宜昌東站站臺擋護設計與施工

陸 群

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,湖北武漢 430063)

1 概述

鐵路車站采用線下式站房設計時,站房場坪比車站基本站臺低,高程上相差高達幾米或十幾米,而平面上一般僅有幾米的水平距離。同時,為方便旅客上下站臺,站房與站臺之間設置有電梯、樓道、雨棚立柱及各種管線等結構物,要求基本站臺靠站房一側邊坡近于直立,因此需對站臺進行擋護結構設計。

結合站臺高度、地基條件、填料類型、站內結構物設計的要求、施工水平及周邊環境條件等,站臺的擋護設計采用重力式擋土墻、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構形式。其中,加筋土擋土墻具有結構輕型、施工簡便、美觀經濟等特點,在工程應用中越來越廣泛。

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、東站路合圍的區域,距宜昌市中心區約10 km。宜昌東站作為宜昌市標志性建筑,既是長江三峽地區最大的火車站,也是宜昌市重要的交通中心。車站共9道5個站臺,其主站房設計新穎、高大雄偉,工程難度大,技術復雜,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及線路的南側,按照車站日最高聚集人數5 000人標準設計,鐵路客運用房建筑面積31 440 m2。結合地勢條件,根據車站站臺、股道與城東大道近15 m的高差采用了“下進下出”的交通流線組織,方便交通流線轉換。主要功能區大致分為三層：最上層為站臺層,中層為出發到達層,與站臺層相差8 m,最下層為交通轉換層,與站臺層相差達15 m。

按照結構設計要求,站臺層與到達層之間設計有進站地道、上下樓梯等,站臺邊坡應垂直設置,到達層與交通轉換層之間可適當放坡填筑,但到達層處附近分布有管線,應預留管線通道。

3 工程地質條件

區域內丘坡與谷地相間,丘坡自然坡度20°～35°,植被較發育,谷地相對開闊,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；第四系上更新統沖洪積粉質黏土,紅褐色—紫紅色,軟—硬塑,厚1.5～8.0 m；下部夾有淤泥質粉質黏土,灰黑色,流—軟塑,厚0.5～6.0 m；下伏基巖為白堊系粉砂巖,水平產狀,紅褐色—紫紅色,全風化—弱風化。地基土的地層巖性及其主要指標見表1。

表1 地基土主要指標

4 擋護工程設計

4.1 加固方案選擇

地形地質條件、站臺高差大、地基軟弱、站臺與站房之間空間狹窄等因素,引起站臺擋護困難。如何解決好高站臺結構的整體穩定、地基深層穩定等問題,是工程設計的關鍵所在。

深部地基為粉砂巖弱風化層,在站臺側直接采用樁板式擋土墻時(樁上設錨索支點),由于懸壁段太長,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定性差。采用樁基擋墻方案時,上部須垂直設計擋墻,墻高約8 m,擋墻及承臺尺寸大,工程量大且施工困難。經過綜合分析,結合地基軟弱及站房設計分層的特點,選用粉噴樁加固,到達層以下邊坡采用放坡填筑,并設鉆孔灌注樁進行側向約束,到達層以上采用加筋土擋墻支護,局部設管道地段采用懸壁式擋墻收坡。

設計方案較好地結合了周邊環境、結構要求等條件,綜合優勢主要體現在：(1)不僅對軟土地基進行固化,并增設側向約束樁,限制了基礎的側向變形,保證了下部基礎整體穩定。(2)上部設加筋土擋土墻,填料內布筋、墻面設置較為靈活,可與地道、站內立柱等結構物有機結合。(3)加筋土擋土墻為輕型結構,對基礎承載要求相對較低。(4)可分段分層施工,便于施工組織管理。(5)經濟性較好。

4.2 地基穩定性加固

根據宜萬鐵路技術標準要求,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。最小穩定安全系數不小于1.15～1.25。

區域內丘坡與溝谷相間,谷地內地表分布軟土,且軟土底部大多為斜基底,對路基穩定性影響較大,為控制路基結構穩定的關鍵因素之一。根據軟土的分布范圍、厚度、工程特性等,對薄層軟土主要采用挖除換填,對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,要求樁體無側限抗壓強度不小于1 000 kPa。

由于軟土層相對較厚,上部填筑土及結構物高達15 m,單獨采用粉噴樁加固軟土難以滿足路基結構穩定性要求。在下部邊坡處增設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13～16 m。根據穩定性檢算和下部地層確定,同時深入粉砂巖強—弱風化層不小于5.0 m。

宜昌車站站臺擋護斷面設計如圖1所示。

圖1 宜昌東站站臺擋護斷面設計(單位：m)

4.3 加筋土擋土墻設計

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

根據相關規范要求,對加筋土擋墻進行結構分析,結合加筋土結構方面的科研成果和工程經驗,在站內到達層和交通轉換層之間設包裹式加筋土擋墻,墻高8.2 m,墻面坡率1∶0.05。加筋材料采用TGDG-100型高強度經編土工格柵,幅寬1.15 m,其極限抗拉強度為100 kN/m,相對應的拉伸應變量<10%,與填料間似摩擦系數f′=0.3。考慮材料蠕變、材料老化等因素，取設計容許抗拉強度為20 kN/m(相當于應變量2%時的抗拉強度,約為極限強度的1/5),土工格柵縱向搭接,設計采用的有效幅寬為1.0 m。

拉筋設計長度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,長度不小于2.8 m(頂部兩層3.8 m),回折反壓長度不小于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鋼筋混凝土現場澆筑,厚0.2 m,內置鋼筋網,面板下地基部分換填后,設混凝土條形基礎。擋土墻墻面板、帽石及基礎每隔10 m左右設一道伸縮縫,縫后沿墻底至墻頂鋪無紡土工布。整體墻面與加筋土體的連接采用預埋20 mm錨桿,橫向間距1.0 m,豎向間距0.6 m,錨入土體內的錨桿表面采用防銹漆、熱瀝青汁、麻筋纏緊等進行防腐處理。

為增加加筋土擋墻墻面基礎強度,基底部分換填碎石土后,設混凝土基座,頂寬0.6 m,高0.6 m,采用C15混凝土現場澆筑。根據結構要求,在墻頂處高混凝土帽石,整體墻面錯設置泄水孔,擋墻頂面鋪設土工格柵范圍內夯填石灰土封閉層,厚度不小于0.2 m。

4.4 局部結構設計

(1)預留管道鋪設空間

根據站房結構設計要求,部分地段在到達層須預留管道鋪設空間,在側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,墻前及墻頂地面采用漿砌片石封閉(如圖2所示)。

圖2 到達層預留管道鋪設空間斷面設計(單位：m)

(2)與地道結構物的連接

車站內在到達層的站臺下布置有行包地道、進站和出站地道等結構物,加筋土擋土墻與地道連接處設沉降縫,以適應不同結構物的沉降差異。地道上部設高2～4 m的加筋土擋墻,并保證站臺頂面的平整一致。

5 施工要點

5.1 施工工序

根據結構物穩定性要求及各結構物的相互影響等,站臺擋護施工工序如下：①地基處理；②地道結構基礎(蓋板箱涵)及站房基礎施工；③到達層以下分層填筑；④側向約束樁的施工；⑤站房、地道施工、懸臂式擋墻施工及管線預埋；⑥加筋土擋墻施工。在上一道工序完成、達到強度標準,且檢測滿足相關規范規定后,才能開始下一道工序的施工。

5.2 加筋土擋墻施工

土工格柵材料進場時應按相關規范規定分批進行材料試驗,不合格產品禁止使用。各層加筋鋪設前,應先填土夯實至加筋所在高程,且自面板向后逐漸升高,使筋帶尾部比前端高0.1 m,鋪設格柵加筋帶時應展平、伸直,縱肋方向垂直于墻前沿線。填土前應設法張緊,使之產生一定的伸長量后用“U”形騎馬釘固定,騎馬釘的布設間距以不大于1.0 m為宜。施工中應保證土工格柵拉筋完整連續無破損。

填料應嚴格分層壓實,分層厚不超過0.3 m,壓實方式可采用振動式壓路機或重型碾壓機械充分碾壓,壓實密度應滿足路基規范要求,墻體部分細粒土的壓實系數不應小于0.9。

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

較重型的碾壓機械距整體墻面板距離不應小于1.5 m,墻面板后1.0～1.5 m范圍內及地道附近采用小型機械壓實或用人力夯實達到設計要求的密實度,禁止使用羊角碾。碾壓順序為：拉筋中部—尾部—前部。

加筋土擋土墻施工時,加筋包裹體墻面在設計邊

坡坡率基礎上再預留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,嚴禁面板前傾。

在加筋土擋土墻墻體施工過程及后期應加強墻體變形觀測,待加筋體自身變形完成后才能開始墻面結構的施工,必要時加筋體填筑完成后在頂面進行堆載預壓,以保證墻面與加筋體的有效結合。

5.3 鉆孔樁施工

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

鉆孔樁施工時應平整場地,并保證樁體垂直,避免樁體傾斜,降低其側向抗力,同時應在樁身強度達到70%以上時,才能開始上部結構施工。

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

6 結束語

宜昌東站站臺與站房場坪高差高達15 m,且地基軟弱,整體穩定性差,站臺擋護難度大。經綜合分析比選,結合地基表層軟弱、下部地基強度較高及站房設計分層的特點,采用了粉噴樁處理軟基、到達層以下設鉆孔灌注樁加固、到達層以上采用加筋土擋墻支護的設計方案,將地基處理、側向約束與邊坡擋護有機結合,較好地解決了站臺擋護設計,滿足站臺結構的整體穩定性，并取得了明顯的經濟效益。目前該站臺結構已投入使用。

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