摘要：桩基挡土墙是指在公路设计中由于挡墙下地基土覆盖层过厚且地基承载力不足，为避免将挡墙置于不稳定的土层上，或避免挡墙基础埋置太深，采用桩基础上设置承台，并将挡土墙设在承台之上，使挡墙获得足够的稳定性和承载力的一种路基支挡构造物。桩基挡土墙在目前国省干线公路水毁修复和灾害防治工程中得到大量应用，能够彻底解决高填方滑坡、坍塌地质灾害的处治难题。通过对我局已实施的国道 212 线桩基挡墙路段使用情况进行监测，发现桩基挡墙对治理高填方路段的滑坡灾害效果非常明显，处治路段的路基路面稳定，避免了采用常规措施处治后路面再次下沉的问题。
关键词：桩基挡土墙 高边坡滑塌 地质灾害处治 应用
引言
边坡是岩体、土体在自然重力作用或人为作用而形成一定倾斜度的临空面，为保证路基稳定性，在路基两侧做具有一定坡度的坡面。在边坡支挡结构中，重力式挡土墙长期占有主导地位，但重力式挡土墙施工进度较慢，其大截面在石料缺乏、地形困难的地区，应用取材很不方便。当前，新型的支挡结构应用于边坡支挡结构中已经成为必然趋势。
1.桩基挡土墙的特点
桩基托梁挡土墙的特点是扩大了一般圬工式挡土墙的使用范围，当地表覆盖为松散体，地表稳定性较差时，采用桩基托梁挡土墙可将基底置于稳定地层中，以节约上部挡墙截面，节省圬工，同时节约了大量的资金既能增加路基强度，又能收缩坡脚，而且基础工程量小，便于施工。防止填土或山坡土体坍塌、滑移，支撑或加固路基并使其保持稳定。
2.桩基挡土墙施工要点及工艺流程
桩基挡墙施工的重点部位是桩基础，施工要点主要有：
（1）成桩桩位：护筒埋设后钻孔前应用全站仪复测桩位是否符合设计要求，偏差值是否符合设计及验收规范的标准，如不符合须拔除护筒重新埋设，使之符合验收标准。
（2）泥浆比重：钻孔护壁泥浆的比重采用泥浆比重仪测量。在钻孔过程中随时观察泥浆变化，勤测泥浆比重，发现土质有变化时应及时调整泥浆的比重。
（3）灌砼成桩：导管插入钢筋笼中时应保证其垂直度和在钢筋笼的中心位置，防止导管倾斜和偏心使其在提升导管时因导管接头勾住钢筋笼而造成浮笼或埋管的质量事故。在灌砼成桩过程中勤测砼面的上升高度，根据测量数据确定导管提升长度。一方面，防止因导管埋入砼中的深度过深拔不起来而造成埋管；另一方面，防止因提升长度过大使导管埋入砼中的深度不够或脱离砼面而造成断桩的质量事故。施工工艺流程：挡墙桩基础—承台（托梁）—挡墙墙身—墙背回填，其中桩基础采用钻孔灌注桩。
图 1 钻孔灌注桩施工工艺流程图
3.桩基托梁挡土墙结构设计计算
3.1衡重式挡土墙土压力计算
桩基托梁挡土墙中的土压力计算与一般的衡重式挡墙计算一样，采用考虑第二破裂面的库伦土压力计算。将衡重式挡墙中的上、下墙先分别进行土压力的计算，不考虑其相互的作用影响，然后再将其矢量和作为全墙的土压力。根据所得土压力情况，根据相关规范的要求进行挡墙的截面尺寸设计。桩基托梁挡墙中，一般桩基只考虑解决挡墙的承载力不足问题，而挡墙自身的倾覆稳定性、截面强度等均由挡墙自身截面保证。所以采用的挡墙截面尺寸必须满足挡墙的抗倾覆及墙身截面强度的要求。
3.2托梁的结构计算
由于挡墙托梁一般呈条形布置，所以可以根据将桩基作为支座，根据桩基的布置情况将其简化为连续梁或两端悬出的简支梁进行计算。托梁与挡墙基础底面连接，故应将挡墙自重、墙背土压力、第一破裂面与第二破裂面之间土体的自重等外力均向托梁中心简化。最终简化为作用在托梁支撑线处的N，Mn，Ex：
式中：N―作用于托梁顶面支撑线的竖向合力；
Mn―作用于托梁顶面支撑线的弯矩；
Ex―用于托梁顶面支撑线的合力；
Ea1―上墙所受的土压力；
Ea2―下墙所受的土压力。
考虑到托梁底面下的土层强度不高且容易受到施工的扰动，在进行托梁的结构计算时可忽略土层地基反力对托梁的支撑作用。在此基础上结合桩基的布置情况，将整个结构体系简化为由固接支座支撑的连续梁，其中各支座的支反力即为桩基的桩顶荷载。
3.3桩基的结构计算
通过对托梁的受力计算，所计算得出的支反力实际就是桩顶受力。一般情况下，均认为挡土墙所承受的所有水平推力、竖向压力及弯矩均由托梁全部传至桩基。若桩顶全部埋置于稳定地层内，则可作为“全埋桩”直接进行桩基础的受力计算；若桩顶悬空（外侧一定长度内的土层不能提供有效土反力，尚需考虑悬臂段桩背所承担的土压力，如此桩的结构计算则类似桩顶有外力的“桩板墙”结构。由于悬臂桩受力复杂，且悬臂段所承担的土压力对桩基结构及控制桩顶变位极为不利，一般情况下若条件允许均应考虑采用“全埋桩”。
在明确了桩顶荷载和结构形式后，并将受力简化至桩基锚固段顶面，然后采用基于弹性地基梁理论的“m”法或“K”法进行桩身的稳定性和结构计算。一般情况下，挡墙桩基均考虑采用端承桩，同时此种结构形式下桩基竖向承载力一般均能满足要求，所以桩基托梁设计中，桩基的结构计算主要在于对桩水平承载能力的分析。
4.施工体会
桩基挡墙施工的技术关键是水下混凝土灌注，通过现场施工，桩基础水下灌注混凝土常见问题包括四类，其原因及处理方法如下：
（1）导管进水。主要原因：首批混凝土储量不足或导管底口距孔底间距过大，混凝土下落后不能埋住导管底口以致泥水从底口进入。处理方法：将导管提出，将散落在孔底的混凝土拌合物用空气吸泥机清除，重新灌注。
（2）卡管。主要原因：初灌时隔水栓卡管或由于混凝土本身的原因如坍落度过小，流动性差、粗骨料过大、拌合物不均匀产生离析等造成堵塞。机械发生故障及其他原因使混凝土在导管内停留时间过长，或灌注时间持续过长，最初灌注的混凝土已经初凝，增大了管内混凝土的下落阻力使混凝土堵在管内。另外，混凝土灌注导管内外压力差不够也造成卡管。处理办法：拔管、吸渣、重灌。预防措施：准备备用机械、掺入缓凝剂，做好配合比，改善混凝土的力学性能。
（3）钢筋笼上浮。主要原因：由于 Φ1000 钻孔灌注桩桩径较小，如果清孔结束后孔内泥浆比重较大，就会产生很大浮力使钢筋笼上浮；砼浇灌过程中灌注速度过大也会造成钢筋笼上浮。预防措施：清孔结束后，要严格控制泥浆比重，水下砼浇筑时要控制灌注速度不宜过快，同时在钢筋笼顶端沿周长焊接 6 根 Φ22 钢筋，一端与钢筋笼焊接，一端焊与钻机机座上，防止钢筋笼上浮，同时控制钢筋笼底标高。
（4）砼顶面下沉。主要原因：砼灌注时速度过快或孔内砼面上升过快，导致砼内部气泡无法排出。当砼灌注结束后一段时间，由于砼内部气体外排造成砼表面下沉。预防措施：严格控制砼的浇筑速度，拔导管时须留 1.5-4M 导管埋于砼内，浇筑结束后等待 30 分钟后未发现砼表面下沉方可移动钻机。
5.结语
桩基托梁挡土墙结构在山区高等级公路、铁路的建设中有极强的适应能力，该结构一方面充分利用了重力式挡墙施工工艺简单、就地取材投资节约的优势，另一方面利用桩基结构解决了重力式挡墙对地基承载力要求高的缺点拓宽了该结构的适用范围。结合实际工程的经验，桩基托梁挡土墙结构与桥梁方案相比具有十分显著的经济优势。
参考文献
[1]李海光.新型支挡结构设计与工程实例[M].北京：人民交通出版社，2014.
[2]张敏.托梁挡土墙设计理论与工程应用研究[D].成都：西南交通大学，2017.
[3]高志辉.桩基托梁挡土墙力学作用机理试验研究与数值分析[D].成都：四川大学，2015
论文作者:罗来华
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/13
标签：桩基论文; 挡墙论文; 挡土墙论文; 导管论文; 结构论文; 混凝土论文; 钢筋论文; 《建筑学研究前沿》2018年第4期论文;