王抒揚(yáng)

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

The Application of the Pile Foundation Barricade in the Abrupt Slope Foundation of Highspeed Railway

WANG Shuyang

樁基擋墻在高速鐵路陡坡路基中的應(yīng)用

王抒揚(yáng)

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

The Application of the Pile Foundation Barricade in the Abrupt Slope Foundation of Highspeed Railway

WANG Shuyang

摘要重力式擋土墻和樁板式擋土墻是兩種常見(jiàn)的鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于陡坡路基路堤側(cè)支擋工程，當(dāng)重力式擋墻的墻高、墻趾埋深或基底應(yīng)力等受控制時(shí)，常采用樁板墻進(jìn)行路堤支擋。但當(dāng)樁板墻懸臂端過(guò)長(zhǎng)，樁頂水平位移難以控制或不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可將兩者有機(jī)結(jié)合起來(lái)，形成樁基托梁重力式擋墻，可較為經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)路堤支擋的目的。結(jié)合某在建高速鐵路工程案例，詳細(xì)闡述陡坡路基樁基擋墻的設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞高速鐵路陡坡路基路堤支擋樁基擋墻

1工程概況

某新建高速鐵路設(shè)計(jì)時(shí)速350 km，雙線，無(wú)砟軌道。經(jīng)縱、橫斷面優(yōu)化選線，線路DK590+731.62～DK590+835段仍為陡坡路基。線路左側(cè)為深路塹挖方，右側(cè)路基放坡最大填土高度達(dá)21 m。典型路基斷面如圖1所示。為確保路基的整體穩(wěn)定性、橫向差異沉降控制及長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)性能，并考慮節(jié)省用地、降低工程投資等，需對(duì)路基右側(cè)路堤邊坡進(jìn)行支擋處理。

圖1　設(shè)計(jì)方案比選橫斷面示意(單位：m)

2工程地質(zhì)概況

本段路基地處低山丘陵地區(qū)，地勢(shì)陡峻，自然邊坡40°～45°，植被發(fā)育。地下水為基巖裂隙水，不發(fā)育，無(wú)侵蝕性。主要巖土層分為二層。表層為(1)粉質(zhì)黏土(Qel+pl)，褐紅色，硬塑，地基承載力為180 kPa，土石等級(jí)為Ⅲ。下伏長(zhǎng)英角閃片巖，(2)-1全風(fēng)化，地基承載力為250 kPa，土石等級(jí)為Ⅲ；(2)-2，強(qiáng)風(fēng)化，地基承載力為400 kPa，土石等級(jí)為Ⅳ；(2)-3，弱風(fēng)化，地基承載力為800 kPa，土石等級(jí)為Ⅴ。

3支擋方案比選

3.1　重力式擋土墻

重力式擋土墻是鐵路路堤邊坡中常用的支擋類(lèi)型，當(dāng)邊坡不高且地質(zhì)條件比較好的情況下，多設(shè)于路堤坡腳。

對(duì)于本工點(diǎn)，當(dāng)坡腳采用重力式擋墻，因地形較陡，墻趾穩(wěn)定及深層滑動(dòng)穩(wěn)定難以保證。同時(shí)，挖方和高填方勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生路基橫向不均勻沉降。《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)》(TB10621—2009)規(guī)定，無(wú)砟軌道高速鐵路路基一般地段沉降應(yīng)小于15 mm，過(guò)渡地段沉降應(yīng)小于5 mm。因此，需對(duì)重力式擋墻被動(dòng)受力產(chǎn)生的橫向變形進(jìn)行特別處理，僅采用重力式擋墻方案不適合本工點(diǎn)路堤支擋。

3.2　樁板墻

樁板墻是一種成熟的路基支擋方案，較一般的擋土墻設(shè)計(jì)復(fù)雜，但適應(yīng)性和變形控制效果好，造價(jià)相對(duì)較高。

針對(duì)本工點(diǎn)，鑒于陡坡路基地形條件，若僅采用樁板墻進(jìn)行處理，考慮樁前土體穩(wěn)定和抗力貢獻(xiàn)，有效錨固段自地面以下6 m計(jì)，懸臂段高達(dá)14 m，對(duì)樁長(zhǎng)、樁截面要求很高，經(jīng)濟(jì)性較差，且存在較大工程風(fēng)險(xiǎn)，故單獨(dú)樁板墻方案也不可行。

3.3　樁基擋墻

樁基擋墻是由擋土墻、承臺(tái)、樁三種結(jié)構(gòu)有機(jī)組合的一種新型路基支擋結(jié)構(gòu)，較重力式擋土墻、樁板墻單一支擋結(jié)構(gòu)，應(yīng)用邊界條件更加靈活，計(jì)算方法和工程應(yīng)用也較為成熟。就本工點(diǎn)而言，對(duì)路基整體穩(wěn)定和橫向差異沉降控制均較為有利。經(jīng)綜合比選，適用于本段陡坡路堤右側(cè)路基支擋。

4工程設(shè)計(jì)

4.1　設(shè)計(jì)流程

(1)根據(jù)地形條件及巖土參數(shù)，估算路基填方土壓力，初步擬定擋土墻高度、承臺(tái)尺寸、樁長(zhǎng)、樁截面尺寸及樁間距等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。

(2)根據(jù)地質(zhì)資料確定地基系數(shù)等相關(guān)檢算參數(shù)，對(duì)樁進(jìn)行試算，通過(guò)調(diào)整樁截面及樁長(zhǎng)來(lái)達(dá)到對(duì)樁頂位移的控制。

(3)根據(jù)樁身的彎矩、剪力圖內(nèi)力計(jì)算進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。

4.2　擋土墻設(shè)計(jì)

樁基擋墻中的擋土墻設(shè)計(jì)同一般重力式擋土墻設(shè)計(jì)，墻身設(shè)計(jì)高度為8 m，采用C30混凝土澆筑。為保證高速鐵路基床結(jié)構(gòu)的橫向均勻性，按高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)》(TB10621—2009)要求，擋墻墻頂以上填筑2.7 m高的路堤基床，邊坡坡率1∶1.5。在進(jìn)行擋土墻截面計(jì)算時(shí)，按分布荷載形式與列車(chē)活載一并計(jì)入土壓力。根據(jù)工點(diǎn)的地質(zhì)條件，擋土墻主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：

(1)混凝土容重取25 kN/m3；

(2)墻背土容重取20 kN/m3；

(3)墻后土體綜合內(nèi)摩擦角取35°；

(4)基底摩擦系數(shù)取0.3(采用托梁式不控制)；

(5)地基承載力取180 kPa(采用托梁式不控制)；

(6)擋墻坡率為1∶0.3；

(7)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度f(wàn)c=14.3 MPa；軸心抗拉強(qiáng)度為ft=1.4 MPa；彈性模量E=30 000 MPa；

(8)受力主筋抗拉強(qiáng)度f(wàn)y=300 MPa；箍筋抗拉強(qiáng)度f(wàn)y=210 MPa。

擋土墻土壓力采用庫(kù)倫土壓力理論進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得墻踵土壓力為216 kN，墻趾土壓力為158 kN。

4.3　承臺(tái)設(shè)計(jì)

承臺(tái)采用C35鋼筋混凝土澆筑，根據(jù)擋墻底寬，并考慮構(gòu)造設(shè)計(jì)，擬定鋼筋混凝土承臺(tái)寬3.85 m，高1.5 m，擋墻與承臺(tái)每節(jié)長(zhǎng)10 m。

4.4　錨固樁設(shè)計(jì)

取樁長(zhǎng)18 m，采用單排矩形挖孔樁，樁截面采用2.25 m(寬)×2.5 m(厚)，樁間距5 m。樁身同承臺(tái)一樣，采用C35鋼筋混凝土澆筑。

根據(jù)地質(zhì)鉆探報(bào)告，錨固樁處于粉質(zhì)黏土和基巖全風(fēng)化中，計(jì)算方法按“m”法計(jì)算。根據(jù)工程地質(zhì)條件，粉質(zhì)黏土和基巖全風(fēng)化的地基系數(shù)均取7 MPa/m2，樁周土極限摩擦阻力取80 kPa，計(jì)算得出樁身最大彎矩為4 550 kN·m，樁頂最大剪力為564.9 kN，最大位移為4.9 mm<6 mm，滿足規(guī)范要求。根據(jù)樁身的最大彎矩和最大剪力計(jì)算出配筋截面面積為16 875 mm2。箍筋采用HPB335Φ16 mm，間距0.3 m。樁及承臺(tái)平面布置如圖2。

圖2　樁及承臺(tái)平面布置(單位：cm)

4.5　構(gòu)造要求

(1)在承臺(tái)與擋墻之間設(shè)置6根φ20 mm，長(zhǎng)1 m的連接鋼筋，縱橫間距為0.3 m，見(jiàn)圖3。

圖3　承臺(tái)與擋墻構(gòu)造連接(單位：mm)

(2)樁與承臺(tái)的連接方式可采用樁頂主筋伸入承臺(tái)板內(nèi)連接方式，見(jiàn)圖4。

圖4　樁與承臺(tái)連接

樁與承臺(tái)的連接按照規(guī)范的規(guī)定，一般可達(dá)到介于鉸接與剛接之間的連接，既可傳遞剪力，又可傳遞一部分彎矩。最終斷面設(shè)計(jì)形式如圖5所示。

圖5　陡坡路堤設(shè)計(jì)斷面示意(單位：m)

5樁基擋墻施工要點(diǎn)

5.1　施工程序

樁孔開(kāi)挖與樁孔護(hù)壁→核對(duì)地質(zhì)資料(含地下水)→樁孔下放鋼筋→樁身灌注混凝土→承臺(tái)混凝土灌注→澆筑擋土墻。若地質(zhì)資料與設(shè)計(jì)采用不一致，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)勘、變更設(shè)計(jì)。

5.2　施工注意事項(xiàng)

(1)擋墻墻背開(kāi)挖臨時(shí)邊坡較高地段或土層及巖體破碎地段，應(yīng)分段跳槽開(kāi)挖，并加強(qiáng)施工期間防排水處理，及時(shí)施工墻身。臨時(shí)開(kāi)挖邊坡盡可能與墻背保持一致。臨時(shí)邊坡如超挖、局部坍塌、掉塊等，應(yīng)采用不低于擋墻設(shè)計(jì)指標(biāo)的材料回填。

(2)擋墻墻身不應(yīng)有水平通縫。

(3)承臺(tái)綁扎鋼筋前必須將樁頂面以上多余部分去除，并應(yīng)確保樁體埋入承臺(tái)長(zhǎng)度符合設(shè)計(jì)要求。

(4)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況截取配筋。承臺(tái)混凝土澆筑前，應(yīng)先整平地面，壓實(shí)樁間土，再平鋪0.1 m厚的C15素混凝土，承臺(tái)混凝土應(yīng)一次澆筑完成，混凝土入槽宜用平鋪法。

(5)鉆孔灌注樁樁身的施工質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)在成樁28天或強(qiáng)度大于設(shè)計(jì)值70%以上時(shí)進(jìn)行。

(6)錨固樁施工應(yīng)盡量安排在旱季，跳樁開(kāi)挖基坑，護(hù)壁及時(shí)跟進(jìn)，樁身混凝土應(yīng)及時(shí)連續(xù)不間斷澆灌，避免形成相對(duì)軟弱截面。

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中圖分類(lèi)號(hào)：U213.1+52.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-7479(2015)03-0057-03

作者簡(jiǎn)介：王抒揚(yáng)(1983—)，女，2006年畢業(yè)于西南交通大學(xué)鐵道工程專(zhuān)業(yè)，工程碩士，工程師。

收稿日期：2015-02-06