摘 要：擋土墻是水利工程中廣泛采用的一種構(gòu)造物，可用以穩(wěn)定路堤和路塹邊坡，減少土石方工程量和占地面積，防止水流沖刷路基，并經(jīng)常用于整治坍方、滑坡等路基病害。文章對(duì)某水利工程擋土墻軟土地基加固設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：擋土墻設(shè)計(jì)；軟土地基；攪拌樁設(shè)計(jì)；攪拌樁計(jì)算；變形計(jì)算
中圖分類號(hào)：TV871 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000－8136（2012）06－0068－02
1 工程概況
某水利工程位于廣東省汕頭市，為灌排兩用的中型泵站，工程等別為Ⅲ等，建于1967年，防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇，設(shè)計(jì)流量18 m3/s，總裝機(jī)容量為1 960 kW。安裝7臺(tái)機(jī)組，5臺(tái)48ZL－87型和2臺(tái)28ZBL－70型立式軸流泵，配套電機(jī)單機(jī)功率分別為330 kW、155 kW，泵站承擔(dān)著64 km2農(nóng)田的排水和72 km2農(nóng)田灌溉任務(wù)。樞紐工程由進(jìn)水閘、前池、泵房、出水池、出水涵閘、引水涵閘和灌溉涵閘7部分組成。本次更新改造工程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：拆除重建進(jìn)水閘和前池，維修加固泵房、出水池、出水涵閘、引水涵閘和灌溉涵閘。
2 前池下游端擋土墻設(shè)計(jì)
前池下游端擋土墻由漸變段和直立擋墻段組成。漸變段長(zhǎng)12.0 m，底板頂高程－1.2～－3.2 m，兩側(cè)擋土墻采用鋼筋混凝土直線扭曲面，邊坡系數(shù)2.0，末端墻高8.3 m。直立擋墻段長(zhǎng)4.0 m，底板頂高程－3.2 m，兩側(cè)擋土墻為半重力式鋼筋混凝土擋墻，墻高8.3 m，底寬7.4 m。前池下游端擋土墻穩(wěn)定計(jì)算成果見表1。
根據(jù)地質(zhì)資料，前池?fù)跬翂Φ鼗试S承載力為95 kPa。由表1可看出，擋土墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)、基底應(yīng)力不均勻系數(shù)均滿足規(guī)范要求，但平均基底應(yīng)力大于地基允許承載力，最大基底應(yīng)力大于地基允許承載力的1.2倍，不滿足規(guī)范要求，需進(jìn)行地基處理。
3 前池下游端擋土墻地基處理
3.1 水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)
前池下游端擋土墻地基為黏土粉砂互層、壤土粉砂互層。由于工程地質(zhì)報(bào)告提供的天然地基土承載力較低，經(jīng)穩(wěn)定計(jì)算地基承載力均不滿足要求，故需要進(jìn)行地基處理。處理措施常采用換土法、強(qiáng)夯法、振沖碎石樁和水泥攪拌樁法等。由于工程區(qū)域地下水位較高，采用強(qiáng)夯法排水較困難，工期長(zhǎng)；振沖碎石樁的防滲性能差，對(duì)地基的穩(wěn)定不利；換土法也不適用，在最大換土深度以下?lián)跬翂A(chǔ)仍存在較厚的軟土層；水泥攪拌樁工藝較簡(jiǎn)單，適用范圍廣，經(jīng)綜合考慮推薦采用水泥土攪拌樁地基處理方案。
根據(jù)工程實(shí)際情況，擋土墻底部水泥土攪拌樁采用矩型布置，樁徑70 cm，樁長(zhǎng)10 m，樁間距1.2 m×1.2 m。樁頂設(shè)置褥墊層，褥墊層采用0.3 m厚、粒徑不大于20 mm的碎石。
3.2 水泥土攪拌樁計(jì)算
3.2.1 單樁豎向承載力計(jì)算
單樁豎向承載力特征值（Ra）應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定。初步設(shè)計(jì)按式（1）估算，是由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力，并應(yīng)同時(shí)滿足由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力小于（或等于）由樁身材料強(qiáng)度確定的單樁承載力，即式（2）的要求：
式中，fcu：與攪拌樁水泥土配比相同的室內(nèi)加固土試塊（邊長(zhǎng)為70.7 mm的立方體）在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90 d齡期抗壓強(qiáng)度，kPa；
η：樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，取0.3；
up：樁的周長(zhǎng)，m；
n：樁長(zhǎng)范圍內(nèi)所劃的土層數(shù)；
qsi：樁周第i層土的側(cè)阻力特征值，kPa；
li：樁長(zhǎng)范圍內(nèi)第i層土的厚度，m；
qp：樁尖地基土未修正的承載力特征值，kPa，取150 kPa；
α：樁尖天然地基土的承載力折減系數(shù)，取0.4；
根據(jù)以上公式，由式（1）計(jì)算單樁豎向承載力特征值為243 kN；由式（2）計(jì)算單樁豎向承載力特征值為288.7 kN；單樁豎向承載力特征值取243 kN。
為充分發(fā)揮樁間土的承載力和復(fù)合地基的潛力，應(yīng)使土對(duì)樁的支承力與樁身強(qiáng)度所確定的單樁承載力接近，通常后者略大于前者較為安全和經(jīng)濟(jì)。上述計(jì)算結(jié)果，由樁身材料強(qiáng)度確定的單樁承載力288.7 kN大于由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力243 kN，滿足要求。
3.2.2 復(fù)合地基承載力特征值計(jì)算
處理后的復(fù)合地基承載力特征值按以下公式計(jì)算：
fspk＝m・（Ra/Ap）＋β・（1－m）・fsk （3）
式中，fspk：復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值；
m：面積置換率，計(jì)算得m＝0.266；
Ap：樁的截面積；
fsk：樁間天然地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值，取100 kPa；
β：樁間土承載力折減系數(shù)，當(dāng)樁端土木經(jīng)修正的承載力特征值大于樁周土的承載力特征值的平均值時(shí)，可取0.1～0.4，取0.1；
Ra：?jiǎn)螛敦Q向承載力標(biāo)準(zhǔn)值，Ra＝243 kPa。
根據(jù)式（3）計(jì)算出復(fù)合地基承載力特征值fspk＝175.6 kPa，滿足擋土墻地基承載力要求。
3.3 復(fù)合地基沉降變形計(jì)算
豎向承載攪拌樁復(fù)合地基的變形包括攪拌樁復(fù)合土層的平均壓縮變形S1與樁端下未加固土層的壓縮變形S2。
3.3.1 攪拌樁復(fù)合土層的壓縮變形S 1按下式計(jì)算
S1＝（pz＋pzl）l/2Esp （4）
Esp＝mEp＋（1－m）Es （5）
式中，pz：攪拌樁復(fù)合土層頂面的附加壓力值，kPa，pz＝153 kPa；
pzl：攪拌樁復(fù)合土層底面的附加壓力值，kPa，pzl＝153 kPa；
Esp：攪拌樁復(fù)合土層的壓縮模量，kPa；計(jì)算得Esp＝71 683 kPa；
Ep：攪拌樁的壓縮模量，kPa，取Ep＝250 000 kPa；
Es：樁間土的壓縮模量，kPa，取樁長(zhǎng)范圍內(nèi)土的加權(quán)平均壓縮模量，計(jì)算得Es＝6 900 kPa。
由式（4）和式（5）計(jì)算得攪拌樁復(fù)合土層的壓縮變形S1＝21.4 mm。
3.3.2 樁端下未加固土層的壓縮變形S 2計(jì)算
壓縮變形S2采用分層總和法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式：
式中，s：地基總沉降量，mm；
φs：沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取1.1；
s′：按分層總和法計(jì)算的地基沉降量，mm；
n：地基壓縮范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；
P0：對(duì)應(yīng)于荷載長(zhǎng)期效應(yīng)組合時(shí)的基礎(chǔ)底面處附加應(yīng)力，kPa，取153 kPa；
Esi：基礎(chǔ)底面下第i層土的壓縮模量，MPa；
zi、zi－1：基礎(chǔ)底面第i層土、第i－1層土底面的距離，m；
、：基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至第i層土、第i－1層土底面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)。
經(jīng)計(jì)算，樁端下未加固土層的壓縮變形S2＝13.6 mm。復(fù)合地基沉降變形計(jì)算總沉降量S＝S1＋S2＝35 mm，滿足規(guī)范要求。
4 結(jié)束語
在水利工程中，擋土墻的應(yīng)用更為廣泛。擋土墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)地調(diào)查、勘測(cè)，確定構(gòu)造物的形式與尺寸，運(yùn)用合適的理論計(jì)算土壓力，并進(jìn)行穩(wěn)定性和截面強(qiáng)度方面的驗(yàn)算，采取合理、可行的措施，以保證擋土墻的安全性。
參考文獻(xiàn)：
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