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(jié)構(gòu)物,要求基本站臺靠站房一側(cè)邊坡近于直立,因此需對站臺進行擋護結(jié)構(gòu)設計。

結(jié)合站臺高度、地基條件、填料類型、站內(nèi)結(jié)構(gòu)物設計的要求、施工水平及周邊環(huán)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(jié)構(gòu)形式。其中,加筋土擋土墻具有結(jié)構(gòu)輕型、施工簡便、美觀經(jīng)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(qū)域,距宜昌市中心區(qū)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(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個站臺,其主站房設計新穎、高大雄偉,工程難度大,技術(shù)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(cè),按照車站日最高聚集人數(shù)5 000人標準設計,鐵路客運用房建筑面積31 440 m2。結(jié)合地勢條件,根據(jù)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(zhuǎn)換。主要功能區(qū)大致分為三層：最上層為站臺層,中層為出發(fā)到達層,與站臺層相差8 m,最下層為交通轉(zhuǎn)換層,與站臺層相差達15 m。

按照結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(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(zhì)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(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定、地基深層穩(wěn)定等問題,是工程設計的關(guān)鍵所在。

深部地基為粉砂巖弱風化層,在站臺側(cè)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(wěn)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(jīng)過綜合分析,結(jié)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(cè)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(jié)合了周邊環(huán)境、結(jié)構(gòu)要求等條件,綜合優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：(1)不僅對軟土地基進行固化,并增設側(cè)向約束樁,限制了基礎的側(cè)向變形,保證了下部基礎整體穩(wěn)定。(2)上部設加筋土擋土墻,填料內(nèi)布筋、墻面設置較為靈活,可與地道、站內(nèi)立柱等結(jié)構(gòu)物有機結(jié)合。(3)加筋土擋土墻為輕型結(jié)構(gòu),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(jīng)濟性較好。

4.2 地基穩(wěn)定性加固

根據(jù)宜萬鐵路技術(shù)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(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(cè)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(jié)構(gòu)物高達15 m,單獨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(jù)穩(wěn)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(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,對加筋土擋墻進行結(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,在站內(nèi)到達層和交通轉(zhuǎn)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(jīng)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(shù)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(xiàn)場澆筑,厚0.2 m,內(nèi)置鋼筋網(wǎng),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(nèi)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(xiàn)場澆筑。根據(jù)結(jié)構(gòu)要求,在墻頂處高混凝土帽石,整體墻面錯設置泄水孔,擋墻頂面鋪設土工格柵范圍內(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)設計

(1)預留管道鋪設空間

根據(jù)站房結(jié)構(gòu)設計要求,部分地段在到達層須預留管道鋪設空間,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 到達層預留管道鋪設空間斷面設計(單位：m)

(2)與地道結(jié)構(gòu)物的連接

車站內(nèi)在到達層的站臺下布置有行包地道、進站和出站地道等結(jié)構(gòu)物,加筋土擋土墻與地道連接處設沉降縫,以適應不同結(jié)構(gòu)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(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,站臺擋護施工工序如下：①地基處理；②地道結(jié)構(gòu)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(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(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

土工格柵材料進場時應按相關(guān)規(guī)范規(guī)定分批進行材料試驗,不合格產(chǎn)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(chǎn)生一定的伸長量后用“U”形騎馬釘固定,騎馬釘?shù)牟荚O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(xù)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(guī)范要求,墻體部分細粒土的壓實系數(shù)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(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)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(cè)向抗力,同時應在樁身強度達到70%以上時,才能開始上部結(jié)構(gòu)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(jié)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(wěn)定性差,站臺擋護難度大。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(cè)向約束與邊坡?lián)踝o有機結(jié)合,較好地解決了站臺擋護設計,滿足站臺結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，并取得了明顯的經(jīng)濟效益。目前該站臺結(jié)構(gòu)已投入使用。

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