灌注桩在填方边坡挡墙地基中的应用

灌注桩在填方边坡挡墙地基中的应用

冯莹    刘翔宇

中冶沈勘工程技术有限公司    辽宁省沈阳市   110169

摘要：近年来，我国的工程建设越来越多，对灌注桩的应用也越来越广泛。在建设工程时，为平整场地，需进行大量的土方回填和开挖工作，从而形成了高大的填方和挖方边坡。当填方边坡的整体稳定性满足不了规范的要求，需要采用相应的加固措施来保证边坡的安全。边坡加固处理的措施有多种，针对不同的边坡应采用不同的加固措施。本文就灌注桩在填方边坡挡墙地基中的应用进行研究，以供参考。

关键词：填方边坡；软弱地基；灌注桩；挡墙支护

引言

后注浆技术在工程上作用效果显著、经济效益好，近些年广泛应用于地上墙面、地下连续墙体、各类型的灌注桩等建筑工程，特别是灌注桩后注浆技术能够显著提高基桩承载能力，在基桩施工时得到广泛应用。灌注桩后注浆技术指灌注桩成桩后一定时间，通过预设于桩身内的注浆导管及与之相连的桩端、桩侧注浆阀注入水泥浆，通过浆体的劈裂和渗透作用使桩端、桩侧土体得到加固，在桩端和桩侧分别产生“扩底”和“扩径”效应，从而提高单桩承载力，减小沉降。因为该技术在不同地区、不同土层作用效果差别较大，砂石层渗透效果明显好于粘土层，现场注浆参数选择、施工条件、工程技术人员经验等因素也十分关键，所以在施工前技术人员应进行充分的研究和试验，测试其实际效果。

1钻孔灌注桩

钻孔灌注桩使用的护壁泥浆稳定液一般由水、黏土（膨润土）和外加剂按比例掺配组成，常用的添加剂主要有碳酸钠、石棉、羧甲基纤维素（CMC）、干锯末、聚丙烯酰胺絮凝剂等一些纤维质物质，泥浆的比重是在4℃时同体积水与泥浆的重量之比。钻孔灌注桩在进行钻孔施工的时候，由于需要钻孔的土层比较松散（或者打孔时扰动了钻孔周围的土体，又或者土体的自稳能力比较弱），造成桩周土层在土压力的作用下，向孔内塌孔，若不采用泥浆护壁，桩孔周围的土体就会跌入钻孔内，造成堵塞，无法成孔。泥浆对孔壁的静压力以及在孔壁上形成的泥皮可以有效地防止孔壁坍塌或剥落，并维护成形的孔壁。

2边坡支护方案选型

依据《建筑边坡工程技术规范》（ＧＢ50330—2013）以及《土工合成材料应用技术规范》（ＧＢ／Ｔ50290—2014）等规范，格构式锚杆支护方案主要用于挖方边坡，用于填方边坡支护方案主要形式有坡率法、加筋土挡墙、圬工结构挡墙及桩板挡墙等。其中坡率法适用于坡顶无重要建（构）筑物，场地有放坡条件，但项目要求支护结构尽可能占地空间小，同时坡顶存在建（构）筑，故坡率法支护方案不可行。加筋土挡墙主要有施工简单、造价低等优点，在工程中广泛运用，但工程要求的筋带长度较长，需要较大水平空间，与支护结构需满足占地空间小相矛盾。圬工结构挡墙施工方便快捷、经济较好，但对地基承载力要求较高。桩板挡墙支挡结构可垂直支护需要的水平空间小，适用周边环境要求严格工况，但上部悬臂较大，导致桩结构刚度要求大，其经济性差。场地地基是深厚软弱土（填土），同时要求边坡支护的支挡结构需满足占地空间小、工期短、经济性好。根据以上的边界条件，选用圬工结构衡重式挡墙，地基持力层不满足要求，需通过挡墙底设置灌注桩进行地基处理，同时承台梁连接挡土墙和灌注桩。

3灌注桩在填方边坡挡墙地基中的应用

3.1建立孔壁稳定性的力学分析模型

根据相关研究表明孔壁稳定性与成孔后灌注的桩基的竖向承载力紧密相关，而且会直接关系到施工能否正常进行，如果孔壁稳定性出现问题，有可能会威胁到施工人员的安全。但是孔壁的稳定性和多种因素有关，主要从孔径、孔深、地下水位及泥浆容重等客观因素出发，通过有限元数值分析软件分析上述因素对孔壁稳定性的影响，模拟泥浆护壁，确定泥浆防塌孔的合理参数，为二堡路特大桥桩基施工提出指导。

3.2边坡支护结构受力分析

采用灌注桩承载的挡墙结构受力体系及荷载传递模式，不同于传统挡墙结构，其涉及到挡土墙与灌注桩之间的相互作用及灌注桩水平受荷的作用。挡土墙和灌注桩之间采用承台梁进行连接，挡墙承台梁交接处采用凿毛处理措施，灌注桩嵌入承台梁0.10ｍ，其连接方式按铰接考虑。由于挡墙与承台梁连接处未设置钢筋，衡重式挡墙在土压力作用下产生的弯矩仅在挡墙范围内，未传递至承台梁和灌注桩上。而挡墙水平荷载由于是铰接，则传递至灌注桩上，这时灌注桩受到水平荷载，以满足挡墙的安全。

3.3边坡排水设计

由于水会使边坡土体增加自重，同时大幅降低土体的抗剪强度，故边坡的稳定安全和水的关系密切，因此，边坡设计应包括排除坡面水、地下水和减少坡面水下渗等措施。为了加大墙后填土的排水，在距离挡墙地面20ｃｍ处设置一排曲纹网状ＰＥ100硬式透水管，水平间距2.5ｍ，长度9.0ｍ。

3.4高边坡稳定性监测

对高边坡坡体开展监测可以分析边坡的变形发展趋势,预测坡体的变形,进而评价边坡的稳定性和防护结构的有效性。通过在高边坡布置测点开展现场监测,收集分析数据边坡的变形特征与规律,进一步确定坡体变形边界、变形方向,确定有可能产生的破坏形式,为有针对性地制定科学合理的边坡防护方案、有效控制坡体变形提供有力依据。根据公路高边坡坡体变形发展规律和特点,确定监测内容主要包括坡体变形及开裂、垂直方向滑动、水平方向滑动、防护结构受力与位移,以及受降雨、地震、气温和地下水影响产生的受力和位移情况等。公路高边坡坡体受力和变形监测方法主要有地质观测法、简易测量法、仪器仪表测量法、遥测法4种,其中地质观测法是通过日常巡查与检查的方式观测边坡坡体开裂、沉降、坍塌等变形和破坏特征;简易测量法主要是对边坡坡体大变形进行监测,通过布置简易测桩、标尺等,使用卷尺、游标卡尺对裂缝宽度进行监测;仪器仪表测量法是在边坡坡体变形初期或变形较小时开展的监测方法,主要通过在施工现场布置相应的仪器仪表,对边坡开裂、沉降、应力应变等进行监测;遥测法是借助全球定位系统(GPS)对边坡坡体变形和位移进行监测,主要在坡体发生快速边坡破坏时采用。通过现场位移监测,可以掌握边坡坡体的变形规律,对边坡的稳定性和支护结构的合理性开展评价。

3.5孔壁稳定性的力学分析模型结论

孔壁的土体受到的作用力有土体开挖卸荷产生的应力重分布和地下水产生的静水压力，还有孔内的泥浆或稳定液提供的静水压力。卸荷产生重分布的应力和地下水的静水压力等会导致孔壁坍塌，泥浆或稳定液提供的孔壁侧向压力会与导致孔壁坍塌的力平衡，来提供孔壁的稳定性。根据弹塑性力学的基本原理，结合二堡路特大桥钻孔灌注桩施工场区内地质条件，建立了孔壁稳定性的力学分析与评价模型，作为确定孔壁稳定性的弹塑性力学平衡条件与失稳评判依据。分析结果表明，①当孔径一定，孔深越大，桩孔横向变形也越大，特别是桩孔底部土层；当钻孔深度在15～20 m时，孔壁的横向位移较为明显，根据二堡路特大桥地勘钻孔资料显示在此深度范围内多为淤泥质粉土或粉土，抗剪强度差，在上部填方荷载压力影响下，土层横向变形大，这一深度范围为钻孔施工重点控制层；②当孔深一定时，增大泥浆比重，则孔壁的横向位移变小，说明泥浆比重加大能稳定孔壁；③当孔深较深时，地下水的静水压力对孔壁的影响较小。

结语

灌注桩受到较大水平荷载，桩的配筋和尺寸往往受其控制，因此，该受力体系应分别对挡土墙和桩基进行设计及验算。根据路基高填方土及河道沉积层的不同性质来选择合适的泥浆稳定液比重，并随施工进程持续控制，维持了钻孔孔壁土体力的平衡，减少了塌孔、漏浆等事件的发生，保证了施工质量及进度，顺利完成了施工任务。在这个过程中形成一套完整的施工技术和管理经验，从而掌握该领域的核心技术。

参考文献

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