新型支擋結(jié)構(gòu)適用性探討

李曙光 隋孝民

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

新型支擋結(jié)構(gòu)適用性探討

李曙光 隋孝民

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

結(jié)合實例，介紹幾種新型支擋結(jié)構(gòu)，分析其收坡效果及適用性，說明設(shè)計要點。

鐵路 路基 新型支擋結(jié)構(gòu) 適用性 收坡

隨著鐵路的大規(guī)模修建，鐵路用地日趨增加，為節(jié)約用地，尤其是土地資源較為寶貴的地段，需要考慮增設(shè)支擋結(jié)構(gòu)以減少路基占地。同時，為避免拆遷路基沿線既有建筑，設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)回收邊坡也是必要的。為了避免陡坡路塹地段產(chǎn)生高大邊坡，增加邊坡的穩(wěn)定性，也應(yīng)該設(shè)計支擋結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土懸臂式及扶壁式擋土墻、排樁擋土墻、樁板式擋土墻、U形槽封閉式結(jié)構(gòu)、樁基托梁擋土墻作為新型支擋結(jié)構(gòu)，越來越多地應(yīng)用于工程建設(shè)。結(jié)合工程實例，分析以上新型支擋結(jié)構(gòu)適用性和優(yōu)缺點。

1 常用的路基支擋結(jié)構(gòu)

1.1 鋼筋混凝土懸臂式或扶壁式擋土墻

鋼筋混凝土擋土墻根據(jù)墻高及承受土壓力大小可采用懸臂式擋土墻及扶壁式擋土墻。

懸臂式擋土墻是目前路基填方段擋土墻使用較多的結(jié)構(gòu)。考慮受力特點，當(dāng)擋土墻高度超過6 m時，宜在面板與踵板間設(shè)置扶壁式肋板，即為扶壁式擋土墻。由于肋板的存在，為保證肋板周圍填料的壓實標(biāo)準(zhǔn)，路基填筑施工工藝要求較高(如圖1，圖2)。

圖1 懸臂式擋土墻橫斷面

圖2 扶壁式擋土墻橫斷面(單位：m)

鋼筋混凝土擋土墻的設(shè)置避免了坡腳侵占溝渠、鐵塔、既有或規(guī)劃的道路及房屋等。高速鐵路車站站臺區(qū)設(shè)置自動扶梯及人行梯道時，設(shè)置此類擋土墻也能很好地互相配合。

該類擋土墻收坡效果較好，截面較小，整潔美觀，宜在石料缺乏、地基承載力較低的路堤地段采用。由于其本身采用鋼筋混凝土材料，造價較高，埋深應(yīng)滿足要求。且由于墻趾的存在，基坑開挖時對施工空間要求較大，可采用臨時支擋結(jié)構(gòu)對基坑進(jìn)行防護(hù)，以減少占地寬度。

1.2 U形槽封閉式結(jié)構(gòu)

主要用于地下水位高、地層滲透系數(shù)高的隧道與地面線之間的過渡段以及平改立工程的挖方段落，避免受地下水或外側(cè)地表水影響，且占地較少。當(dāng)填方段時，兩側(cè)需設(shè)置支擋收坡且路基面不寬時，也可采用U形槽內(nèi)填筑路基的方式代替兩側(cè)設(shè)置擋土墻，對于路肩高程不滿足洪水位要求或外側(cè)存在浸水的情況下，采用U形槽封閉式結(jié)構(gòu)通過也是一種可以有效抗沖刷增加穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(如圖3)。

圖3 封閉式路塹橫斷面

U形槽結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)進(jìn)行：抗浮檢算，邊墻及底板的內(nèi)力、配筋以及裂縫寬度檢算，松軟土地段地基承載力檢算。軌道結(jié)構(gòu)形式為整體道床時，沉降要求較高，軟土及松軟土地基應(yīng)進(jìn)行地基沉降計算，墻身防滲水及結(jié)構(gòu)縫的防水結(jié)構(gòu)也是結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點。

基坑開挖應(yīng)注意地下水引排或截流，根據(jù)周圍情況選用降水結(jié)構(gòu)或基坑外側(cè)設(shè)置止水帷幕、坑內(nèi)管井降水結(jié)構(gòu)。基坑開挖可根據(jù)周圍情況采用放坡方式，當(dāng)不具備臨時放坡條件時還應(yīng)設(shè)計臨時防護(hù)結(jié)構(gòu)，如土釘墻、鋼板樁、SMW法、灌注樁等。為了有效控制變形，基坑內(nèi)可以設(shè)置支撐。

U形槽豎向變形較小，滿足無砟軌道橋頭路基過渡段要求，對于地基條件不是很好的地段，也能較好地實現(xiàn)沉降控制。

1.3 排樁墻、樁板式擋土墻

排樁樁身采用鉆孔或挖孔成樁，采用鋼筋混凝土材料，一般可做為臨時性支擋，也可以根據(jù)要求做為永久性支擋。樁長及布置可根據(jù)地層條件選擇采用K法或m法進(jìn)行檢算。當(dāng)樁體懸臂段較長、位移檢算無法通過時，可采用樁身懸臂段增加錨桿(索)或采用雙排樁結(jié)構(gòu)(如圖4)。

圖4 排樁擋土墻橫斷面

排樁擋土墻收坡效果明顯，在既有線路堤、路塹段均有應(yīng)用，尤其是在沉降敏感性建筑物或既有線附近設(shè)置路堤或路塹且存在較大高差時，為減少對既有線運營干擾，可優(yōu)先采用。排樁擋土墻混凝土結(jié)構(gòu)圬工量較大，造價較高。

樁板式擋土墻在錨固樁間掛鋼筋混凝土板減少了樁體的數(shù)量。可與排樁擋土墻進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，選擇經(jīng)濟(jì)合理結(jié)構(gòu)(如圖5)。

圖5 樁板式擋土墻橫斷面

該結(jié)構(gòu)收坡效果好，較為整潔、美觀，樁間板前可設(shè)置綠色平臺，種植上爬或下垂植物，增加綠色防護(hù)。錨固樁尺寸較大，對于路塹地段，樁間掛板需要開挖出施工空間，需要臨時占地，混凝土結(jié)構(gòu)圬工量較大，造價較高。

1.4 樁基托梁擋土墻

對于地表土層較差且較厚的地段，采用重力式擋土墻或懸臂式、扶壁式擋土墻時，基底承載力不足；對于地面陡峻地段，擋土墻墻趾埋深及墻趾距離地面的水平距離不易滿足；直接采用排樁、樁板式擋土墻時造價較高，或樁身懸臂段位移、彎矩較大時，可設(shè)計樁基托梁擋土墻。樁頂擋土墻可以是重力式擋土墻，也可以是懸臂式或扶壁式擋土墻。

樁基擋土墻應(yīng)根據(jù)路基荷載先進(jìn)行樁頂擋土墻穩(wěn)定性檢算，確定擋土墻尺寸及內(nèi)力，進(jìn)而檢算擋土墻下部樁體承載力及內(nèi)力，確定樁身長度及合理配筋(如圖6、圖7)。

圖6 樁基托梁擋土墻橫斷面(重力式擋土墻)

圖7 樁基托梁擋土墻橫斷面(懸臂式擋土墻)

樁基托梁擋土墻的運用有效地解決了斜坡地段墻趾距離地面的水平距離不足以及松軟土地段擋土墻基底承載力不足的情況，降低了墻身高度，這在地基較軟、擋土墻要求較高情況下是比較有效的支擋結(jié)構(gòu)。

2 排樁收坡效果舉例

2.1 錨索排樁擋土墻(實例1)

某鐵路旁邊進(jìn)行基坑開挖建設(shè)，基坑底寬37 m，長80 m，基坑最大深度12.7 m，基底距離正在運營的鐵路橋墩14.8 m。地層自上而下依次為：素填土，厚2.52 m，全風(fēng)化頁巖，厚0.5 m，強(qiáng)風(fēng)化頁巖，厚4.2 m，以下為中風(fēng)化頁巖。

方案研究及確定：如果采用放坡開挖，中風(fēng)化頁巖厚度范圍內(nèi)坡率取1∶0.5，強(qiáng)、全風(fēng)化頁巖厚度范圍內(nèi)坡率取1∶1，素填土厚度范圍內(nèi)坡率取1∶2，于土石分界處設(shè)平臺，邊坡占地寬度19.2 m，為基坑內(nèi)用地的52%，塹頂已侵入橋梁墩臺范圍，方案不可行。如果采用排樁擋土墻支擋，為避免單排樁位移較大，減小對正在運營的鐵路橋墩產(chǎn)生位移影響，在排樁的懸臂段設(shè)置錨索，使支擋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性滿足要求，橋墩處地面位移亦在可控范圍內(nèi)，此方案邊坡及支擋結(jié)構(gòu)占地寬度3.6 m，為基坑內(nèi)用地的10%，墻頂距離橋墩13.3 m，該方案在達(dá)到收坡效果的同時，減少了占用基坑用地，確保了鐵路運營的安全(如圖8)。

圖8 錨索排樁擋土墻橫斷面

2.2 雙排樁擋土墻(實例2)

某鐵路旁邊進(jìn)行基坑開挖建設(shè)，基坑底寬35 m，長120 m，最大基坑深度9.3 m，基底距離鐵路橋墩8.7 m。地層自上而下依次為：雜填土6.9 m，主要由碎石、黏性土及建筑垃圾等組成，以下為中風(fēng)化泥灰?guī)r。

方案研究及確定：如果采用坡率法放坡開挖，中風(fēng)化泥灰?guī)r厚度范圍內(nèi)坡率取1∶0.5，雜填土厚度范圍內(nèi)坡率取1∶1.5，并與土石分界處設(shè)分級平臺，占地寬度13.9 m，為基坑內(nèi)用地的40%，塹頂已侵入橋墩范圍，方案不可行。如果采用排樁支擋，為避免單排樁位移較大，減小對正在運營的鐵路橋墩處地面產(chǎn)生位移影響，設(shè)置雙排樁支擋結(jié)構(gòu)，樁徑1.2 m，前排樁間距1.8 m，后排樁間距3.6 m，樁頂設(shè)置冠梁，支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性滿足要求，橋墩處地面位移亦在可控范圍內(nèi)，此方案支擋結(jié)構(gòu)占地寬度6.2 m，為基坑內(nèi)用地的18%，結(jié)構(gòu)外側(cè)距離橋墩3.5 m。該方案既節(jié)約了基坑用地，又確保了鐵路橋梁的運營安全(如圖9)。

圖9 雙排樁擋土墻橫斷面(單位：mm)

3 結(jié)束語

對于本文所述的新型支擋結(jié)構(gòu)，一般填方地段設(shè)置高度不高于6 m擋土墻時多采用懸臂式擋土墻，較高時可采用扶壁式擋土墻，但不宜高于8 m；當(dāng)需要設(shè)置更高擋土墻時或采用懸臂式、扶壁式擋土墻占地寬度不滿足用地時，可采用排樁擋土墻或樁板式擋土墻，二者通過比較選擇方案；當(dāng)兩側(cè)均需設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)且路基面寬度不大、地基條件不好時可采用U形槽封閉式結(jié)構(gòu)。挖方地段，可考慮排樁擋土墻、樁板式擋土墻，當(dāng)樁身位移、受力不宜控制時，可在樁身懸臂段增加錨索以限制樁身位移、優(yōu)化受力狀態(tài)，也可以采用雙排樁方案，可以更好地控制樁身位移及受力，可通過經(jīng)濟(jì)比較進(jìn)行方案確定。當(dāng)擋土墻基底為陡坡或地層條件不好的情況下可采用樁基托梁方案，存在地下水且不宜進(jìn)行區(qū)域降水的情況下，可采用U形槽封閉式結(jié)構(gòu)。

[1] GB10001—2005鐵路路基設(shè)計規(guī)范[S]

[2] GB10025—2006鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S]

[3] 李海光，等.新型支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計與工程實例[M].北京：人民交通出版社，2010

[4] 陳希哲，葉菁.土力學(xué)地基基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013

[5] JGJ 120—2012建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S]

[6] GB 50330—2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S]

[7] GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S]

[8] TB10106—2010鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程[S]

[9] JGJ 79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]

[10]JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S]

ApplicabilityoftheNewRetainingStructures

LI Shu-guang SUI Xiao-min

2014-07-10

李曙光(1984—)，男，2009年3月畢業(yè)于西南交通大學(xué)巖土工程專業(yè)，工程師。

1672-7479(2014)05-0063-03

U231.1+52.2

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