靖泽文

（武汉市城市防洪勘测设计院，湖北武汉430014）

1 概况

武汉市巡司河位于武汉市武昌中心城区，巡司河综合整治一期工程是排水渠道与环境综合整治工程，处于华中科技大学武昌分校段，北起712研究所北面中泱桥，南至湖北工学院桥，全长1 527 m，起止工程桩号3+790～5+317。该段渠底宽25～40 m，渠底高程在15 m，施工期间渠道水面标高约18 m，渠道自然坡度40°～60°，部分渠道两侧有驳岸；渠道两岸地形相对平坦，最大相对高差约2 m，地面高程21.49～23.57 m。两侧建筑物密集，西侧主要为高校居住用地，包含712研究所、华科大武昌分校、湖北工学院等；东侧为李纸路，规划拟扩建；东南面为通惠桥村，规划纳入城中村改造范围。规划排水廊道控制宽80 m。

2 场地地质条件

根据实地勘察及试验结果，渠道地质变化较大，场区土层分布自上而下分为素填土，（2-1a）层淤泥质粉质粘土（Q4）l，（2-1）层粉质粘土（Q4a）l，（2-2）层粘土（Q4a）l，（2-3）层粉质粘土（Q4a）l，（2-4）层粉质粘土（），（3-1a）层粘土（Q），（3-1）层粘土 （Q3al+p）l，（3-2）层碎石土（Qel+d）l，（3-3）层粉质粘土（Qel+d）l，（4）层粉砂岩（K-E）。场区各土层物理力学指标建议值见表1所列。

3 设计思路

3.1 平面布置

设计渠道基本沿原渠线走势，在规划排水走廊范围内，对现有渠道流向转折处采取平曲线转弯，断面根据规划在原渠道基础上挖深拓宽。渠岸变断面处，以过渡段顺接，坡岸以扭曲面渐变段将断面岸线接顺，以保证渠道过流能力和水力流态稳定。

表1 场区各土层物理力学指标建议值一览表

3.2 断面设计

根据相关规划，排水廊道控制线宽80 m，渠道设计底高程为15.20 m，中平台高程为19.20 m，顶高程为22.50～23.00 m，高差高达7.3 m，直立驳岸高为4 m，渠顶设2～3 m宽人行步道；渠顶平台以上为斜坡方式与现有岸顶相接，坡宽7～13 m，坡面采用绿化生态岸坡，种植乔木、灌木和草皮。由于该工程范围内渠岸多为（2-3）粉质粘土层分布，该层地基承载力小，抗剪强度低，压缩模量小，局部存在淤泥质粉质粘土，地质较为复杂，两岸建筑密集，基坑开挖、支护难度大，基础处理复杂，因此该工程对渠道垂直驳岸挡土墙采用Ф800灌注排桩挡土墙。为保证渠底设计宽度，减小开挖面及周边建筑物的影响，对开挖条件有限，边坡地层地质差的渠道采用灌注排桩直立式驳岸形式，Ф800灌注桩排桩作为永久支挡结构，桩长11～22 m，桩距1.2 m，桩顶采用1 000×500冠梁将排桩连成整体，排桩挡土墙面层采挂Ф8@200（双向）钢筋网混凝土护面，喷射120 mm厚C20细石混凝土。为了阻止排桩挡土墙水平推力作用下产生较大变形，采取在排桩设计渠底用水泥搅拌桩进行基础处理，处理宽度10～13 m，深度3～5 m。断面形式如图1所示。

图1 Ф800灌注排桩挡土墙方案断面图（单位：mm）

4 灌注排桩结构计算

结构采用极限平衡法和弹性抗力法进行力学分析计算，以建筑基坑支护技术规程(JGJ 120-99)、混凝土结构设计规范(GBJ 50010-2002)、岩土工程勘察规范(GB 50021-2001)、建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002)和建筑桩基技术规范(JGJ 94-94)为主要编制依据。

4.1 计算公式

（1）土压力采用郎肯理论公式分层计算，计算公式如下：

式中：eaz，epz——深度z处的主、被动土压力标准值，kPa，eaz＜0时取eaz=0；

qz——主动侧深度z处由于超载引起的竖向土压力标准值，kPa；

paz、ppz——主、被动侧深度z处的由上覆土层自重引起的竖向土压力标准值，kPa；

z——计算点的深度，m,主动侧自坑顶起算，被动侧自坑底起算；

n——主动侧或被动侧计算点以上的土层数；

γi、hi——计算深度以上第i层土层的天然重度和厚度；

ka——主动土压力系数,ka=tan2（45°-ψk/2）,土水分算时应采用有效应力参数ψ’k计算；

kp——被动土压力系数,kp=tan2（45°+ψk/2），土水分算时应采用有效应力参数ψ’k计算；

Ck、C’k——计算深度处土的总应力、有效应力粘聚力标准值,kPa；

ψk,ψ’k——计算深度处土的总应力、有效应力内摩擦角标准值,（°）。

（2）采用弹性抗力法计算,被动区抗力eptk按下式确定：

被动区抗力合力应满足以下条件：

式中：eptk——按弹性抗力法计算的被动区抗力，kPa；

kh——水平向基床系数，按“m”法确定，kPa/m；

Δx——支护结构的水平位移，m；

Eptk——支护结构嵌入深度范围内被动区抗力合力（抗力反向时取绝对值求和），kN；

Ep——支护结构嵌入深度范围内的被动土压力合力，kN；

ktk——被动区抗力安全系数，对于悬臂结构，应不小于1.50；对于单支点结构，应不小于1.20；对于多支点结构，应不小于1.05。

（3）抗隆起验算：

对于采用支护桩、墙的边坡，如桩、墙底部仍有软弱土层，应按下式进行坑底抗隆起稳定性验算。

式中：klq——坑底隆起安全系数,不应小于1.80；

γa、γp——分别为主动侧、被动侧土层的加权平均重度；

ck、ψk——桩、墙底部土层的抗剪强度指标标准值；

Nq——承载力系数

4.2 计算结果

（1）对该工程范围内需要采用灌注排桩的护岸，根据岸线地层情况，分别选取桩号4+407.0段的右岸，4+210.6段的两岸及4+041.1段的两岸的断面进行计算，计算结果见表2所列。

表2 采用桩+被动区加固计算结果一览表

（2）粉喷桩被动区加固参数及技术指标：

a.C=70 kPa，Φ=0°。进行现场试验取得，同时试验可检验成桩效果。桩侧土水平抗力系数的比例系数m，土层（2-1a）或（2-3）层取5 000 kN/m4，素土或（2-1）层取6 000 kN/m4。

b.直径为500，粉喷桩加固区排间距取400 mm，桩间距取350 mm。

c.空孔段不做要求。喷灰段复喷复搅，每米喷灰量不少于55 kg。

d.计算中粉喷桩加固被动区进行了调整，具体为：

4+407断面：粉喷桩加固宽度10 m，加固厚度改为4 m；

4+210.6右岸断面：粉喷桩加固宽度13 m，加固厚度改为5 m；

4+041断面，取消粉喷桩加固区。

其余按加固宽度10 m，加固厚度3m处理。

（3）根据各地层分布情况，通过计算，钻孔灌注排桩结构处理形式分为以下几段：

a.桩号3+854～4+188段右岸、4+498.4～5+317段右岸及4+062～4+265段左岸的灌注桩桩长为19m，被动区加固区宽度为10 m，厚度为3 m。

b.桩号4+188～4+292段右岸的灌注桩桩长为22 m，被动区加固区宽度为13 m，厚度为5 m。

c.桩号4+292～4+498.4段右岸的灌注桩桩长为15 m，被动区加固区宽度为10 m，厚度为4 m。

d.桩号4+007～4+062段左岸的灌注桩桩长为11 m，可不采取被动区加固。

5 结语

在边坡设计中，由于周边用地情况、开挖条件及地质条件限制，常需选择开挖范围小、边坡稳定性高的护岸形式，灌注排桩挡土墙由于其适用条件广，可以很好地解决这种问题。在工程实施中，可根据不同地层情况采取不同长度及对被动区进行加固的形式来保证岸坡稳定，既节省工程投资，更能减少开挖范围，特别对城市市区住房建筑密集区，能大量减少拆迁，大大节省工程拆迁协调所需时间。用灌注排桩挡土墙解决有限开挖条件的岸坡稳定问题是保证工程顺利进行的一种有效工程措施。