（自贡市城市规划设计研究院有限责任公司）

摘要：某实际工程的桩板式挡墙受滑坡影响出现变形开裂，通过采用锚索进行了加固，取得了良好的效果。本文对该工程进行了全面的剖析，得出了桩板墙加固前后的的受力变化及设计要点，并总结了类似工程值得借鉴的经验。

关键词： 锚索 加固 桩板式挡墙 受力变化

The Examples of engineering analysis Anchor Cable reinforce  Sheet-pile retaining wal

  Wenjitao Yanchao Liming   (Zigong City Planning and Design Institute Co., Ltd. )

Abstracts ：

Due to landslide affecting，project of sheet pile retaining wall produces deformation and cracking，through the anchor cable reinforcement，and achieved good results，this paper made a comprehensive analysis on the project，the pile stress changes and the main points of design，and summarizes the similar project experience.

Keywords：

Anchor Cable，reinforce，Sheet-pile retaining wall，The stress changes

1、工程概况及加固由来

某桩板墙34~45#桩位于两栋居民楼之间，桩高2.5米，宽1.75米，间距5米，平均临空面高度12米，总桩长16~18米，以强风化和中风化岩层为锚固段。

2010年3月施工该挡墙时，部分桩孔内及桩后靠山侧斜坡上揭露到滑面，5月桩板墙施工结束。2010年7月17日持续暴雨之后发现37#~44#桩顶向临空面倾斜，随后桩体位移逐渐增加，从10月18日至11月1日的桩顶沿临空面的位移监测数据如表1-1。

表1  37#~44#桩桩顶位移监测数据      

由于桩板墙位移值已超过规范要求，且有继续发展趋势，为保证上下侧房屋建筑安全，经研究需要对其加固。

2、变形特征及原因分析

 2.1变形特征

  

桩板式挡墙37#桩~44#桩除出现上述情况的位移之外，在44#桩与45桩之间的现浇板端部出现一竖向裂缝，裂缝从桩顶延伸至底部，但未贯通结构，为表面裂缝，其余地段未见裂痕。桩板变形特点为桩顶位移值较大，场平处几乎无变形，故可推断桩板墙为绕场平以下较近范围内发生的转动变形，且在45#桩变形基本消失。

 

2.2 挡墙倾斜变形及开裂的原因分析

（1）、该挡墙于2010年5月前后完成施工及后部回填，回填土结构较松散，之后直到7月17日之前，挡墙完好，未见偏移。7月17日大降雨之后，挡墙后侧的松散填土（6m~17m）饱水，发生沉降，地面局部见裂缝，后侧正在施工中的房屋建筑人工挖孔桩发生坍塌和桩壁错位，最大错位达15cm；同时饱水后的填土导致土压力增加，覆盖层沿原滑面滑动增加了推力。（原设计按照综合30°内摩擦角计算墙背水平推力为812KN，饱水形成滑坡后的推力为1080 KN）。

（2）、挡墙施工完成后，后侧建筑施工加载严重，较大增加了墙后的土压力。

（3）、挡墙泄水孔未见出水迹象，间接导致土体饱和后增加土压力。

（4）、由于9#挡墙先行施工完成，前侧道路和挡墙开挖后导致9#挡墙的锚固段岩土层强度受到一定的破坏，地基土横向容许承载力降低。

（5）、现浇板处的竖向裂缝刚好位于44#桩靠45#桩近支点处，既剪力最大的部位，裂缝的宽度较为均匀，约在0.2mm~0.5mm之间，其形态为竖直裂缝，该裂缝系由于44#桩和45#桩之间不协调变形造成。

通过对38~45#桩完整性检测（表2）可知，38#、39#、40#、42#桩在场平以下存在一定缺陷，但均不在一个位置，由此可以判断不存在断桩的情况，仅是局部质量缺陷，综和上所原因分析，该段挡墙墙顶位移的主要原因是由于暴雨引起墙背回填土产生滑坡，其推力已较大的超出原设计荷载，使得本较脆弱的地基土横向容许抗力不够，引起桩板墙绕场平下某一中轴点产生了转动，桩顶进而出现较大位移。

 

 

 

表2  38~45#桩完整性检测表格

 

 

3、地质概况

3.1 地震

场地地震基本烈度为Ⅶ，地震动峰加速度为0.15g，20年超越概率10%的基岩水平峰值加速度为143cm/s²，50年超越概率10%的地面设计水平峰值加速度为为175.4cm/s²。

3.2、场地岩土工程地质条件

根据工程地质测绘和钻探揭露，场地主要地层有：第四系人工填土层（Q₄^ml）、第四系全新统残坡积层（Q₄^{el + dl}）和二叠系下统阳新组（P_1y）。现由新至老将地层岩性分述如下：

(1)、第四系人工填土层（Q₄^ml）：褐黄色、褐红色，主要有粉质粘土和块碎石构成，松散，主要分布在临时安置房和新修道路前缘。

(2)、第四系全新统残坡积层（Q₄^el+dl）

①粉质粘土：棕红、灰黄、褐黄色，可塑至硬塑状。无摇振反应，稍具光滑，干强度高至中等，韧性中等。失水可见开裂，局部见黑色铁锰质浸染及钙质结核。层中部份段含约5%～25%的碎石、角砾，局部富集达35%～40%，形成含砾（碎石）粉质粘土透镜体，角砾、碎石成分主要为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和灰岩，多呈全至强风化状。分布于场地表层。

②块石土：褐黄色、灰色，稍湿，中-密实。块石成份以灰岩、砂岩为主，块石含量约60-80%，粒径一般在20～35cm，个别达1m以上，碎石含量约10%-15%，余为角砾及泥质充填。该层分布较广，但不连续。

(3)、三叠系上统白果湾组砂岩（T3bg）：主要为泥质粉砂岩，岩层产状75°∠15°。

①强风化泥质粉砂岩：青灰色、黄褐色，岩层中夹薄层状粉砂质泥岩，岩芯多沿层理面脱落，岩芯破碎。由于砂泥岩的差异风化，节理裂隙发育，岩层中偶含0.1m厚泥化夹层，具土体特征。

②中风化泥质粉砂岩：青灰色、黄褐色，岩芯多沿层理面脱落，岩芯较完整。由于砂泥岩的差异风化，节理裂隙发育，岩层中薄层状泥化夹层。

3.3、水文地质条件

场地地下水主要有第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两类。

场地内角砾土、碎石土及块石土具有一定的孔隙，赋存少量的孔隙水。由于场地表层多为粉质粘土覆盖，且厚度较大，不利于大气降水入渗补给，因此，孔隙水贫乏，局部以上层滞水形式出现。但粉质粘土具失水开裂特征，降水往往于该带受阻而富集，从而对土体进行软化，降低土体抗剪强度，不利于浅部边坡的稳定。

3.4、滑坡基本特征

滑坡体外形近似半圆状，主滑方向为37°，后缘最高高程984m，前缘以下场平为剪出口，高程967m，相对高差17m。

滑坡长40m，宽90m，面积2000m²，滑体厚度平均12m，体积约24000m³，主滑方向为37°，属小型滑坡。

滑动带后部为填土内部滑动，中部为粉质粘土和下部的碎石土接触带，前部为粉质粘土内部。

3.5、岩土物理力学参数建议

各地基岩土有关物理力学参数见下表:

         表3   岩土体主要物理力学指标建议值表                 

4、锚索加固设计

4、1 加固设计原则

(1)、 根据相关成果资料，针对边坡破坏形态和发育规律，制定切实可行而又安全有效的工程方案，以保证工程的科学性。

(2)、在现有资料的基础上，结合已修建的住宅楼和挡墙，采取必要的治理措施，保证已建建筑物和挡墙的安全需要，同时保证结构的刚度及耐久性。

(3)、加固选择技术可靠、经济合理、结构简单、可操作性强的方案。

(4)、根据计算结果并结合远期建筑需要，选择最合理的工程结构和布置型式。

(5)、加固方案保证外观协调和考虑居民的心理需求。

4、2 加固设计方案

设计采用锚索治理加固，37~44#桩均设置2排75T级的压力型锚索，第一排距桩顶2m，第二排距桩顶8m; 34#~36#、45#桩设置1排75T级的压力型锚索，距桩顶2m；对现有排水系统进行清理，采用软式透水管进行处理；对于竖向裂缝由于不影响结构受力且无发展趋势，故采取灌浆处理；37~44#桩前侧土体采用M5水泥砂浆灌注处理，灌浆深度至强风化顶面，钻孔直径130mm，间距2X2m，顶面采用10cm厚C25混凝土作为封闭层。

 

 

图4 加固治理横断面图

4、3 加固计算分析

4、3、1  计算方法及公式

(1)、计算基本假定

假定抗滑桩嵌固段为文克尔地基：假定桩的水平位移与该处岩土体水平位移一致，桩与岩土体之间只传递压应力，不传递拉应力与剪应力；假定桩顶与地面平齐，在水平力和力矩作用下，桩顶在地面处产生水平位移和转角。

(2)、土反力计算

P＝kΔ

K＝ahⁿ

式中：

p——滑坡面以下桩的弹性土抗力（kPa）；

k——弹性土抗力系数；

Δ——滑坡面以下桩的位移（m）；

a、n——计算系数；

h——滑坡面以下任意点到滑坡面的竖向距离（m）。

(3)、桩体有限元计算方程：

[[K_Z]＋[K_T]＋[K_T0]]{δ}＝{p}

式中：

[K_Z]——抗滑桩的弹性刚度矩阵；

[K_T]——滑坡面以下土体的弹性刚度矩阵；

[K_T0]——滑坡面以下土体的初始弹性刚度矩阵；

{δ}——抗滑桩的位移矩阵；

{p}——抗滑桩的荷载矩阵。

将桩的位移边界条件代入方程，求解就可得到桩各点的位移及内力。

 

图5 弹性方法计算模型简图

 4、3、2  计算结果

 对于37~44#桩设置了2排75T级的压力型锚索进行了加固前后的计算对比如下： 

 

表4   加固前后受力对比表

项目	背侧最大弯矩	距桩顶距离	面侧最大弯矩	距桩顶距离	最大剪力	距桩顶距离	桩顶位移
	KN.m	m	KN.m	m	KN	m	mm
加固前	31378.8	13.875	0	0	12073.2	16.9	290
加固后	6185. 4	14.471	3555.4	6.235	2838.2	12	78

从上述计算结果可知：加固前背侧最大弯矩是加固后的5倍，最大剪力是4.25倍，最大位移是3.7倍，加固后的最大弯矩位于锚索中部。

由于设置锚索相当于在原悬臂结构上增加2个支点，形成了三跨连续结构，故大大减少了弯矩峰值，有效控制了桩顶位移，同时锚索水平拉力分段减少了剪力，可以合理的优化截面和配筋。

 

 

图6  加固前弯矩、剪力及位移包络图

 

图7  加固后弯矩、剪力及位移包络图

5、加固处治效果分析

施工前，在挡墙顶上设置了系统的变形观测点，施工期间及加固处治完毕后一段时期进行变形观测。观测结果表明：挡墙和路面在张拉锁定前，一直处于外倾和沉降变形状态；张拉过程中，挡墙普遍被拉回5mm～15 mm，3天～4天后挡墙趋于稳定；锁定后至今已经过3个雨季的考验，该路段挡墙、边坡及上侧建筑处于稳定状态，运营状况良好。