某排桩挡土墙桩倾斜加固处理

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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。