劉聰，魏煥衛(wèi)
（山東建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250014 ）
摘 要：針對(duì)某地段擋土墻不均勻沉降的現(xiàn)象，通過(guò)對(duì)擋土墻周?chē)h(huán)境和地質(zhì)條件的分析，并根據(jù)理論計(jì)算，給出了造成該擋土墻不均勻沉降的原因，即抵抗滑移的抗力不足及大面積回填土引起擋土墻沉降?；谠摀跬翂Σ痪鶆虺两狄约伴_(kāi)裂的問(wèn)題，利用微型樁抗拔、抗剪、抗滑移及增加豎向承載力的能力，解決了該擋土墻在抗滑移、抗剪和抗拔的方面存在的問(wèn)題，從而達(dá)到減小沉降的目的。
關(guān) 鍵 詞：擋土墻；不均勻沉降；微型樁；承載力
中圖分類(lèi)號(hào)：TU 443 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1工程概況
某小區(qū)已建的擋土墻采用懸壁式擋土墻形式。墻高為4.6m，該擋土墻西側(cè)外兩米為已有建筑物外墻，東側(cè)為市政道路，擋土墻的基礎(chǔ)底標(biāo)高低于別墅主體基礎(chǔ)底標(biāo)高0.75m。該擋土墻底部出現(xiàn)不均勻沉降，墻體出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，墻身向東側(cè)出現(xiàn)傾斜的狀況。對(duì)西側(cè)已有建筑物的安全造成一定的影響，同時(shí)影響東側(cè)市政道路的行車(chē)安全，需要對(duì)其擋土墻進(jìn)行加固處理。
根據(jù)場(chǎng)地的《巖土工程勘察報(bào)告》，該擋土墻下的土層的地質(zhì)情況自上而下為：（1）雜填土：雜色，稍密，主要以塊石、磚塊等建筑垃圾為主，混粉質(zhì)粘土，層厚平均為22.40 m；（2）黃土狀粉質(zhì)粘土： 黃褐色，可塑，含有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)，層厚平均為6.80m。（3）碎石：青灰色，粒徑1-10cm，層厚平均為0.8m。(4)粉質(zhì)粘土：棕黃-棕紅色，可塑-硬塑，含鐵錳氧化物、碎石，層厚平均為1.10m。如表1和圖2所示。
圖1 擋土墻平面布置圖
表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)
|
層
號(hào)
|
γ
/kN·m-3
|
C
/kPa
|
Φ
/°
|
Es
/MPa
|
fak
/kPa
|
|
1
|
18.0
|
10
|
10
|
5
|
50
|
|
2
|
17.8
|
36
|
12
|
9.45
|
100
|
|
3
|
18.7
|
39
|
11
|
10
|
80
|
|
4
|
18.2
|
39.7
|
12
|
9.82
|
100
|
圖2 場(chǎng)地工程地質(zhì)剖面圖 注：A為擋土墻基礎(chǔ)底面標(biāo)高4.60m（絕對(duì)標(biāo)高111.35m）；B為加固微型托換樁樁底標(biāo)高31.60m（絕對(duì)標(biāo)高84.35m）。
2擋土墻的現(xiàn)狀分析
2.1受力分析
對(duì)于對(duì)該擋土墻進(jìn)行受力分析，其主要受到土壓力的豎向分力G1、基礎(chǔ)底板的自重G2、擋土墻墻身自重G3以及土壓力水平方向上的分力Ea如圖3所示。
圖3懸臂式擋土墻受力分析圖
注：G1為墻趾上填土重,G2、G3為基礎(chǔ)板自重及墻身自重
根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)資料集》[1]地基基礎(chǔ)分冊(cè),土壓力的計(jì)算有多種理論和方法，比較常用的是朗肯和庫(kù)倫的理論和計(jì)算方法。對(duì)于計(jì)算主動(dòng)土壓力，庫(kù)倫理論較符合實(shí)際，計(jì)算誤差較小。
根據(jù)表1中的土層物理力學(xué)指標(biāo)以及式（1）、（2）計(jì)算得表2中的參數(shù)值。
表2 懸臂式擋土墻作用力參數(shù)指標(biāo)
|
參
數(shù)
|
G1
(kN/m）
|
G2
(kN/m)
|
G3
(kN/m)
|
Ea1
(kN/m)
|
Ea2
(kN/m)
|
|
數(shù)
值
|
134.46
|
34.69
|
52.5
|
237.7
|
57.5
|
2.2穩(wěn)定性驗(yàn)算
地基穩(wěn)定性可采用圓弧滑動(dòng)面法進(jìn)行驗(yàn)算。根據(jù)GB50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]，擋土墻的穩(wěn)定性驗(yàn)算通常包括抗傾覆和抗滑移穩(wěn)定驗(yàn)算。
2.2.1抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算
抗滑移穩(wěn)定性計(jì)算公式為：
式中：Ks 為擋土墻底面的抗滑移穩(wěn)定安全系數(shù)，屬于一級(jí)邊坡取1.3；
為基底與地基之間的摩擦系數(shù)
，這里取0.65；∑
為作用在擋土墻上的全部豎向荷載，按表2的數(shù)值取221.65
；H為擋土墻的高，這里取4.6m；q為上部均布荷載，這里取10
。
按式（3）計(jì)算得到
，故該擋土墻的抗滑移穩(wěn)定性驗(yàn)算不滿(mǎn)足規(guī)范要求。
2.2.2抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算
抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算公式為：
式中：
為擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)；a1為G1作用點(diǎn)到墻趾的水平距離，這里取2.6m；a2為G2作用點(diǎn)到墻趾的水平距離，這里取1.75m；a3為G3作用點(diǎn)到墻趾的水平距離，這里取1.45m。
按式（4）計(jì)算得
，故該擋土墻的抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算不滿(mǎn)足規(guī)范要求。
2.3基底應(yīng)力
根據(jù)GB50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]，該擋土墻底部的偏心距可按下式計(jì)算：
因此截面部分受壓，對(duì)擋土墻的穩(wěn)定性不利。
式中
為基底應(yīng)力的最大值；C為合力作用點(diǎn)到墻趾的水平距離，這里取2.19m；
為修正后的地基承載力特征值，這里取50
。故計(jì)算不滿(mǎn)足規(guī)范要求。
2.4地基沉降量
2.4.1填土原因
在地基施工過(guò)程中，需要大面積進(jìn)行回填土，在基礎(chǔ)四周堆載時(shí)，擋土墻會(huì)產(chǎn)生沉降量，如魏煥衛(wèi)和付艷青在基于微型樁托換的建筑物基礎(chǔ)加固設(shè)計(jì)[3]的研究，其值由式（6）計(jì)算。
式中：Ｓ2為因回填土作用于基礎(chǔ)產(chǎn)生的沉降；
為填土底部自重應(yīng)力；
為回填土重度，這里取18
；
為回填土厚度，這里取13.5m；
為基底下第
層土厚度。
按式（6）計(jì)算得該沉降量為89.75mm。
2.4.2土層原因
高填土本身具有一定的濕陷性，根據(jù)工程地質(zhì)剖面圖，建筑物地基粉質(zhì)粘土層在降雨導(dǎo)致基坑積水的情況下會(huì)產(chǎn)生濕陷變形。根據(jù)GBJ50025-2004《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定[4]其濕陷量：
式中：Ｓ1為濕陷性黃土場(chǎng)地濕陷量，
為第
層土的濕陷系數(shù)，這里取0.035，
為第
層土的厚度，這里取600mm；
為修正系數(shù)，這里取1.5。
按式（7）計(jì)算得該濕陷量為33.26mm。
因此沉降量
。
2.5地基傾斜計(jì)算
根據(jù)GB50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]建筑物的地基變形計(jì)算值不應(yīng)大于地基變形允許值。傾斜是指基礎(chǔ)傾斜方向兩端點(diǎn)的沉降差與其距離的比值，其值由式（8）計(jì)算。
式中：
為基底變形的傾斜角；
為基礎(chǔ)傾斜方向兩端點(diǎn)的沉降差，這里取89.75mm；b為基礎(chǔ)傾斜方向兩端點(diǎn)的距離，這里取3.5m。
按式（8）計(jì)算得
，超出了GB50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》 [2]中關(guān)于民用建筑相鄰柱基沉降差不得超過(guò)4 ‰的規(guī)定，且大部分沉降差均超出了該允許值。故該擋土墻的設(shè)計(jì)不安全，需要對(duì)其進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。
3加固方案的計(jì)算分析
3.1 加固原則
工程上對(duì)于擋土墻加固可采取的方法必須滿(mǎn)足以下條件：首先，其必須是常規(guī)技術(shù);其二，它能有效抑制或減小墻體變形；其三，它具有可靠的有效性和持久性。根據(jù)安全評(píng)價(jià)結(jié)果，可采取的加固方法有注漿加固法、錨桿法、微型樁托換加固法等多種方案，現(xiàn)分述如下：
?。?）注漿加固法
注漿加固法適合于基礎(chǔ)埋深較低的情況。該擋土墻回填土深度達(dá)20m，因厚度太大，難以達(dá)到預(yù)期的注漿效果，因此不適宜采用注漿加固處理。另外注漿漿液流動(dòng)性的制約和可控性比較不能夠定向定位，容易引起串漿等現(xiàn)象。
?。?）錨桿法
由于周邊環(huán)境情況，該擋土墻外兩米左右為已有建筑物的外墻，沒(méi)有足夠的空間使用長(zhǎng)錨桿對(duì)擋土墻地基加固，短錨桿對(duì)擋土墻的加固作用不是很大，同時(shí)錨桿法只能保證擋墻不倒，而不能阻止擋墻繼續(xù)下沉，因此不建議采用錨桿法。
?。?）微型樁托換加固法
微型樁托換加固法相比于其他加固方法具有承載力高、沉降量小、所需施工場(chǎng)地較小、樁孔孔徑小，另外對(duì)各種不同的土質(zhì)條件都適用，如孫建平等微型樁豎向承載力的估算的研究[5]。該擋土墻的西側(cè)兩米為已有建筑物的外墻，施工場(chǎng)地面積較小，同時(shí)該地段有明顯沉降。除此之外，微型樁具有一定的抗拔、抗剪、抗滑移及增加豎向承載力的能力，而該擋土墻在抗滑移、抗剪和抗拔的方面存在不足，因而采用微型樁托換加固法達(dá)到減小沉降的目的。
圖4 微型樁托換加固法 3.2托換加固法的計(jì)算
3.2.1單樁的承載力參數(shù)
根據(jù)JGJ94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[6]基樁的抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值由式（9）計(jì)算。
式中
為基樁抗拔極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；
為樁身周長(zhǎng)，這里取0.69m；
為樁側(cè)表面第i層土的抗壓極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，這里取60
；
為抗拔系數(shù)，這里取0.75。
按式（9）計(jì)算得
。
根據(jù)JGJ94-2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[6]當(dāng)樁的水平承載力由水平位移控制，且缺少單樁水平靜載試驗(yàn)資料時(shí)，單樁水平承載力特征值由式（10）計(jì)算。
式中
為樁身抗彎剛度，這里取7877.83
；
為樁頂允許水平位移，這里取7.5mm；
為樁頂水平位移系數(shù)，這里取0.940；
為樁的水平變形系數(shù)，這里取1.14。
按式（10）計(jì)算得
。
根據(jù)《現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)》[7] 和徐春麗鋼管混凝土柱抗剪承載力試驗(yàn)研究[8]計(jì)算單樁的抗剪承載力公式為：
式中
為單樁的抗剪承載力；
為混凝土的橫截面面積，這里取7939
；
為混凝土的抗剪強(qiáng)度，這里取2.01
；
為鋼管的橫截面面積，這里取626
；
為鋼材的抗剪強(qiáng)度，這里取455
。
按式（11）計(jì)算得
。
由于單樁水平承載力小于單樁的抗剪承載力，因此驗(yàn)算抗滑移穩(wěn)定性時(shí)，水平方向上的抗力由二者中較小的單樁水平承載力承擔(dān)。
根據(jù)GB50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]，由單樁靜載荷實(shí)驗(yàn)確定單樁豎向承載力特征值的規(guī)范經(jīng)驗(yàn)由式（12）計(jì)算。
式中
為單樁豎向承載力特征值；
為樁端端阻力、樁側(cè)阻力特征值,這里取1600kPa，70kPa；
為樁身橫截面面積，這里取
；
為樁身周邊長(zhǎng)度，這里取0.69m；
為第
層巖土的厚度，這里取6.8m。
按式（12）計(jì)算得 。
3.2.2加固層的擋土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算
抗傾覆穩(wěn)定性計(jì)算：
式中抗力是Ｇ1，Ｇ2墻身自重及基礎(chǔ)板自重和Ｇ3墻趾上填土重到承載力形心的彎矩，以及每延米情況下樁的抗拔承載力；
為樁的作用點(diǎn)到墻趾的水平位移，這里取0.5m；
為樁的有效長(zhǎng)度，這里取27m。
按式（13）計(jì)算得
滿(mǎn)足要求。
抗滑移穩(wěn)定性計(jì)算：
式中抗力為Ｇ1，Ｇ2墻身自重及基礎(chǔ)板自重和Ｇ3墻趾上填土重造成的摩擦力，以及每延米情況下單樁的水平承載力；s為樁的直徑，這里取0.22m。
按式（14）計(jì)算
滿(mǎn)足要求。
3.2.3單樁的沉降量驗(yàn)算
根據(jù)GB50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]，樁基礎(chǔ)最終沉降量的計(jì)算采用單向壓縮分層總和法:
式中s為樁基最終計(jì)算沉降量；m為樁端平面以下壓縮層范圍內(nèi)土層總數(shù)，這里取4；L為樁的長(zhǎng)度，這里取27m；
.jpg)
沉降影響系數(shù)；
為在
的半空間均質(zhì)土中單樁的沉降影響系數(shù)，根據(jù)半空間均質(zhì)土中單樁沉降影響系數(shù)
曲線，
和K分別取120、10；
為考慮均質(zhì)土厚度的修正系數(shù)。
按式（15）計(jì)算得
。根據(jù)《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》SL379-2007[9]土質(zhì)地基上擋土墻地基最大沉降量不宜超過(guò)150mm，故滿(mǎn)足要求。
3.2.4托換樁的承載力計(jì)算
荷載重心：
承載力的形心：
不考慮基底受力情況下的承載力：
式中
為樁基豎向承載力；n為樁基中的樁數(shù)，這里取1；
為承載力形心與樁的作用點(diǎn)位置之間的距離，這里取1.12m；
為豎向應(yīng)力產(chǎn)生的彎矩，這里取248KN•m。
按式（19）計(jì)算得
，滿(mǎn)足要求。
圖5 形心布置圖
注:O為幾何形心,O1為承載力的形心,O2為荷載重心,O3為樁的作用點(diǎn)。
3.3 微型托換樁的加固設(shè)計(jì)
3.3.1微型樁的參考數(shù)據(jù)
微型樁承載力Ra為389.24kPa，微型樁成孔直徑為220mm內(nèi)設(shè)2根B14和2根φ25的鋼筋,植筋孔直徑為18mm，二次壓漿微型樁的有效樁長(zhǎng)不小于27m。
3.3.2加固方案
微型樁成孔采用水泥漿護(hù)壁成孔，成孔清孔后，孔底沉渣厚度不大于50mm，然后放入鋼筋籠，插入注漿管至孔底部，用壓力注水灰比0.5-0.6的水泥砂漿，直至灌滿(mǎn)為止，注漿壓力為0.2-0.5MPa。注漿管采用φ25的鋼管，加工成花管形狀（上部4m部分不加工），花管按500mm的行距，圓周3孔均勻布置，注漿管底端封閉，圓周小孔采用橡皮套單向封閉。新舊承臺(tái)通過(guò)植筋連接，植入原承臺(tái)深度250mm，內(nèi)灌喜利得膠。
圖6 微型樁加固設(shè)計(jì)方案圖
4結(jié)論
通過(guò)對(duì)擋土墻現(xiàn)狀的分析，得出該擋土墻不均勻沉降的原因有抵抗滑移的抗力不足和大面積回填土引起的擋土墻沉降?；谠摀跬翂Φ膱?chǎng)地情況和出現(xiàn)的問(wèn)題，采用微型樁托換法對(duì)該樁的抗滑移、抗剪、抗拔的承載力有了大大的提高，按照提供的托換樁加固方案的計(jì)算模式驗(yàn)算，以及經(jīng)過(guò)半年的沉降量觀測(cè)該擋土墻沒(méi)有繼續(xù)沉降發(fā)生，證實(shí)了采取微型樁托換法是可行的。另外微型樁托換加固法還具有承載力高、不產(chǎn)生多余附加應(yīng)力、對(duì)施工中遇到的困難處理靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，因此在解決復(fù)雜條件下?lián)跬翂庸讨械膽?yīng)用越來(lái)越廣泛。
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