摘要:针对湖南某排桩挡土墙桩倾斜的情况,现场进行紧急处理,对倾斜的排桩经分析和动测确定其无断桩现象后,对其降级使用,在其后增加一排桩,使原桩仅承受新老两排桩之间的有限土体的土压力,并加固倾斜桩被动区,加强桩的嵌固条件。事实证明,该处理方法切实可行。
关键词:倾斜桩 卸载 加固
1、工程概况
湖南某特大企业的火力发电厂,场地标高123m,场地南面以挡土墙顶退后约5m的围墙外为当地一钢管厂土地,场地标高132m。
由于场地狭窄,原设计采用排桩挡土墙,桩径1.2m,桩距2.5m,为人工挖孔灌注桩,钢筋砼护壁。地面以上桩长最高9m,地面以下小于7m,嵌岩1m。桩顶冠梁截面1200×900,桩间靠近外侧240厚砖墙砌筑,表面水泥砂浆粉刷。由于场地地下水位低,未采取隔水措施。挡土墙竣工后,中段墙脚附近加了一条地下电缆隧道,电缆隧道基坑深4m。电缆隧道上拟建一条4m宽消防通道。挡土墙顶内侧有一条电缆沟,沟一面以墙顶冠梁为壁,另一面为砖砌体,内有重要工业电力电缆,绝对不允许断电。距挡土墙顶外侧约6m是两个水池,水池深约4m,由于使用问题常有水溢出并常年漏水。
2、地质情况
场地原始地貌属剥蚀残丘,略呈北高南低态势,勘孔内未见地下水,土层从上至下为(孔口标高132.2m):
人工填土层:褐色或杂色,干~稍湿、稍密状态,层厚0~3m;含砾石粘土:褐黄~褐红色,硬塑状态,层厚8~14m;粘土:褐黄~棕红色,饱和,硬塑状态,层厚约2m;含角砾粘土:棕红色,饱和,可塑~软塑状态,层厚约4m;灰岩:青灰~灰白色,中等风化。
3、事故现象
事故发生后,笔者应邀迅速前往参与处理,在现场从挡土墙下可看到,桩间墙开了大量通长斜裂缝,部分桩间墙与桩相接处开有从上至下的竖直通长裂缝,缝宽20~40mm,墙根部砌体有两处已完全塌落形成墙洞,孔口内土体涌出,桩体地上部分除有两处粉刷层开裂外,未见明显破坏。整个挡土墙中段向外倾斜,经现场简单测量,桩顶最大位移约1m。桩顶冠梁在转角处附近应力集中导致外侧面完全压碎,顶面可见斜裂缝贯穿截面。
在挡土墙顶上可看到,墙顶围墙向挡土墙方向倒下,围墙后至水池间土体大面积塌陷,并有裂缝,最宽处缝宽达500mm以上。挡土墙内侧面的电缆沟砖砌体壁已倒塌,其上的4条电缆被埋入土中,固定于冠顶梁侧的3条电缆仍挂在梁上。坡顶两根已废除的水泥电线杆严重倾斜。
4、紧急措施
由于挡土墙变形较大,且变化速率很快,周边环境出现了沉降和开裂,当时正逢雨季,如天气起变化,破坏继续加剧,可能引起倒塌或严重破坏。同时坡顶的电缆如被损坏,将引起严重的停电事故,导致生产停产,甚至人员伤亡。情况比较危急,立即采取了应急措施,这些措施有:
(1) 临时加固,立即征调毛石堆积于墙脚被动区,堆高3m;
(2) 墙顶卸载,挖去挡土墙顶内侧主动区土,深度3m;
(3) 抽除墙顶水池内的水,防止水对墙后土的继续浸润;
(4) 在墙上设置监测点观察墙体的发展。
采取以上措施后,基本已控制了墙体的变位,为下一步设计争取了时间,创造了安全的施工条件。
5、原因分析
根据现场破坏情况,笔者通过定性分析,认为排桩倾斜的主要原因有以下几点:
(1) 由于墙脚电缆隧道开挖时比较靠近桩,被动区原状土换成了人工填土,墙脚的被动土压大幅度降低,桩嵌固作用减弱,抗倾覆力矩降低。
(2) 墙上按设计留有排水孔,但墙后的土为原状土,孔内未采取有效的滤水措施,排水不理想。此外,地勘时为枯水季节,土的内摩擦角φ和粘聚力c值较大,但由于雨季或坡顶水池漏、溢水,设计未采取隔水措施,在排水不畅的情况下,墙后粘性土在浸水后,其φ值降低,c值为0,同时产生水压力,墙后主动土压力大幅度增大,倾覆力矩增大。
(3) 按照参考文献,桩间距一般不大于1.5D(D为桩径),在地下水较低地区,中心距可稍大,但不宜超过2D,而本工程桩距2500mm,稍大于2倍桩径,安全储备较小。
在上述原因的共同作用下,桩的倾覆力矩大于抗倾覆力矩,桩根部发生小角度转动,墙顶土体沉降开裂,导致土体结构破坏而进一步加大主动区土压力,使挡土墙破坏速率变快,出现严重险情。
六、加固处理
采取了临时应急措施后,组织了有关人员讨论加固方案,提出了3种方案:最终采用笔者提供的方案,即墙顶卸载后,在现有墙后3m处,补挖一排桩,冠梁顶面低于现有挡墙顶3m,上砌3m重力式挡土墙,新老桩之间减载的土不再回填,形成了分段挡土墙。墙间表面用混凝土作地坪并设排水沟。新桩达到80%强度后,墙脚的临时加固毛石顶面降低至原设计消防通道标高以上1m,其上作0.5m厚刚性路面与原挡土墙紧密结合,该段拟建消防通道抬高1.5m并以6%斜坡与原路面相接,这样原桩有效嵌固深度比原设计加高了1.5m,老墙仅承受4.5m高,3m宽的有限土体的侧压力,原桩被降级使用。此外还采取了坡顶水池作防水处理;桩间墙用顶面0.5m宽,墙面垂直,墙背与现有桩斜度相同的片石砌体代替,消除现有挡墙的危险感;加强对墙体及周围设施的监测等一系列措施,该方案施工周期不长,同时利用了部分临时加固措施,较为经济。
现该项目已竣工,根据监测数据,加固措施效果可达到设计要求,证明处理是成功。
七、结语
(1) 支挡结构作为永久性结构时,在设计时应注意地勘报告中的勘察条件,考虑气候和墙顶、墙脚区域使用性质等因素变化引起场地的水文、土质变化,原有参数发生变化,甚至计算公式不再适用。对于其它类似的地基基础设计时也应注意这一点。
(2) 地下设施定位和施工时,必须首先查明周围现有构筑物、设施、地下管线等隐蔽工程的分布和使用、受力条件,并和有关专业充分协商,切不可盲目施工或设计。
(3) 对边坡、挡土墙等支挡结构,必须重视施工及使用期间的监测工作,严格按有关规范规定的方法、项目、时间进行监测,发现安全隐患及时处理,避免小隐患变成大险情甚至酿成灾难,同时,处理难度和费用也将成倍甚至几十倍、几百倍增加。