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已有挡土墙加固设计

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・80・ 第40卷第30期 2 0 1 4年1 0月 山 西 建 筑 SHANXI ARCHITECTURE Vo1.40 No.30 0ct. 2014 文章编号:1009—6825(2014)30—0080—03 已有挡’土墙加固设计 陈勇 (同济大学,上海黄锐 200092) 摘要:以国家超级计算长沙中心已有重力式挡土墙AB段的加固为例,针对AB段重力式挡土墙上某些部位出现细微裂缝的问 题,根据场地工程地质条件和水文地质条件,提出采用土钉对挡土墙进行加固的设计方案,通过计算,该设计方案符合要求。 关键词:重力式挡土墙,裂缝,土钉 中图分类号:TU476.4 文献标识码:A 1 工程概况 1.1 工程简介 倾覆和抗滑移稳定性不满足规范要求,故而墙身出现细微裂缝。 故需要对现有AB段的重力式挡土墙进行加固。场地内地形简 单,岩土种类较多,无影响场地稳定性的不良地质作用。场地等 国家超级计算长沙中心项目…位于长沙市河西麓山南路的 级为二级,地基等级为二级,岩土工程勘察等级为乙级,边坡岩土 原湖南大学计专校区。该项目由湖南大学设计研究院有限公司 工程重要性等级为二级。 设计。拟建建筑物为超算中心(0号楼)、研发中心(1号楼)、柴油 1.2工程地质条件 发电机房、供水站、冷却塔;边坡工程为红线范围内的超算中心 据钻孔揭露,场地内的地层主要由第四系杂填土层、残积层 (0号楼)和研发中心(1号楼)的西侧AB段,全长约90 m,坡高约 及泥盆系锡矿山组砂岩夹泥质粉砂岩和泥盆系沙河组泥灰岩组 7 m~10 m,其坡顶有1层~3层民用建筑,距坡顶民用建筑距离 成,现将各岩土层特征自上而下分别描述如下(其中①一⑥为地 约6.0 m~10.0 m;原有的支护是采用重力式挡土墙进行支护,墙 层序号): 顶宽0.5 m,墙身高7 m,面坡斜度1:0.10,背坡垂直,墙底宽1.2 m, 基础埋深0.5 m,场地内地坪标高52 m。但由于挡土墙原有的抗 监测内容应包括施工过程中边坡坡面水平位移和竖向位移;竣工 后一个自然年边坡坡面水平位移和竖向位移。 应根据JGJ 8-2007建筑变形测量规程中的有关规定选择测 备观测,竖向位移采用不低于DS1级水准仪进行观测。 根据实际测量数据对边坡工程作出险情预报,本边坡工程变 ①第四系杂填土。 稍湿~湿,结构松散~稍密,以混凝土块、碎砖、碎石、塑料及 AB段抗滑桩的施工应优先进行,采用人工方式成孔,做好护 壁等安全措施。成孔后立即灌注,及时增加支撑力。 施工到坡底三级平台时,首先应开挖扶壁式挡墙施工场地, 完毕后,按设计回填至边坡高度。 最后再做防排水设施,修砌坡顶、平台、坡脚等截水沟。 量仪器及施测方法。水平位移采用精度不低于DJ2经纬仪的设 并且保证临时边坡的稳定性,在进行桩基础和扶壁式挡墙的施工 形报警值如下:累计边坡水平位移大于50 mm(或大于边坡高度 参考文献: 0.2%),或连续3 d水平位移速率达到2 mm/d;竖向位移达到 [1] 王瑞刚.降雨作用下高填土质路堤边坡的渗流稳定分析 50 mm,连续3 d沉降速率达到1 mm/d。 水平位移成果表、垂直位移成果表、位移速率、时间、位移量曲线; 并分析对边坡稳定性的技术影响。 3)完善的施工组织设计。 施工之前应充分了解边坡的性质、规模、状态及设计图纸,根 [J].中国公路学报,2009(13):76-78. 民交通出版社.2009. 位移观测工作结束后及时整理和检查外业观测数据,并提供 [2] 张从明.公路边坡治理措施及安全评价方法[M].北京:人 [3]JGJ 106-2003,建筑基桩检测技术规范[s]. [4] 交通部公路科学研究所.天津一塘沽地区软土的公路工程 特性及硬壳层的利用(研究报告)[R].1985. 据现场实际情况编制详细的施工组织设计,尤其是雨季施工,以 [5] 龚晓南.复合地基[M].杭州:浙江大学出版社,1992. 确保施工期间边坡的稳定性。 [6] 张剑锋,童栩湘.岩土工程勘察设计手册[M].北京:水利电 4)施工顺序和方法。 完再进行下一个坡面的施工。 力出版社.1992. 边坡坡面施工顺序为从上至下分级进行。上一个坡面施工 [7] 李永红.边坡处理的方案优化和动态设计与研究[J].山西 建筑,2013,39(9):49-50. On high-filling slope treatment design FENG Wu.nv’-。 (1.Ta ̄,uan University ofTechnology,Taiyuan030024,China;2.Shanxi Coal Construction Inspection Co.,Ltd,Taiyuan030006,China) Abstract:The paper analyzes the hydrological conditions of Yangqu gas-ifre cogeneration project of Shanxi。clculaates and analyzes the high-ifll— ing slope treatment scheme,makes respective construction methods,sums up slope treatment approaches on the complicated high・filling soil,and analyzes advantages and disadvantages of those approaches,SO as to provide some reference for similar projeets. Key words:high・filling soil,slope treatment,flag retaining wall,buttressed retaining wall 收稿日期:2014—08—14 作者简介:陈勇(1990一),男,在读硕士; 黄锐(1989.),男,在读硕士 第4O卷第30期 2 0 1 4年1 0月 陈勇等:已有挡土墙加固设计 ・81・ 粘性土等建筑垃圾为主,含少量砾石,为新近填土。场区普遍分 布,厚度:0.50 m~6.90 nl,平均2.71 m。 ②第四系种植土。 松散状态,成分为粘性土和少量砾石,含植物根茎。场区主要 分布于山坡上,厚度:0.30 m~0.60 171,平均0.47 ITI。 ③第四系残积粉质粘土。 其中,c为墙后主动土压力合力作用点距墙踵的竖直距离。 表1 AB段地层物理力学指标 土层 天然重度 粘聚力 内摩擦角 锚固体与岩土层 土层名称 厚度 p 标准值 标准值 粘结强度特征值 承载力特征 h/m kN/| kPa m3 C kPa pk/(。) fr kPa ①杂填土 夹泥质粉砂岩 1.5 .l7.0 22.0 14 30 8.0 25.0 10 65 35O ④强风化砂岩 lO呈硬塑~坚硬状态,含黑色铁锰质结核及灰白色高岭土条带, 局部夹石英碎块,摇振不反应,稍有光泽,干强度中等,韧性中等, 场区普遍分布。厚度:0.70 In~9.30 113,平均2.95 ITI。 ④泥盆系锡矿山组强风化砂岩夹泥质粉砂岩。 砂质结构,块状构造,节理裂隙发育,岩石为较硬岩,岩体极破 0 墙后土压力分布如图1所示。 2.2 AB段挡土墙抗滑移稳定性分析 G:yV=22 X÷X(0.5+1.2)X7=130.9 kN。 碎,岩体基本质量等级为V级,岩芯多呈碎屑状、碎块状、块状,少 量呈短柱状、柱状,其中泥质粉砂岩呈紫红色、灰白色,岩石为极软 岩,岩体极破碎,岩块用手可折断,遇水易软化崩解,系场地内基 岩,场区普遍分布,厚度:2.40 m一22.60 in,平均10.35 Ill。 ’⑤泥盆系锡矿山组中风化砂岩夹泥质粉砂岩。 砂质结构,块状构造,节理裂隙较发育,岩石为较硬岩,岩体较 破碎,岩体基本质量等级为Ⅳ级,岩芯呈短柱状,少量呈碎块状、块 状,其中泥质粉砂岩呈紫红色、灰白色,岩石为极软岩,岩体破碎, 遇水易软化崩解,系场地内基岩,揭露厚度:2.O0 in一15.50 m,平 均9.29 In。 ⑥泥盆系沙河组全风化泥灰岩。 已风化成土状,可见原岩结构构造,遇水易软化崩解,系岩石 受附近断层的引张破坏作用而形成引张裂隙,使岩石风化不均匀 而形成的软弱夹层,场区局部地段分布,厚度:2.O0 in~9.O0 m,平 均5.29 nl。 1.3水文地质条件 本场地地质调查范围内也未见泉点出露。勘察期间,山坡上 所有钻孔均未测到地下水水位,坡底部分钻孔见地下水,地下水 类型主要为赋存于①杂填土中的上层滞水。地下水补给来源主 要为大气降水和生活污水补给,水位受季节性影响较大,未形成连 续稳定水面,水量极贫乏;初见水位埋深为1.50ITI一4.80m,初见水 位标高为38.94 in~50.33 m,稳定水位埋深为0.50 In~3.70 in,稳 定水位标高为4o.34 l"n一52.23 m。 本次勘察采取4件上层滞水的水试样进行了地下水水质对 混凝土结构有无腐蚀性分析,其试验结果表明该场地地下水环境 类型属Ⅱ类,地层渗透性属弱透水地层,表明该水质对混凝土结 构具微腐蚀性,对混凝土结构中钢筋具微腐蚀性。 2挡土墙稳定性分析 2.1 按郎肯土压力计算各层土土压力 墙身尺寸:墙身高:7.000 In。墙顶宽:0.500 m。墙底宽: 1.200 m。面坡倾斜坡度:1:0.10。背坡垂直。墙底水平。物理参 数:圬工砌体容重:22.000 kN/m 。地基土摩擦系数:0.45。墙身 砌体容许压应力:2 100.000 kPa。墙身砌体容许剪应力: 160.000 kPa。墙身砌体容许弯曲拉应力:280.000 kPa。挡土墙类 型:一般挡土墙。地基土类型:岩质地基(挡土墙持力层为强风化 砂岩夹泥质粉砂岩)。土压力计算方法:郎肯。墙后土层数:2层, 见表1。 主动土压力的合力为: E。=E。l+Ea2=1.20+57.54=58.74 kN。 主动土压力合力作用点: E。1CI+E C2 1.C: 20 X5.63+57.54 X1.12 58.74 J ~: E: 一 盟58 74:1.01≤1.3。 一1。uJ’ 1’J o . 其中,G为挡土墙每延米自重;E。为挡土墙每延米岩土压力 合力; 为挡墙与地基土的摩擦系数,此处取为0.45; 为挡墙抗 滑稳定系数 J。 因此抗滑移稳定性不满足要求。 2.3 AB段挡土墙抗倾覆稳定性分析 抗倾覆力矩为: My=G× =130.9 x0.75=98.175 kN‘m。 倾覆力矩为: Mo=E。X C=58.74×1.21=71.1 kN・113。 所以抗倾覆稳定系数 为: = = 38 6。 因此抗倾覆稳定性不满足要求。 2.4 AB段挡土墙地基承载力验算(基底压力及偏心验算) AB段挡土墙持力层为强风化砂岩夹泥质粉砂岩,地基土的 性质见表1。 根据GB 50007-2011建筑地基基础设计规范 j,对墙体进行 墙身剪应力及法向应力、偏心距验算,经过计算,墙身的抗压及抗 剪均符合要求。 3挡土墙加固设计 3.1 AB段挡土墙土钉参数选择 土钉墙后的地层物理力学指标见表1。查阅相关规范,初取 土钉长度为 : L=0.7H=4.9 m。 取整得L=5 m。 间距JS 和S 取S =S =1.0 m。 土钉钉材取直径为25 mm的Ⅱ级螺纹钢筋,采用M30水泥 砂浆。 土钉与水平面的夹角取为JB=15。。 3.2确定土钉墙潜在破裂面 因为前述所求土压力皆是以郎肯土压力计算求得,因此土钉 墙潜在破裂面应符合郎肯土压力 的相关规定。 按土层厚度对岩土层的内摩擦角 取加权平均值,则: : —— 广 ———_ —一:  :21.36。。 ・ o 故而,滑移面的倾角为: :45。+詈:45。+ :55.68。。 AB段土钉墙潜在破裂面见图2。 3.3确定土钉所承受的土压力 ・82・ 第4O卷第3O期 2 0 l 4年1 0月 山 西 建 筑 因为根据模型试验和工程结论,土钉墙采用等长分布时承载 +_T● ≈ .,。_{0 .。 ..,.上毫 0 上  二面 皿臣 :_ 5.99 kPa 1.1 m 杂填土 土层芬界面/夸 / I 力最高,变形比土钉分布上长下短略小,所以本工程中土钉选取 为等长分布。 强风化砂岩 夹泥质粉砂岩 三",.Ea=57.54 kN 三三三 芝 34.35 kPa /\鲎查 /强风化砂 单根土钉受拉荷载标准值可按下式计算 : T =考e啦sxS /cosl。f l/ 粉砂岩 其中, 为荷载折减系数;e 为第 个土钉位置处的边坡水平 荷载标准值;Sx,S 为土钉与相邻土钉的平均水平、垂直间距; 为 土钉与水平面的夹角。 基础持力层:强风化砂岩夹泥质粉砂岩 图1 All段墙后土压力分布 图2 AB段土钉墙潜在破裂面 原有AB段挡土墙后所承受的土压力在前述2.1中已得到计 算,土压力分布图如图1所示。如果不进行调整,边坡边壁水平 荷载折减系数 为: 荷载从上往下越来越大,势必造成土钉分布上短下长,这与实际 工程结果和模型试验结果不相符合。 因此,按经验分布,将墙后的土压力分布调整为经验梯形土 压力 ,如图3所示。 g [ gT一 ]/tg2(45。一詈 .86。  T● l t,。。。+...。.. . ,。,●_强n 0 雹n 0 + 人鲎查熊型亘 杂填土1.5m l 其中,当h ≤0.25H=0.25×7=1.75 m时: e =E层分界面 0.875H —— _亍 6_ 亍 _; 上× = × _亨 ・4 ^ =s kPa2 。 3 4 当0.25H ̄h ≤H,即1.75 m≤ ≤7 m时: = =9.59 kP0 875 = 0 875 7 a。 日 . × 。 ~ . 警5 、、7 5.5 m 泥 因为图3中,墙后土压力是由土钉和挡土墙共同承受的,因 图5 AB段土钉纵向布置图 此,取土钉单位面积上所承担的土压力为: 2 从而每根土钉的受拉荷载标准值见表2。 表2 AB段土钉受拉荷载标准值 土钉序号J 1 2 3 P。 _e。。 其中,当h ≤0.25H=0.25×7:1.75 m时: 土钉距坡顶 竖直距离/m O.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 非锚固 段长度/m 4.46 3.96 3.47 2.98 2.5O 2.o0 锚国段 长度/m 0.54 1.04 1.53 2.02 2.5O 3.0o e4 kPa 1.83 5.48 6.39 6.39 6.39 6.39 kPa 1.63 4.96 5.69 5.69 5.69 5.69 P。。=-。q--×e = }×5.48hf=3.65h kPa。 当0.25H< ̄h ≤日,即1.75 m≤^。≤7 m时: 4 P。 =-T。  =5。-x9.59=6.39 kPa。 5 6 因此,土钉单位面积所承担的土压力如图4所示。 7 6.5 1.52 3.48 6.39 5.69 取受力最大的土钉处进行土钉抗拉断验算,则: Ti"d2 = ×25 ×300×10~=147 kN ̄>1.257。 =7.1 kN。 所以,土钉的抗拉断验算满足要求。 参考文献: e 9.59 kPa p 6.39 kPa ——————,—— 卜————一 [1] 长沙超算中心岩土工程勘察报告(S111002)[R].2011. [2] 陈忠达,王秉纲.公路挡土墙设计[M].北京:人民交通出版 社.1999. 图3 All段墙后 土压力经验梯形分布 图4 AB段土钉 单位面积所承受的土压力 3.4土钉抗拉断验算 AB段士钉纵向布置图如图5所示。 通过CAD图上可以量得各排土钉非锚固段的长度 ,分别 列出如下: JL。l=4.46 m;L =3.96 m;L =3.47 m;L.14:2.98 m; [3] GB 50007-2011,建筑地基基础设计规范[S]. [4] 赵其华,彭社琴.岩土支挡与锚固工程[M].成都:四川大学 出版社.2008. [5] 陈希哲.土力学地基基础[M].北京:清华大学出版社, 1998. =2.50 m; =2.00 m; =1.52 m。 [6] JGJ 120-99,建筑基坑支护技术规程[s]. Reinforcement design of the existing retaining wall CHEN Yong HUANG Rui (rongii Univemi ̄,Shanghai 200092,China) Abstract:Taking the existing gravity—style retaining wall AB section reinforcement of national supercomputing Changsha center as an example, the paper carries out existing gravity—style retaining wall AB section reinforcement design in light of its cracking problems according to engineering geology and hydrology conditions.In the end,it proves that the design scheme meets demands through computation. Key words:gravity—style retaining wail,crack,soil nailing 

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