某直立式擋土墻加筋體填土支擋結構設計

李 堯

(中鐵二院工程集團有限責任公司土建二院, 四川成都 610031)

某直立式擋土墻加筋體填土支擋結構設計

李 堯

(中鐵二院工程集團有限責任公司土建二院, 四川成都 610031)

褔廈鐵路廈門北站DK242+693～DK243+127段線上式站臺與線側下式站房之間采用懸臂式、扶壁式加筋體填土支擋結構，最大設計墻高13m。墻背采用包裹式加筋體填土，擋土墻地基采用旋噴樁加固。新型懸臂式、扶壁式擋土墻加筋體填土支擋結構綜合了懸臂式、扶壁式擋土墻和加筋體填土兩者的優點，有效地解決了空間狹小、高差大、壓實標準要求高、變形要求嚴格、需設置直立擋墻地段收坡困難的難題。

懸臂式； 扶壁式； 擋土墻； 加筋體填土

褔廈鐵路廈門北站屬淺丘、坡洪積地貌，地勢低緩，起伏不大。該段地表主要上覆第四系粉質黏土，硬塑狀，土質不均勻，含5%～20%的石英質砂礫，厚2～10m不等，分布于淺丘地表。下伏黑云母花崗巖，中粒花崗結構，塊狀構造，主要礦物成份為石英、長石、黑云母等。巖體構造節理和風化節理均不發育，風化厚度大 。段內地表水較發育，主要由大氣降雨補給。地下水以第四系土層中的孔隙潛水為主，水量充沛，水位埋深淺，花崗巖風化層中裂隙水較發育，具弱～中等硫酸型酸性侵蝕及弱～中等溶出型侵蝕，屬H1環境。本段地震基本烈度為Ⅶ度。

1 設計方案比選

設計方案比選時，對樁板墻、直立式擋土墻加筋體支擋結構進行比較。由于在場坪邊設置管廊，管廊底高程為11.884m，管廊底較站臺面低11.266m。站房布置的房屋結構柱及雨棚柱中心線直接位于站臺的邊緣線上，而房屋結構柱及雨棚柱均為樁基礎加承臺。錨固樁施工對管廊、房屋結構柱及雨棚柱施工干擾較大，采用直立式擋土墻加筋體支擋結構對設置管廊施工干擾較小，且站房整體建筑美觀協調等因素，故設計采用直立式擋土墻加筋體支擋結構方案。

2 設計及檢算

設計及檢算以扶壁式擋土墻為例進行說明。

2.1 填料物理學指標選取

墻背采用花崗巖全風化層W4作為填料填筑，填料需滿足C組填料要求(扶壁式擋土墻肋板范圍加筋土采用級配碎石填筑)，按照《鐵路路基支檔結構設計規范》表3.2.11，填土物理力學指標采用φ=35°, γ=20kN/m3。

2.2 土壓力計算

在地面水平墻背豎直條件下，采用朗肯理論公式進行土壓力計算，水平土壓力為Ex=653.54kN，豎向荷載包括力臂板自重力，底板自重，地面均布荷載自重力，填土的自重力，豎向荷載ΣG=2559kN。

2.3 穩定性檢算

按照《鐵路路基支檔結構設計規范》進行抗傾覆穩定檢算、抗滑穩定性檢算、地基承載力檢算。扶壁式擋土墻穩定性檢算檢算結果見表1。

表1 扶壁式擋土墻穩定性檢算

2.4 結構設計

本設計懸臂式擋墻墻高采用10m，扶壁式墻高采用H=13m，扶壁間距采用8m，扶壁寬度取扶壁間距的1/6,扶壁兩端墻面板懸挑長度為0.41扶壁凈距。

按照《鐵路路基支檔結構設計規范》、《鐵路工程設計技術手冊路基》進行墻身內力計算，根據墻身內力計算結果進行墻身鋼筋混凝土配筋設計。

2.5 加筋體填土設計

填料應分層填筑壓實，填料壓實標準應滿足相應部位的壓實標準。壓實方式可采用振動式壓路機或重型碾壓機械充分碾壓，較重的碾壓機械距懸臂式擋土墻的距離不應小于1.5m，擋墻后1.0～1.5m范圍內宜采用小型機械壓實或人工夯實達到設計要求的密實度，碾壓順序為：拉筋中部-尾部-前部。填料中最大粒徑不大于7.5cm，且不大于單層填料壓實厚度的1/3。

2.6 地基設計

2.6.1 整體穩定性檢算

采用圓弧破裂面法檢算加筋體填土整體穩定性，在天然地基工況下，整體穩定系數為Fs=1.157<1.25，不能滿足設計要求；采用復合地基處理后，整體穩定系數為Fs=1.603。

2.6.2 地基承載力檢算

根據表一檢算結果，擋墻地基承載力為288.53kPa，天然地基承載力為180kPa，需采用復合地基加固處理提高承載力。

2.7 主要工程措施

2.7.1 擋墻基底處理

直立式加筋體填土支擋結構基底為花崗巖全風化，地基承載力為180kPa，不能滿足設計要求需要進行地基加固處理提高承載力，本工點地基加固采用CFG樁進行處理能夠滿足設計要求，但由于站臺、雨棚樁基承臺等施工相互干擾，施工空間狹小，大型機械設備無法施工，故擋土墻底板下地基采用旋噴樁進行加固，樁直徑0.5m，樁間距1.4m，采用正方形布置，樁長為10.5m。樁頂鋪設0.6m厚碎石墊層夾兩層抗拉強度不小于80kN/m的雙向土工格柵加固，碎石墊層頂澆灌一層0.1m厚C15素混凝土墊層，要求復合地基承載力懸臂式擋墻段基底不小于300kPa，扶壁式擋墻段基底不小于400kPa。

2.7.2 擋墻后加筋體

擋墻后加筋體施工同加筋土擋墻，包裹式加筋體填土的拉筋采用雙向土工格柵，拉筋長度為10.0～15.5m,拉筋間距0.6m。土工格柵拉筋抗拉強度不小于80kN/m。靠近擋墻側包裹0.5m寬填土后回折長度不小于2.0m，頂部兩層不小于3.0m。扶壁式擋土墻加筋體填土支擋結構代表性橫斷面見圖1。

圖1 扶壁式擋土墻加筋體填土支擋結構代表性橫斷面

3 現場測試

3.1 測試目的及內容

測試墻后填土施工過程中及工后的擋墻與填土力學響應，包括墻身及墻身以下地基的側向(水平)變形、墻身應變、主筋受力、墻背土壓力、墻底土壓力、墻后填土及土中筋帶的應變，分析墻后擋墻、填土與筋帶的相互作用。

測試內容包括擋墻的側向變形，擋墻底板上、下的土壓力，擋墻立壁上的土壓力及應力應變，墻后土體中的筋帶拉力和土中應變。

3.2 測試結果

(1)扶壁式擋墻立壁迎土面的土壓力分布不完全符合朗肯、庫倫等經典土壓力理論，并不呈現出典型的從上到下線性增加的三角形分布，而是先增加后減小，在距墻頂約2/3墻高處達到最大值，之后減小(圖2)。

圖2 立壁迎土面土壓力沿高度分布曲線

(2)踵板上方墻后土體中靠立壁近的筋帶受壓，較遠的筋帶受拉。受拉與受壓的分界約在墻后4.5～7.5m范圍內。筋帶的平均應變為1320με。筋帶應變變化曲線見圖3。

圖3 筋帶應變變化曲線

4 工程體會

(1)福廈鐵路廈門北站直立式擋土墻加筋體填土支擋結構，最大設計墻高13m，屬于超規范特殊設計，擋墻后采用加筋體填土，通過筋帶改善填土物理學指標，取得了成功，對今后站臺與站房之間直立收坡類似工程均有較大的借鑒和指導意義。

(2)通過基底壓應力檢算，懸臂式、扶壁式擋土墻加筋體填土支擋結構基底承載力要求較高，需要通過地基處理提高基底壓應力滿足設計檢算要求。地基處理可采用CFG樁措施加固，為避免施工干擾，提高施工效率，地基處理應提前安排施工，節省工程投資。

(3)扶壁式擋墻立壁迎土面的土壓力分布不完全符合朗肯、庫倫等經典土壓力理論，土壓力先增加后減小，在距墻頂約2/3墻高處達到最大值，之后減小；踵板上方墻后土體中靠立壁近的筋帶受壓，較遠的筋帶受拉。受拉與受壓的分界約在墻后4.5～7.5m范圍內，對今后類似工程設計優化設計計算模型具有指導意義。

李堯(1981～)，男，大學本科，工程師，主要從事鐵路設計工作。

TU94+2

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[定稿日期]2015-03-20