陸 群

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,湖北武漢 430063)

1 概述

鐵路車站采用線下式站房設(shè)計(jì)時(shí),站房場(chǎng)坪比車站基本站臺(tái)低,高程上相差高達(dá)幾米或十幾米,而平面上一般僅有幾米的水平距離。同時(shí),為方便旅客上下站臺(tái),站房與站臺(tái)之間設(shè)置有電梯、樓道、雨棚立柱及各種管線等結(jié)構(gòu)物,要求基本站臺(tái)靠站房一側(cè)邊坡近于直立,因此需對(duì)站臺(tái)進(jìn)行擋護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

結(jié)合站臺(tái)高度、地基條件、填料類型、站內(nèi)結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)的要求、施工水平及周邊環(huán)境條件等,站臺(tái)的擋護(hù)設(shè)計(jì)采用重力式擋土墻、懸壁式擋土墻、扶壁式擋土墻、加筋土擋土墻、樁板式擋土墻及樁基擋土墻等結(jié)構(gòu)形式。其中,加筋土擋土墻具有結(jié)構(gòu)輕型、施工簡(jiǎn)便、美觀經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn),在工程應(yīng)用中越來越廣泛。

2 工程概況

宜萬鐵路宜昌東站位于宜昌市伍家崗城東大道、沿江鐵路、東站路合圍的區(qū)域,距宜昌市中心區(qū)約10 km。宜昌東站作為宜昌市標(biāo)志性建筑,既是長(zhǎng)江三峽地區(qū)最大的火車站,也是宜昌市重要的交通中心。車站共9道5個(gè)站臺(tái),其主站房設(shè)計(jì)新穎、高大雄偉,工程難度大,技術(shù)復(fù)雜,為宜萬鐵路全線七大控制性工程之一,于2009年建成完工。

宜昌東站主站房位于站臺(tái)及線路的南側(cè),按照車站日最高聚集人數(shù)5 000人標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),鐵路客運(yùn)用房建筑面積31 440 m2。結(jié)合地勢(shì)條件,根據(jù)車站站臺(tái)、股道與城東大道近15 m的高差采用了“下進(jìn)下出”的交通流線組織,方便交通流線轉(zhuǎn)換。主要功能區(qū)大致分為三層：最上層為站臺(tái)層,中層為出發(fā)到達(dá)層,與站臺(tái)層相差8 m,最下層為交通轉(zhuǎn)換層,與站臺(tái)層相差達(dá)15 m。

按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求,站臺(tái)層與到達(dá)層之間設(shè)計(jì)有進(jìn)站地道、上下樓梯等,站臺(tái)邊坡應(yīng)垂直設(shè)置,到達(dá)層與交通轉(zhuǎn)換層之間可適當(dāng)放坡填筑,但到達(dá)層處附近分布有管線,應(yīng)預(yù)留管線通道。

3 工程地質(zhì)條件

區(qū)域內(nèi)丘坡與谷地相間,丘坡自然坡度20°～35°,植被較發(fā)育,谷地相對(duì)開闊,部分辟為水田,多為民房及道路。站房地段地層從上至下依次為人工填土,黃褐色,厚0～5 m；第四系上更新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)黏土,紅褐色—紫紅色,軟—硬塑,厚1.5～8.0 m；下部夾有淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土,灰黑色,流—軟塑,厚0.5～6.0 m；下伏基巖為白堊系粉砂巖,水平產(chǎn)狀,紅褐色—紫紅色,全風(fēng)化—弱風(fēng)化。地基土的地層巖性及其主要指標(biāo)見表1。

表1 地基土主要指標(biāo)

4 擋護(hù)工程設(shè)計(jì)

4.1 加固方案選擇

地形地質(zhì)條件、站臺(tái)高差大、地基軟弱、站臺(tái)與站房之間空間狹窄等因素,引起站臺(tái)擋護(hù)困難。如何解決好高站臺(tái)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定、地基深層穩(wěn)定等問題,是工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。

深部地基為粉砂巖弱風(fēng)化層,在站臺(tái)側(cè)直接采用樁板式擋土墻時(shí)(樁上設(shè)錨索支點(diǎn)),由于懸壁段太長(zhǎng),樁的錨固深度大,且樁上錨索無合適的錨固層,樁板式擋土墻的整體穩(wěn)定性差。采用樁基擋墻方案時(shí),上部須垂直設(shè)計(jì)擋墻,墻高約8 m,擋墻及承臺(tái)尺寸大,工程量大且施工困難。經(jīng)過綜合分析,結(jié)合地基軟弱及站房設(shè)計(jì)分層的特點(diǎn),選用粉噴樁加固,到達(dá)層以下邊坡采用放坡填筑,并設(shè)鉆孔灌注樁進(jìn)行側(cè)向約束,到達(dá)層以上采用加筋土擋墻支護(hù),局部設(shè)管道地段采用懸壁式擋墻收坡。

設(shè)計(jì)方案較好地結(jié)合了周邊環(huán)境、結(jié)構(gòu)要求等條件,綜合優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：(1)不僅對(duì)軟土地基進(jìn)行固化,并增設(shè)側(cè)向約束樁,限制了基礎(chǔ)的側(cè)向變形,保證了下部基礎(chǔ)整體穩(wěn)定。(2)上部設(shè)加筋土擋土墻,填料內(nèi)布筋、墻面設(shè)置較為靈活,可與地道、站內(nèi)立柱等結(jié)構(gòu)物有機(jī)結(jié)合。(3)加筋土擋土墻為輕型結(jié)構(gòu),對(duì)基礎(chǔ)承載要求相對(duì)較低。(4)可分段分層施工,便于施工組織管理。(5)經(jīng)濟(jì)性較好。

4.2 地基穩(wěn)定性加固

根據(jù)宜萬鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求,路基工后沉降控制值：正線為ΔS≤20 cm,沉降速率<5 cm/年；橋路過渡段ΔS≤10 cm。最小穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.15～1.25。

區(qū)域內(nèi)丘坡與溝谷相間,谷地內(nèi)地表分布軟土,且軟土底部大多為斜基底,對(duì)路基穩(wěn)定性影響較大,為控制路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)軟土的分布范圍、厚度、工程特性等,對(duì)薄層軟土主要采用挖除換填,對(duì)較厚層軟土主要采用粉噴樁加固,粉噴樁樁徑0.5 m,樁間距1.2～1.5 m,三角形布樁,樁體材料采用普遍硅酸鹽水泥,要求樁體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1 000 kPa。

由于軟土層相對(duì)較厚,上部填筑土及結(jié)構(gòu)物高達(dá)15 m,單獨(dú)采用粉噴樁加固軟土難以滿足路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求。在下部邊坡處增設(shè)鋼筋混凝土鉆孔灌注樁,樁徑1.25 m,縱向樁間距3.0 m,樁長(zhǎng)13～16 m。根據(jù)穩(wěn)定性檢算和下部地層確定,同時(shí)深入粉砂巖強(qiáng)—弱風(fēng)化層不小于5.0 m。

宜昌車站站臺(tái)擋護(hù)斷面設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 宜昌東站站臺(tái)擋護(hù)斷面設(shè)計(jì)(單位：m)

4.3 加筋土擋土墻設(shè)計(jì)

加筋土擋土墻除要求墻底基礎(chǔ)滿足地基承載力要求外,還需進(jìn)行內(nèi)部穩(wěn)定和外部穩(wěn)定性分析。內(nèi)部穩(wěn)定檢算按施工、有荷載和無荷載等工況進(jìn)行,要求全墻和單面板的抗拔穩(wěn)定系數(shù)均不小于2.0,外部整體穩(wěn)定系數(shù)不小于1.25。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求,對(duì)加筋土擋墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,結(jié)合加筋土結(jié)構(gòu)方面的科研成果和工程經(jīng)驗(yàn),在站內(nèi)到達(dá)層和交通轉(zhuǎn)換層之間設(shè)包裹式加筋土擋墻,墻高8.2 m,墻面坡率1∶0.05。加筋材料采用TGDG-100型高強(qiáng)度經(jīng)編土工格柵,幅寬1.15 m,其極限抗拉強(qiáng)度為100 kN/m,相對(duì)應(yīng)的拉伸應(yīng)變量<10%,與填料間似摩擦系數(shù)f′=0.3?？紤]材料蠕變、材料老化等因素，取設(shè)計(jì)容許抗拉強(qiáng)度為20 kN/m(相當(dāng)于應(yīng)變量2%時(shí)的抗拉強(qiáng)度,約為極限強(qiáng)度的1/5),土工格柵縱向搭接,設(shè)計(jì)采用的有效幅寬為1.0 m。

拉筋設(shè)計(jì)長(zhǎng)度8.0 m,上下層間距0.3 m,用騎馬釘按縱橫間距1.0 m固定在碾壓密實(shí)的填土面上。在墻面處采用土工格柵包裹袋裝砂夾卵石土回折,長(zhǎng)度不小于2.8 m(頂部?jī)蓪?.8 m),回折反壓長(zhǎng)度不小于2.0 m,回折疊合處用專用塑料連接棒逐孔縫合。

加筋土擋墻墻面板采用整體式C25鋼筋混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑,厚0.2 m,內(nèi)置鋼筋網(wǎng),面板下地基部分換填后,設(shè)混凝土條形基礎(chǔ)。擋土墻墻面板、帽石及基礎(chǔ)每隔10 m左右設(shè)一道伸縮縫,縫后沿墻底至墻頂鋪無紡?fù)凉げ?。整體墻面與加筋土體的連接采用預(yù)埋20 mm錨桿,橫向間距1.0 m,豎向間距0.6 m,錨入土體內(nèi)的錨桿表面采用防銹漆、熱瀝青汁、麻筋纏緊等進(jìn)行防腐處理。

為增加加筋土擋墻墻面基礎(chǔ)強(qiáng)度,基底部分換填碎石土后,設(shè)混凝土基座,頂寬0.6 m,高0.6 m,采用C15混凝土現(xiàn)場(chǎng)澆筑。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求,在墻頂處高混凝土帽石,整體墻面錯(cuò)設(shè)置泄水孔,擋墻頂面鋪設(shè)土工格柵范圍內(nèi)夯填石灰土封閉層,厚度不小于0.2 m。

4.4 局部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)預(yù)留管道鋪設(shè)空間

根據(jù)站房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求,部分地段在到達(dá)層須預(yù)留管道鋪設(shè)空間,在側(cè)向約束樁與加筋土擋土墻之間采用C30鋼筋混凝土懸臂式擋墻收坡,墻高2.5 m,外墻面坡率1∶0.05,墻前及墻頂?shù)孛娌捎脻{砌片石封閉(如圖2所示)。

圖2 到達(dá)層預(yù)留管道鋪設(shè)空間斷面設(shè)計(jì)(單位：m)

(2)與地道結(jié)構(gòu)物的連接

車站內(nèi)在到達(dá)層的站臺(tái)下布置有行包地道、進(jìn)站和出站地道等結(jié)構(gòu)物,加筋土擋土墻與地道連接處設(shè)沉降縫,以適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)物的沉降差異。地道上部設(shè)高2～4 m的加筋土擋墻,并保證站臺(tái)頂面的平整一致。

5 施工要點(diǎn)

5.1 施工工序

根據(jù)結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定性要求及各結(jié)構(gòu)物的相互影響等,站臺(tái)擋護(hù)施工工序如下：①地基處理；②地道結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)(蓋板箱涵)及站房基礎(chǔ)施工；③到達(dá)層以下分層填筑；④側(cè)向約束樁的施工；⑤站房、地道施工、懸臂式擋墻施工及管線預(yù)埋；⑥加筋土擋墻施工。在上一道工序完成、達(dá)到強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn),且檢測(cè)滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)定后,才能開始下一道工序的施工。

5.2 加筋土擋墻施工

土工格柵材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)按相關(guān)規(guī)范規(guī)定分批進(jìn)行材料試驗(yàn),不合格產(chǎn)品禁止使用。各層加筋鋪設(shè)前,應(yīng)先填土夯實(shí)至加筋所在高程,且自面板向后逐漸升高,使筋帶尾部比前端高0.1 m,鋪設(shè)格柵加筋帶時(shí)應(yīng)展平、伸直,縱肋方向垂直于墻前沿線。填土前應(yīng)設(shè)法張緊,使之產(chǎn)生一定的伸長(zhǎng)量后用“U”形騎馬釘固定,騎馬釘?shù)牟荚O(shè)間距以不大于1.0 m為宜。施工中應(yīng)保證土工格柵拉筋完整連續(xù)無破損。

填料應(yīng)嚴(yán)格分層壓實(shí),分層厚不超過0.3 m,壓實(shí)方式可采用振動(dòng)式壓路機(jī)或重型碾壓機(jī)械充分碾壓,壓實(shí)密度應(yīng)滿足路基規(guī)范要求,墻體部分細(xì)粒土的壓實(shí)系數(shù)不應(yīng)小于0.9。

墻體填料不應(yīng)含有粒徑大于10 cm的碎塊石。鋪填料時(shí),卸料機(jī)具與整體墻面板距離不應(yīng)小于1.5 m,機(jī)具不得在未覆蓋填料的筋帶上行駛,嚴(yán)禁沿拉筋方向推土。

較重型的碾壓機(jī)械距整體墻面板距離不應(yīng)小于1.5 m,墻面板后1.0～1.5 m范圍內(nèi)及地道附近采用小型機(jī)械壓實(shí)或用人力夯實(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度,禁止使用羊角碾。碾壓順序?yàn)椋豪钪胁俊膊俊安俊?/p>

加筋土擋土墻施工時(shí),加筋包裹體墻面在設(shè)計(jì)邊

坡坡率基礎(chǔ)上再預(yù)留2%的后仰坡,確保面板在工程完工后具有1∶0.05的胸坡坡率,嚴(yán)禁面板前傾。

在加筋土擋土墻墻體施工過程及后期應(yīng)加強(qiáng)墻體變形觀測(cè),待加筋體自身變形完成后才能開始?jí)γ娼Y(jié)構(gòu)的施工,必要時(shí)加筋體填筑完成后在頂面進(jìn)行堆載預(yù)壓,以保證墻面與加筋體的有效結(jié)合。

5.3 鉆孔樁施工

樁施工前應(yīng)沿周邊做好截排水措施,并做好地下預(yù)留管線的預(yù)埋與保護(hù),避免樁施工完成后在樁體附近開挖,影響樁周土體的壓實(shí)效果。

鉆孔樁施工時(shí)應(yīng)平整場(chǎng)地,并保證樁體垂直,避免樁體傾斜,降低其側(cè)向抗力,同時(shí)應(yīng)在樁身強(qiáng)度達(dá)到70%以上時(shí),才能開始上部結(jié)構(gòu)施工。

樁開挖過程中,應(yīng)記錄和核對(duì)地層情況,并保證樁的最小嵌巖深度。盡量安排在旱季施工,并及時(shí)澆筑樁身。

6 結(jié)束語

宜昌東站站臺(tái)與站房場(chǎng)坪高差高達(dá)15 m,且地基軟弱,整體穩(wěn)定性差,站臺(tái)擋護(hù)難度大。經(jīng)綜合分析比選,結(jié)合地基表層軟弱、下部地基強(qiáng)度較高及站房設(shè)計(jì)分層的特點(diǎn),采用了粉噴樁處理軟基、到達(dá)層以下設(shè)鉆孔灌注樁加固、到達(dá)層以上采用加筋土擋墻支護(hù)的設(shè)計(jì)方案,將地基處理、側(cè)向約束與邊坡?lián)踝o(hù)有機(jī)結(jié)合,較好地解決了站臺(tái)擋護(hù)設(shè)計(jì),滿足站臺(tái)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。目前該站臺(tái)結(jié)構(gòu)已投入使用。

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[2]TB10025-2006 鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[3]GB50091-2006 鐵路車站及樞紐設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

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