论文部分内容阅读
摘 要：本文针对某工程挡墙出现裂缝以及挡墙后缘进行加载易导致挡墙发生垮塌，对该挡墙加固工程方式进行探讨，最终根据地勘，本设计方案采用：注浆+桩板式挡墙加固；坡顶.坡脚设置截排水系统。工程实践表明，该项挡墙加固技术可有效防治挡墙的进一步破坏，取得明显加固效果，可为同类工程借鉴。
关键词：挡墙加固；挡墙支护；抗滑桩；袖阀管注浆
项目简介
拟建工程南侧挡墙高2.0~9.5m，为砂岩条石重力式挡墙，目前该挡墙已出现开裂、变形迹象，墙后土体均已出现多条裂缝，裂缝宽约3~5cm，长度2~5m不等，挡墙处于欠稳定状态。挡墙位置填土厚度大，岩、土界面与坡向相反，挡墙发生开裂、变形是由于墙后土体内部发生了圆弧滑动。
北侧挡墙高3.0~10.7m，为仰斜式挡墙，根据调查，该挡墙未见开裂、变形迹象，现状稳定。根据设计方案，挡墙后缘的平坝区将修建3F的爱心市场，因此将在挡墙后缘进行加载，易导致挡墙发生垮塌，进而影响到拟建的爱心市场改建商铺工程。
边坡的失稳变形危及爱心市场的安全，破坏后果严重，必须进行加固治理。该边坡主要破坏模式为土体内部剪切破坏。
工程地质概况
（1）拟建爱心市场构造上位于重庆向斜东翼，岩层呈单斜产出，无区域性断层通过，构造简单，岩层倾向为280，倾角20。根据地面调查，场地内基岩中发育以下两组构造裂隙，J1与J2裂隙为共轭“X”裂隙，均为硬性结构面，结合差。
（2）根据现场调查，在场地的南侧发现一开裂、变形的挡墙，该挡墙墙身及挡墙后土体均已出现多条裂缝，裂缝宽约3~5cm，长度2~5m不等，该挡墙目前处于欠稳定状态。除上述欠稳定挡墙外，拟建场地范围未发现断层、滑坡、软弱夹层等其他不良地质现象。
（3）工程区原始地貌属丘陵斜坡地貌，由于场地地处城区，人类活动频繁，原始地形遭到破坏。目前场地整体地势呈台阶状，南高北低，现地面高程250.9～282.4m。
挡墙支护设计
根据地勘，本挡墙的加固设计方案采用：注浆+桩板式挡墙加固；坡顶和坡脚均设置截排水系统。边坡治理参数见表1所示。
表1岩土物理力学设计参数推荐值
3.1详细的工程加固布置
北侧挡墙加固：AB段挡墙加固工程沿勘察剖面1-1′附近范围在原有挡墙内侧布置，抗滑桩截面均为1500mm×1800mm，1200mm×1500mm，1000mm×1200mm，桩间距3.6m，利用原有挡墙作桩间挡板。抗滑桩采用C30混凝土浇筑。共布置桩24根。在原有挡墙脚布置二排注浆孔，加固地基。桩板墙详细布置位置见工程总平面图。CD段挡墙加固工程沿勘察剖面9-9′附近范围在原有挡墙外侧布置，抗滑桩截面均为1000mm×1200mm，桩间距3.6m，利用原有挡墙作桩间挡板。抗滑桩采用C30混凝土浇筑。共布置桩15根。在原有挡墙脚布置二排注浆孔，加固地基。
3.2抗滑桩计算
悬臂高度H=10米，桩总长为19.000m，嵌入深度为9.000m，桩截面形状位方桩，桩宽为1.500m，桩高为1.800m，桩间距为3.600m，嵌入段土层数为1，桩底支承条件采取铰接，计算方法采用M法。设定初始弹性系数A为0，初始弹性系数A1为100，桩前滑动土层厚为 0m。经计算，背侧为挡土侧；面侧为非挡土侧。桩身背侧最大弯矩 = 10634.038(kN-m) 距离桩顶 13.130(m)，面侧最大弯矩 = 0.000(kN-m) 距离桩顶 0.000(m)， 最大剪力为2915.862kN，距离桩顶18.609m，最大位移为59mm。同理，验算其他悬臂高度也满足受力要求。
3.3桩护壁计算
（1）侧压力计算。在无地下水下土层对井壁的侧压力随着井深增加至一定深度后基本接近常数，称”拱效应”。即当井深H>2h1时，井壁受到的侧压力基本为一常数。
由于是挖竖井，对“土拱”实际上已进行了开孔，可在实际工程中将h1乘以1.5系数。当H>2h1时，认为已形成”拱效应”，拱以上的荷载不再考虑，仅考虑土拱作用下的土压力。因此，经计算最大土压力为49.2kN/m2。
（2）井壁结构内力计算。当井壁厚度t≤R/10时，可认为是簿壁圆筒，如仅考虑承受外部徑向的均布压力，其环向应力为σ=-pR/t。而当井壁厚度t>R/10时，可认为是厚壁圆筒，其切向应力按弹性理论公式推导，本工程经计算σ=-195 kN/m2。如改为方桩，本工程取200mm厚，则M中= 16.4kN·m/m。
（3）井壁结构配筋计算。本工程采用砼C20，圆筒的径向压力为N=σ.t=-195x0.2=-39kN/m。根据《混凝土结构设计规范》，N≤0.9ФfcA=0.9ФfcA=0.9x1.0x9.6x1000x200=1728kN/m>N=39kN/m，满足要求。
由于按轴对称计算，理论上圆筒不产生弯矩，但实际工程中往往由于荷载、地质复杂以及施工偏差等因素，井壁内仍可能会产生弯矩，井壁的自重有时也不能被土的摩擦力克服而产生拉力，所以在井壁的纵横向应构造设置配筋，配筋率不小于0.15%，即配Φ8@200。如改为方桩，则计算得到配筋为As=578mm2，选用横向Φ10@150，纵向Φ10@250。
3.4产生土拱效应桩间距计算
（1）桩作为拱支座，在土压力作用下必然会产生一定的位移。土拱能适应支座位移而不破坏，说明土拱为静定结构拱，即三铰拱。
（2）在任意深度处取厚度dz土拱，假设土压力沿拱轴线呈径向均匀分布，由于在径向均布荷载作用下三铰拱的合理拱轴线为拱轴线上各截面只产生轴向压力，而弯矩和剪力处处为零。
（3）土拱及其计算简图，如图2（a），（b）所示。
经计算，每根桩承受的主动土压力Ea=1.414NӨ。土拱效应产生的条件，在深度z处，沿土拱轴线取微六面体，即微元体上的正应力均为主应力，根据摩尔—库伦（Mohr-Coulomd）屈服准则，最终整理得式（1）。
按最不利原则，取，则产生土拱效应的极限桩间距为：
因此，桩距就是产生土拱效应的条件。本工程，
实取3.6m。
截（排）水系统设计
（1）截（排）水沟采用矩形断面，其尺寸0.3x0.3m。截（排）水沟的底板和侧墙皆用浆砌块石铺砌加固，厚0.2m。块石材料应为较坚硬的灰岩或砂岩，所用水泥砂浆标号M7.5。砌石的基底应敷设粘土垫层并夯实。砌石的纵横缝应互相错开，每层横缝厚度保持均匀。为使降雨渗入地下的水流能泄入截水沟，来水方向一侧必须留有泄水孔，孔径为φ75mm，间距2m，位置距沟底0.6m，单排布置，排水孔周边设20cm厚，0.5m×0.5m的反滤层。截水沟的底板和侧墙应该有好的隔水性能。
（2）抹面。为了有效地保证截水沟具有足够的抗冲刷强度，浆砌石面采用砂浆抹面处理，即在砂浆初凝后，用M10砂浆将浆砌石面抹平,砂浆厚度2cm，水泥标号为425#。
（3）沟道分缝。为有效地防止温差效应，渠道基底不均匀沉降和陡缓坡连接处不均匀变形等因素，造成截水沟断裂，所有铺砌结构均要进行分缝。分缝间距10～40m不等，在坡降增大时减小，坡降减小时增大。分缝形式采用搭接式对接缝，在分缝底部的上游一侧做成齿礅，插入地基土内，深度为0.4m，以增加铺砌结构的稳定性，分缝的缝宽要求为10～20mm。
挡墙监测设计
该边坡工程在施工中和竣工后二年应进行变形和位移监测，具体监测工程有：
（1）施工期间，为保证施工期间的施工安全，应对施工区域进行位移观测及地质巡查，特别是对坡体变形的监测，并且在出现降雨及降雨后2天内不得进行抗滑桩竖井开挖作业，必须待降雨结束并连晴2天以后方可继续进行竖井开挖。
（2）工程治理后效果监测：监测工作以治理方案为依据，针对其支护结构特点，做到既合理又经济。因此本项目的监测内容主要为抗滑桩桩顶变形监测。
（3）抗滑桩顶位移动态监测。本工程在抗滑桩顶设置位移监测点6个，AB及CD段各3个，用于监测抗滑桩桩顶部的位移，监测抗滑桩的受力状态。
结语
针对某工程挡墙出现裂缝以及挡墙后缘进行加载易导致挡墙发生垮塌，根据地勘，本挡墙加固设计方案采用：注浆+桩板式挡墙加固；坡顶、坡脚设置截排水系统。工程实践表明，该项挡墙加固技术可有效防治挡墙的进一步破坏，取得明显加固效果，可为同类工程借鉴。
参考文献：
[1] 任学涛，王云龙．铜官山铜矿选厂地基构筑物损害及挡墙加固研究[J]．矿冶工程，2007，16(05)：26～28.
[2] 李建，李跃军．山区公路挡墙加固技术研究[J]．湖南交通科技，2007，21(09)：17～19.
[3] 彭铁华．柱板式锚杆挡墙加固边坡的设计及试验测试[J]．湖南交通科技，2003，31(09)：75～76.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：挡墙加固；挡墙支护；抗滑桩；袖阀管注浆
项目简介
拟建工程南侧挡墙高2.0~9.5m，为砂岩条石重力式挡墙，目前该挡墙已出现开裂、变形迹象，墙后土体均已出现多条裂缝，裂缝宽约3~5cm，长度2~5m不等，挡墙处于欠稳定状态。挡墙位置填土厚度大，岩、土界面与坡向相反，挡墙发生开裂、变形是由于墙后土体内部发生了圆弧滑动。
北侧挡墙高3.0~10.7m，为仰斜式挡墙，根据调查，该挡墙未见开裂、变形迹象，现状稳定。根据设计方案，挡墙后缘的平坝区将修建3F的爱心市场，因此将在挡墙后缘进行加载，易导致挡墙发生垮塌，进而影响到拟建的爱心市场改建商铺工程。
边坡的失稳变形危及爱心市场的安全，破坏后果严重，必须进行加固治理。该边坡主要破坏模式为土体内部剪切破坏。
工程地质概况
（1）拟建爱心市场构造上位于重庆向斜东翼，岩层呈单斜产出，无区域性断层通过，构造简单，岩层倾向为280，倾角20。根据地面调查，场地内基岩中发育以下两组构造裂隙，J1与J2裂隙为共轭“X”裂隙，均为硬性结构面，结合差。
（2）根据现场调查，在场地的南侧发现一开裂、变形的挡墙，该挡墙墙身及挡墙后土体均已出现多条裂缝，裂缝宽约3~5cm，长度2~5m不等，该挡墙目前处于欠稳定状态。除上述欠稳定挡墙外，拟建场地范围未发现断层、滑坡、软弱夹层等其他不良地质现象。
（3）工程区原始地貌属丘陵斜坡地貌，由于场地地处城区，人类活动频繁，原始地形遭到破坏。目前场地整体地势呈台阶状，南高北低，现地面高程250.9～282.4m。
挡墙支护设计
根据地勘，本挡墙的加固设计方案采用：注浆+桩板式挡墙加固；坡顶和坡脚均设置截排水系统。边坡治理参数见表1所示。
表1岩土物理力学设计参数推荐值
3.1详细的工程加固布置
北侧挡墙加固：AB段挡墙加固工程沿勘察剖面1-1′附近范围在原有挡墙内侧布置，抗滑桩截面均为1500mm×1800mm，1200mm×1500mm，1000mm×1200mm，桩间距3.6m，利用原有挡墙作桩间挡板。抗滑桩采用C30混凝土浇筑。共布置桩24根。在原有挡墙脚布置二排注浆孔，加固地基。桩板墙详细布置位置见工程总平面图。CD段挡墙加固工程沿勘察剖面9-9′附近范围在原有挡墙外侧布置，抗滑桩截面均为1000mm×1200mm，桩间距3.6m，利用原有挡墙作桩间挡板。抗滑桩采用C30混凝土浇筑。共布置桩15根。在原有挡墙脚布置二排注浆孔，加固地基。
3.2抗滑桩计算
悬臂高度H=10米，桩总长为19.000m，嵌入深度为9.000m，桩截面形状位方桩，桩宽为1.500m，桩高为1.800m，桩间距为3.600m，嵌入段土层数为1，桩底支承条件采取铰接，计算方法采用M法。设定初始弹性系数A为0，初始弹性系数A1为100，桩前滑动土层厚为 0m。经计算，背侧为挡土侧；面侧为非挡土侧。桩身背侧最大弯矩 = 10634.038(kN-m) 距离桩顶 13.130(m)，面侧最大弯矩 = 0.000(kN-m) 距离桩顶 0.000(m)， 最大剪力为2915.862kN，距离桩顶18.609m，最大位移为59mm。同理，验算其他悬臂高度也满足受力要求。
3.3桩护壁计算
（1）侧压力计算。在无地下水下土层对井壁的侧压力随着井深增加至一定深度后基本接近常数，称”拱效应”。即当井深H>2h1时，井壁受到的侧压力基本为一常数。
由于是挖竖井，对“土拱”实际上已进行了开孔，可在实际工程中将h1乘以1.5系数。当H>2h1时，认为已形成”拱效应”，拱以上的荷载不再考虑，仅考虑土拱作用下的土压力。因此，经计算最大土压力为49.2kN/m2。
（2）井壁结构内力计算。当井壁厚度t≤R/10时，可认为是簿壁圆筒，如仅考虑承受外部徑向的均布压力，其环向应力为σ=-pR/t。而当井壁厚度t>R/10时，可认为是厚壁圆筒，其切向应力按弹性理论公式推导，本工程经计算σ=-195 kN/m2。如改为方桩，本工程取200mm厚，则M中= 16.4kN·m/m。
（3）井壁结构配筋计算。本工程采用砼C20，圆筒的径向压力为N=σ.t=-195x0.2=-39kN/m。根据《混凝土结构设计规范》，N≤0.9ФfcA=0.9ФfcA=0.9x1.0x9.6x1000x200=1728kN/m>N=39kN/m，满足要求。
由于按轴对称计算，理论上圆筒不产生弯矩，但实际工程中往往由于荷载、地质复杂以及施工偏差等因素，井壁内仍可能会产生弯矩，井壁的自重有时也不能被土的摩擦力克服而产生拉力，所以在井壁的纵横向应构造设置配筋，配筋率不小于0.15%，即配Φ8@200。如改为方桩，则计算得到配筋为As=578mm2，选用横向Φ10@150，纵向Φ10@250。
3.4产生土拱效应桩间距计算
（1）桩作为拱支座，在土压力作用下必然会产生一定的位移。土拱能适应支座位移而不破坏，说明土拱为静定结构拱，即三铰拱。
（2）在任意深度处取厚度dz土拱，假设土压力沿拱轴线呈径向均匀分布，由于在径向均布荷载作用下三铰拱的合理拱轴线为拱轴线上各截面只产生轴向压力，而弯矩和剪力处处为零。
（3）土拱及其计算简图，如图2（a），（b）所示。
经计算，每根桩承受的主动土压力Ea=1.414NӨ。土拱效应产生的条件，在深度z处，沿土拱轴线取微六面体，即微元体上的正应力均为主应力，根据摩尔—库伦（Mohr-Coulomd）屈服准则，最终整理得式（1）。
按最不利原则，取，则产生土拱效应的极限桩间距为：
因此，桩距就是产生土拱效应的条件。本工程，
实取3.6m。
截（排）水系统设计
（1）截（排）水沟采用矩形断面，其尺寸0.3x0.3m。截（排）水沟的底板和侧墙皆用浆砌块石铺砌加固，厚0.2m。块石材料应为较坚硬的灰岩或砂岩，所用水泥砂浆标号M7.5。砌石的基底应敷设粘土垫层并夯实。砌石的纵横缝应互相错开，每层横缝厚度保持均匀。为使降雨渗入地下的水流能泄入截水沟，来水方向一侧必须留有泄水孔，孔径为φ75mm，间距2m，位置距沟底0.6m，单排布置，排水孔周边设20cm厚，0.5m×0.5m的反滤层。截水沟的底板和侧墙应该有好的隔水性能。
（2）抹面。为了有效地保证截水沟具有足够的抗冲刷强度，浆砌石面采用砂浆抹面处理，即在砂浆初凝后，用M10砂浆将浆砌石面抹平,砂浆厚度2cm，水泥标号为425#。
（3）沟道分缝。为有效地防止温差效应，渠道基底不均匀沉降和陡缓坡连接处不均匀变形等因素，造成截水沟断裂，所有铺砌结构均要进行分缝。分缝间距10～40m不等，在坡降增大时减小，坡降减小时增大。分缝形式采用搭接式对接缝，在分缝底部的上游一侧做成齿礅，插入地基土内，深度为0.4m，以增加铺砌结构的稳定性，分缝的缝宽要求为10～20mm。
挡墙监测设计
该边坡工程在施工中和竣工后二年应进行变形和位移监测，具体监测工程有：
（1）施工期间，为保证施工期间的施工安全，应对施工区域进行位移观测及地质巡查，特别是对坡体变形的监测，并且在出现降雨及降雨后2天内不得进行抗滑桩竖井开挖作业，必须待降雨结束并连晴2天以后方可继续进行竖井开挖。
（2）工程治理后效果监测：监测工作以治理方案为依据，针对其支护结构特点，做到既合理又经济。因此本项目的监测内容主要为抗滑桩桩顶变形监测。
（3）抗滑桩顶位移动态监测。本工程在抗滑桩顶设置位移监测点6个，AB及CD段各3个，用于监测抗滑桩桩顶部的位移，监测抗滑桩的受力状态。
结语
针对某工程挡墙出现裂缝以及挡墙后缘进行加载易导致挡墙发生垮塌，根据地勘，本挡墙加固设计方案采用：注浆+桩板式挡墙加固；坡顶、坡脚设置截排水系统。工程实践表明，该项挡墙加固技术可有效防治挡墙的进一步破坏，取得明显加固效果，可为同类工程借鉴。
参考文献：
[1] 任学涛，王云龙．铜官山铜矿选厂地基构筑物损害及挡墙加固研究[J]．矿冶工程，2007，16(05)：26～28.
[2] 李建，李跃军．山区公路挡墙加固技术研究[J]．湖南交通科技，2007，21(09)：17～19.
[3] 彭铁华．柱板式锚杆挡墙加固边坡的设计及试验测试[J]．湖南交通科技，2003，31(09)：75～76.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。