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水泥土重力式支挡结构设计与施工

331 2021-05-25 14:37:23


一、工程概况

图门至延吉公路KO~K1km处,图门方向北侧山体下滑,滑动体将5m厚挡墙向前推移 0.5m,同时使路面扭曲破碎,不均匀下沉,100m左右路基本身参加滑移,至使山坡下方房屋墙体破裂废弃、坡脚标高处公路路面开裂,为防治滑移体继续下滑,避免发生伤亡事故,该路段必须重新设立支挡结构。

二、滑移体下推力计算

1.计算方法

根据地质报告,该路段滑坡为顺层滑坡,滑坡是沿着岩层斜坡面或软弱结构面滑动,山体上部为粉质粘土,下部为强风化泥灰岩,(软弱结构面),下伏砂砾岩。1995年夏季暴雨季节大量雨水不能及时排走,渗入坡体,引起岩土的重量增加,抗滑强度降低,从而导致滑坡; 当下推力大于挡墙底部的抗滑力时挡墙滑移,带动路基下部土体共同移动,路面扭曲开裂,因此治理该路段的首要问题是计算滑坡体的下推力大小,方向和作用点。下推力是指滑坡体向下滑动的力与岩土抵抗向下滑动力之差,又称为剩余下滑力。

当滑动面为已知情况时,可采用《建筑地基基础设计规范》中计算公式(1)。

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2. 反算法确定抗剪强度指标

按公式(1)逐段计算剩余下滑力,如果最后一段滑坡体的推力为零或为负值时,说明整个滑坡体是稳定的,如为正值,则不稳定,必须设置支挡结构。下推力的计算精度取

决于抗剪强度的指标的数值,而C、中值随温度、地表水的渗入量而变化,因此地质勘察报告提供的数值,仅仅反映在当时环境条件的土样试验结果,不能反映周围环境变化时最危险情况, 为避免挡墙再次发生滑移,找到最不利条件下的C、φ,特编制电算程序,利用反算法求解该值。

具体解法是编制下推力计算程序,先固定粘聚力C值,将内摩擦角φ值以△φ=1°的数值递减,计算下推力,直至正值为止。然后固定φ角的10个数据,将粘聚力C值以△C=2kpa的数值递减,计算下推力,至正值时为止,将出现下推力的C、φ值加权平均即得反算的滑动面上的C、中值,根据该解法,运用反算法的电算结果表明,当C=20kpa, ①=8° 时比较危险。该数值比地质报告给出的C=57kpa,φ=10°数值低。说明有夏季暴雨季节时,雨水渗入透水性强的疏松的土壤中,并继续下渗,而基岩表面界面处受阻并富集,该处土的含水量大幅度增高,土质变软,抗剪强度降低,最终导致滑移,因此确定最危险的状态指标是不发生第二次挡墙滑移的关键。

3.水泥土重力式支挡结构的设计

(1)水泥土重力式支挡结构平面布置

该事故发生的原因是滑动面下移到挡墙的底部,使底宽5m,上宽2m的挡墙顺层滑移,而强风化层的存在使滑动面下移成为可能。因此需选择可以嵌固在基岩中的挡墙解决此问题。采用深层搅拌桩组成重力式挡墙,将此支挡体系嵌固在下部基岩中,即可彻底解决滑动面下移问题,又可有效地隔绝地下水的渗流。

深层搅拌桩利用水泥作为固化剂通过深层搅拌将土与水泥强制拌合,经过物理化学反应硬结成有一定强度的水泥土排桩,其横断面采用格栅形结构,为保证水泥壁与土形成复合体,格子间的土体面积应满足下式(2)

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由地质报告知基岩承载力标准值为350kPa,因此满足要求。实验报告表明2水泥十桩取蕊试样的单轴无侧限抗压强度为22.6Mpa。同时满足σ <0.5q,的要求。水泥土桩的水泥掺入量13%,水灰比0.9。

4.水泥土支挡体系的施工

该体系是否可以达到设计要求取决于施工参数的选取,施工设备的能力。该工程采用天津探矿厂生产的深层搅拌钻机JBZ—2型。1997年11月首次工程试桩时,开挖检查实际桩径为0.35~0.45m,没有达到设计要求,分析原因是水泥泵的压力小,二是土中夹有砂砾,截面钻头磨损快,钻头叶片直径减小,成桩尺寸不能保证。第二次实验工程将自制的十字形钻头替换原厂家生产的螺施式钻头,同时将喷嘴直径及位置进行了相应地改进,这样保证了其具有较高的搅拌性,同时也大大地减少了钻进时的阻力,使水泥浆的射流状态喷至孔壁。其次是注浆压力与搅拌次数。注浆压力提高为2MPa,注浆搅拌经过下降、上升、下降三个单程。

1998年6月25日进行开挖检查,桩径均在中0.5m,两桩之间咬合0.1m,桩截面断裂后,观察搅拌情况,在可见段水泥搅拌均匀,单桩水平承载力20kN,达到设计要求。

施工的第三个难点是如何检测水泥土桩墙是否嵌固于基岩中,为切实解决此问题,进行现场二次勘察,确认滑动面为-6.2m。基岩顶板-8m,同时以深层搅拌钻机上的电流表数据控制,粉质粘土层电流表安培数值为15A左右。当钻进至风化层电流表逐渐升高,钻至9m左右电流表升至30A、40A以上,钻机蹩钻严重,此时确认该桩已进入基岩,可以提钻。

为检验支挡体系的工作状态,于1997年11月在原挡土墙错位处,砌石挡墙顶部内边缘放置七个观测点,用经纬仪,水准仪监测挡墙水平位移,沉降值。近十个月的观测数据表明,位移基本近似为零,公路沥青路面裂缝没有开展,基本稳定。