坡分两级支护，采用全粘结系统锚杆+排桩+预应力锚索进行支护。上一级坡高为5.0m，坡率为1∶0.75，采用全粘结系统锚杆支护；下一级采用排桩+预应力锚索，冲(钻)孔灌注桩桩径1.0m，桩长约15m，桩间距1.5m。上下两级之间平台宽2m，上下两级面层均挂钢筋网，喷射100mm C25混凝土进行护面。坡体设置一排仰斜排水管，坡面布置泄水孔，坡脚设置排水沟。支护方案如图1所示。

图1 原支护方案剖面图

2.2 存在问题

施工单位已经完成全粘结系统锚杆、冲(钻)孔灌注桩、预应力锚索施工，预应力锚索在未进行张拉锁定的情况下开挖土方至排桩冠梁面以下4m～5m，违背设计施工顺序，排桩处于悬臂状态，导致坡顶的水泥路出现严重沉降，沉降量约10cm，沉降较均匀，未出现严重开裂。坡顶建筑亦出现开裂，建筑周边排水沟顶盖与建筑墙体脱离。

经设计单位深入调查了解发现，施工中存在诸多问题，其中较严重的有两点：

其一，排桩桩长未达到设计长度，有些比设计桩长短约7m，桩端未落于设计地层。

其二，在现场随机抽取4根预应力锚索进行锚索拉拔试验，设计单根锚索拉拔力值为650kN，现场试验仅可做到70～80 kN时锚索变形量就已超出规范限值，试验值偏离原设计值太多。

根据上述调查结果，分析该边坡变形的根本原因有以下两点：

其一、桩长不足主要是桩嵌固段长度不足，由于上部松散土层较厚，桩端应穿过不稳定土层，嵌入原状稳定土层一定深度，桩身嵌固段长度不足导致桩前端被动区土压力难以支挡桩后的主动土压力，最终出现桩顶变形较大。

其二、锚索并未起到作用，桩顶设置锚索，初衷是桩身出现变形，由锚索承担一部分荷载，由于施工质量问题导致锚索基本处于失效状态，当桩顶一旦出现较大变形，锚索根本起不到作用。

3 临时抢险措施

险情发生后立刻组织施工单位进行抢险，采取土方回填反压措施，土方回填高度至排桩冠梁底面，并且要求监测频率提高。监测单位最终反馈的监测数据表明，坡顶地表水平位移及沉降、坡体深层水平位移、坡顶建筑竖向、水平位移及倾斜等监测数据，均小于预警值。

图2 重新加固方案剖面图

4 加固方案设计

鉴于该边坡工程存在上述问题，必须对现有的支护体系进行加固处理，以确保边坡自身稳定及周边建构物的安全。加固处理同时应考虑以下3个因素。

(1)坡顶小区业主禁止建设单位再打锚索；

(2)已将原设计的支护桩施工完成，本次加固设计应尽可能利用原支护桩，以免造成浪费；

(3)控制边坡及周边建构物的继续变形，最终保证边坡整体稳定。

4.1 加固方案

重新加固在原支护结构上进行加固,在已施工排桩前加打两排冲(钻)孔灌注桩，前排桩桩径1.0m，桩间距2m，后排桩桩径1.0m，桩间距6m。两排桩桩顶布设冠梁，两排桩顶用连梁、200mm厚度板连接，已施工单排桩与前排桩之间在桩顶设置竖向斜撑梁，斜撑梁间距为6m。这样冠梁、连梁板、竖向斜撑梁以及桩间腰梁将所有桩连成一个整体，形成刚度较大的支护体系。桩间土面层挂钢筋网，喷射100mm C25混凝土进行护面。坡体设置一排仰斜排水管，坡面布置泄水孔，坡脚设置排水沟。景观工程考虑在坡顶及平台上种植爬藤植物。支护方案如图2所示。

4.2 模型建立与计算

由于加打的两排冲(钻)孔灌注桩，桩身进入原状稳定土层一定深度，且桩端嵌入中风化岩1D，桩端可以近似认为固定端。桩顶采用刚度较大的冠梁、连梁板、竖向斜撑梁以及桩间腰梁，将所有桩连成一个整体，形成刚度较大的刚架结构。该支护体系中桩的受力机理与理正深基坑软件中双排桩的受力机理比较接近，即作用在结构两侧的荷载与单排桩相同，前后排桩之间的桩间土采用侧限约束假定，认为桩间土对前后排桩的土反力与桩间土的压缩变形有关，将桩间土看做水平向单向压缩体，按土的压缩模量确定水平刚度系数。

同时，考虑边坡开挖后桩间土应力释放后仍存在一定初始压力，计算土反力时应反映其影响，该模型初始压力按桩间土自重占滑动体自重的比值关系确定；加之，要考虑原支护桩的有利作用以及以往工程经验[2]。经综合考虑，利用理正深基坑软件的双排桩计算模块近似模拟该支护体系。将双排桩排距折中考虑为3.5m，间距为2.5m，坡顶道路荷载按20kPa考虑，计算边坡的整体稳定性及变形量，计算结果均满足规范要求[1]。计算结果如表2所示。

表2 边坡稳定性验算

5 加固方案施工与检测

该工程为一级边坡工程,采用逆作法施工,其施工顺序为:

第一阶段：分级、分层开挖土方(上一级土方开挖5.0m)→分级、分层施工系统锚杆→面层防护→施工冲(钻)孔灌注桩(单排桩)→施工冠梁。(此阶段已施工完成)。

第二阶段：冲(钻)孔灌桩(两排桩)→分级、分层放坡开挖至外排桩顶→施工外排桩顶冠梁及竖向斜撑梁→开挖斜坡土方至内排桩→施工水平连梁、腰梁、200mm厚度钢筋混凝土板→分级、分层开挖土方(开挖至坡底)→面层防护→排泄水系统施工。(此阶段为本次加固设计内容)。

支护体系必须形成整体,且混凝土强度达80%设计强度后,方可进行土方开挖,要求分层均衡开挖，分层开挖厚度不超过1.5m,分层开挖至设计标高。施工中各项原材料检验批、试块检验结果均满足规范要求。桩基完整性采用低应变法动测法检测，桩均为Ⅰ、Ⅱ类桩，满足设计要求。

6 边坡监测

边坡施工期及竣工2年之内第三方进行监测，建立了较完善的监测系统。边坡布置了坡体深层水平位移、支护桩身变形(测斜)、支护桩钢筋应力、坡顶地表水平位移及沉降、坡顶建筑竖向、水平位移及倾斜。其中，坡体深层水平位移累计值23mm，支护桩身变形(测斜) 累计值18mm，坡顶地表沉降累计值14mm，坡顶建筑沉降累计值8.0mm。各项监测数据均满足规范要求，表明该次加固方案是行之有效的。

7 结论

(1)在某些特殊条件下，锚索无法实施时，采用单排悬臂桩难以满足承载力、变形等要求时，双排刚架结构是一种可供选择的支护型式。

(2)根据理论计算结果及后期的监测数据表明，该支护体系具有整体性好、侧向位移较小，安全性大大提高的优点。

(3)排桩加固必须穿过不稳定地层，桩身进入原状稳定地层一定深度，依靠桩前端的稳定地层被动土压力抵抗桩后的主动土压力。

(4)要建立有效的监测系统，根据反馈回的监测数据，及时调整设计，以免发生事故。

参考文献

[1] GB50330-2013建筑边坡工程技术规范[S].北京：中国建筑工业建筑，2013.

[2] JGJ120-2012 建筑基坑支护技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社, 2012.