松木桩在水工挡土墙加固中应用

徐 量，姜晴霞，花 卉

(淮安市水利勘测设计研究院有限公司南京分公司，江苏 南京 210008)

我国幅员辽阔，河流湖泊不计其数，每逢汛期，水灾频频发生，为了“兴水利、除水害”，人们在河道中修建了众多闸、坝、泵站、堤防等水工建筑物以抵御洪水的肆虐。

水工挡土墙常常作为附属于水工建筑物的挡土建筑物，几乎在所有防洪、治涝、灌溉、供水、航运、发电等水利水电工程中不可缺少的。它不但具有挡水作用，而且兼有挡水、导水侧向防渗作用。挡土墙常见的有不均匀沉降、滑移破坏、倾倒破坏，其中以滑移破坏见多，在滑移发生初期即时采取有效的补救措施，将能极大程度地减少经济损失。

松木桩是种传统的地基处理桩型，其强度大，耐腐蚀性强，且价格低廉，直到现今的很多水利工程中都有应用。松木桩在打入土层中后，跟空气隔绝，耐腐蚀性极强，这种特性尤其适合在饱和软黏土。因此将其用在处理滑坡、挡墙滑移破坏等工程中很有成效。

1 工程情况

某泵闸工程位于宁波奉化江沿江堤防上，由3×4.5m水闸+20m3/s泵站组成，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物级别为1级，次要建筑物级别为4级。发生滑移挡墙处于闸站外江侧右岸，级别为4级。

1.1 工程地质情况

根据勘察的钻孔现场编录资料和土工试验成果，按地基土的土性特征、成因时代、埋藏分布条件及其物理力学性质，将场地勘探深度范围内的地基土划分为7个工程地质层，细分为11个工程地质亚层。

挡墙位置地基土为Ⅱ层淤泥质粉质黏土(mQ4)，该层呈流塑状态，高压缩性，物理力学性质差，抗剪强度低，含水率为39.4%，孔隙比为1.114，液性指数1.21，压缩系数0.60MPa-1，承载力特征值为70kPa，与混凝土底板的摩擦系数为0.20。

1.2 设计挡墙断面

挡土墙结构型式采用钢筋混凝土悬臂式结构，墙高3.0m，其中底板厚0.5m，面板高2.5m，墙顶宽0.3m，墙底宽0.5m，底板前趾宽0.7m，后踵宽1.8m。底板总宽3m。挡墙在0.63m高程设置排水孔，墙后填筑透水性材料塘渣，以排除墙后积水。为了满足抗滑稳定，采用的是预制方桩基础，桩顶嵌入底板，保守起见，按滑移力全部由桩承担设计，选定C25钢筋混凝土预制方桩250mm×250mm，桩长9m，桩间距1m矩形布置。断面结构如图1所示。

2 事故情况

滑移部位为右岸第三幅挡墙，该段采用的预制方桩处理地基，该段挡墙2016年6月30日完工，完成后，在墙前有堆土与钢便桥衔接，所以一直未

出现滑移现象，直至7月18日，拆除钢便桥及清除墙前堆土后，于7月19日发现挡墙有向前滑移现象，因为是圆弧段，两端位移不同，伸缩缝位置有明显错缝，两端发生错位分别约9cm与2cm，如图2所示。

图2 发生滑移段挡墙照片

2.1 原因分析

经调查分析，该事故发生的主要原因是施工单位施工基础时未将预制方桩浇筑进挡墙底板(如图3所示)，从记录的影像资料查看，基本看不到桩头，原本由桩基提供的抗滑力完全失去作用，因此出现了明显滑移的现象。

图3 底板浇筑前照片

2.2 拟采取处理措施

为了避免墙体继续发生滑移，首先让施工单位抓紧先进行墙后土卸载，然后参建各方讨论分析原因及采取工程措施进行挡墙加固，设计单位经过反复比选和计算确定采用挡墙前加抗滑桩的加固型式。

3 抗滑桩设计

3.1 剩余滑移力计算

经计算，不计原设计中预制方桩的抗滑作用，挡土墙加固完成后取水位骤降工况，墙后水位1.13m，墙前无水，此时墙后土的滑移力为61.36kN，基础提供的抗滑力为32.49kN，挡土墙等级为4级，考虑安全系数1.05，剩余滑移力为31.94kN，将剩余滑移力全部由抗滑桩承担，以此来确定松木桩的布置和长度，为了施工方便，同时就地取材，使用工地上多余的木桩，计算时直接以6m长稍径140mm松木桩计算。

3.2 松木桩单桩水平承载力计算

松木桩的水平承载力计算可参照JGJ 94—2008《建筑桩基技术规范》中的单桩基础承载力计算公式确定，公式是依据m法，控制水平位移来确定桩身水平承载力，选取的参数：松木桩的弹性模量E=9000N/mm2，水平抗力的比例系数m依据地勘成果及当地经验值取1.6MN/m4。计算公式及结果见表1。

表1 水平承载力计算表

从表1可知，6m长稍径140mm松木桩单桩水平承载力计算值为2.24kN，查询松木桩横纹抗剪强度一般大于6.3MPa，稍径140mm的松木桩抗剪断剪力96.93kN>2.24kN，所以松木桩水平承载力由水平位移控制，取2.24kN。

3.3 群桩综合水平承载力

由于松木桩单桩承载力较低，如不考虑群桩效应，计算的桩的根数很多，不仅不经济，而且不符合实际情况，因此在桩顶部设置阻滑板将松木桩约束成整体，考虑群桩效应，即考虑由阻滑板、桩群、土互相作用产生的群桩效应，对单桩水平承载力进行修正。按下式计算：

Rh=ηhRha

ηh=ηiηr+ηl+ηb

式中，Rh—群桩综合水平承载力特征值；ηh—群桩效应综合系数；ηi—桩的互相影响效应系数；ηr—桩顶约束效应系数；ηl—承台侧向土水平效应系数，侧边为回填土，不考虑侧向抗力，取0；ηb—承台底摩阻效应系数，承台荷载较小考虑全部由桩承担，取0。

本次计算的群桩效应，主要是考虑桩群的互相影响，不考虑侧边回填土的抗力和承台底部的摩阻抗力。为了充分发挥桩间土的水平抗力，取桩间距大于5倍桩径，即0.75m。垂直滑移力方向桩的根数对综合系数影响不大，此时取3倍桩径，取值0.36m，可取2.5根，因此只需要确定沿滑移力方向的排数，计算出不同排数的综合系数，见表2。

由表2可知，排数越多，综合系数越小，但是由于桩的根数越多，每延米的抗滑力总体是随着桩的根数的增加而增加的。由前文可知，桩承担的水平滑移力为31.94kN，需要的桩根数在7.5～10之间。

为了让桩的布置更加合理化，采用梅花形布置方法，此时桩中心距0.48m，桩排间距0.75m，桩列距0.3m。等效换算后，沿滑移力方向桩的排数s1=2.5，垂直滑移力方向桩的根数s2=3.33，每延米桩的根数8.33根，此时计算的综合系数为1.82，综合水平承载力特征值为4.08kN，每延米抗滑力33.99kN>剩余滑移力31.94kN，满足要求。

图4 松木桩加固设计断面图

表2 群桩综合水平承载力计算表

4 处理方案成果

经计算，抗滑桩采用6m长稍径140mm松木桩，梅花形布置，水平间距0.30m，垂直间距0.75m，桩中心距0.48m，桩顶阻滑板板宽2.5m，板厚0.3m，前端加0.4m深齿墙。为了减少挡墙位移，阻滑板紧贴挡墙前端，采用一毡二油嵌缝。结构断面及施工现场照片如图4—6所示。

图5 松木桩加固现场施工照片

5 结语

本工程挡土墙外有粗料石贴面，即使发生位移，也可以通过调整贴面厚度来处理外观错缝的问题，处理后外观较好，自2016年9月处理完毕至今运行状况良好，说明抗滑桩阻滑板已经发挥了作用，处理得当、合理。

本文以实际工程为案例，提供了利用松木桩抗滑来处理既有挡土墙滑移的方法，从事故情况说明、原因分析、处理措施、设计计算及施工方法等一整套完整事故处理流程做了详细的说明，对同行具有一定的参考价值。松木桩作为一种传统的常用的地基处理型式，其廉价、耐久性强、施工方便快捷等特点，与其他较昂贵的桩型相比，经济效益显著。工程师在设计中应当考虑此种

图6 施工完成效果图

桩型的应用。