客運(yùn)專線扶臂式擋土墻施工技術(shù)研究

劉興業(yè)

（中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 晉中 030600）

1 工程概況

1.1 概述：裝置扶臂式擋土墻

客DK376+033～DK376+290段裝配扶臂式擋土墻位于黃臺(tái)車站東場(chǎng)棉麻專用線和既有膠濟(jì)正線之間，相鄰線間距為5.0 m，地下電纜呈蜘蛛網(wǎng)狀密布，開挖擋土墻基坑對(duì)既有線，尤其是對(duì)正線和電纜形成威脅，需進(jìn)行基坑防護(hù)及電纜防護(hù)；距地面7 m上空接觸網(wǎng)橫向、縱向分布，吊車安裝擋土墻預(yù)制面板需對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行防護(hù)，保證運(yùn)營(yíng)線行車安全。

1.2 地質(zhì)情況

地質(zhì)為約2.0 m厚人工填筑土，下為粉質(zhì)黏土，土壤最大凍結(jié)深度0.5 m，地震動(dòng)峰加速度值為0.05 g，地下水為第四系孔隙水，主要受大氣降水補(bǔ)給，地下水埋深約2.0 m。

1.3 主要工程數(shù)量

擋土墻全長(zhǎng)240雙側(cè)米，基礎(chǔ)及墻身混凝土1 342 m2，預(yù)制墻身面板高度為2.5～5.0 m，每塊寬度為2.0 m，共計(jì)240塊，墻頂鋼欄桿240雙側(cè)米。

2 施工方案

2.1 基坑開挖防護(hù)方案

基坑開挖深度3.0～3.5 m，因?yàn)榫嗉扔芯€較近，擋土墻基坑采用垂直開挖。在開挖時(shí)需對(duì)基坑進(jìn)行防護(hù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和地質(zhì)情況，采用打拔5.0 m長(zhǎng)、直徑為20 cm的圓木樁進(jìn)行基坑防護(hù)，施工安全，施工進(jìn)度塊。

擋土墻基坑以人工配合挖掘機(jī)開挖，施工時(shí)做好排水和邊坡的防護(hù)。開挖深度為3.0～3.5 m，因右側(cè)擋土墻離既有東4線較近，根據(jù)下面的檢算資料，采用每米寬度上打設(shè)直徑為20 cm、長(zhǎng)度5 m的4根圓木樁，圓木后面插竹夾板對(duì)基坑進(jìn)行防護(hù)，圓木樁頂端采用直徑為8 mm的雙股鋼絲繩及1T的導(dǎo)鏈拉結(jié)，增加圓木樁的整體穩(wěn)定性（見圖1）。根據(jù)黏土特性，內(nèi)側(cè)基坑開挖坡度為1∶0.3，開挖基坑放寬1.0 m，基坑四周挖20 cm深的排水溝，在基坑外挖匯水井，匯水井放置水泵抽水。

2.2 圓木樁檢算資料

2.2.1 圓木樁受力分析

圓木樁按單錨淺埋式板樁、頂部拉結(jié)進(jìn)行計(jì)算。受力結(jié)構(gòu)圖中符號(hào)意義表示如下：Ea—主動(dòng)土壓力合力；Ep—被動(dòng)土壓力合力；γ—路基填土容重；φ—填料的內(nèi)摩擦角；Ka—主動(dòng)土壓力系數(shù)；Kp—被動(dòng)土壓力系數(shù)。

圖1 扶臂式擋土墻基坑防護(hù)示意圖

2.2.2 計(jì)算步驟

第一，相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算。路基填土為滲水土，φ取30°，γ取18 kN/m3，基坑開挖深度按最大3.5 m檢算。根據(jù)朗金土壓力理論計(jì)算各項(xiàng)壓力為：

主動(dòng)土壓力系數(shù)Ka=tg2(45°-30°/2)=0.33.

被動(dòng)土壓力系數(shù)Kp=tg2(45°+30°/2)=3.00.

Ka/Kp=0.11.

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，防護(hù)基坑側(cè)無施工動(dòng)載，H取值為3.5 m。

第二，樁深計(jì)算。假定上端為簡(jiǎn)支，下端為自由支承。這種板樁相當(dāng)于單跨簡(jiǎn)支梁，作用在墻后為主動(dòng)土壓力，作用在墻前為被動(dòng)土壓力。

主動(dòng)土壓力最大壓強(qiáng)為：ea=γ（H+t）Ka.

主動(dòng)土壓力為：Ea=1/2ea（H+t）=1/2γ（H+t）2Ka.

被動(dòng)土壓力最大壓強(qiáng)為：ep=γtKp.

被動(dòng)土壓力為：Ep=1/2 ept=1/2γt2Kp.

為使板樁保持穩(wěn)定，在A點(diǎn)的力矩應(yīng)等于0，即∑MA=0，亦即Ea Ha-EpHp=3/2Ea（H+t）-Ep（h+2/3t）=0.

整理后，即可求得所需的最小入土深度t.

t=（3Ep-2Ea）H/(2(Ea-Ep))=(3/2×γt2Kp-2/2γ(H+t）2Ka)H/(2×(1/2×γt2Kp-1/2γ(H+t)2Ka)=(3/2×18×3×t2-18×(3.5+t)2×0.33)×3.5/(2×(1/2×18t2×3-1/2×18(3.5+t)2×0.33))96t3+441t2-441t+514.5=0.

t=1.403 m.

因此，圓木樁總長(zhǎng)度為H+t=3.5+1.403=4.903 m，取總長(zhǎng)度5.0 m。

第三，最大彎矩計(jì)算。再根據(jù)∑x=0，即可求得作用在A點(diǎn)的拉結(jié)力Ta.

Ta-Ea+Ep=0.

根據(jù)求得的樁入土深度t=1.403 m，計(jì)算被動(dòng)土壓力Ep、主動(dòng)土壓力Ea.

Ea=1/2γ(H+t)2Ka=1/2×18×(3.5+1.403)2×0.33=72.12 kN.

Ep=1/2γt2Kp=1/2×18×1.4032×3=53.15 kN.

Ta=Ea-Ep=72.12-53.15=18.97 kN.

設(shè)距樁頂端A點(diǎn)距離y處剪力為0，即∑Qy=0，則1/2y2γK－a+pKay-Ta=0.

剪力為0處的最大彎矩為：Mmax=-(γKa y3)/6-(pKa y2)/2+Tay=-(18×0.33×2.5273)/6-(0)/2+18.97×2.527=-15.975+47.937=31.962 kN·m.

第四，圓木樁截面計(jì)算。圓木樁采用東北落葉松，直徑為20cm，長(zhǎng)度為5.0 m，抗彎強(qiáng)度允許值fm=17 N/mm2，單位寬度每米寬度內(nèi)布置圓木樁數(shù)量為4根，圓木樁的抗彎承載能力按下式驗(yàn)算：Mmax/Wn≤fm， 其 中 ，Wn=4×1/32πd3=4×1/32×3.14×2003=3141592 N·mm3

Mmax/Wn=31 962 000/3 141 592=10.174 N/mm2≤fm=17N/mm2.

按每米布置4根直徑為20 cm、長(zhǎng)度為5.0 m的圓木樁能滿足要求。

2.3 擋土墻基礎(chǔ)

基礎(chǔ)采用C30混凝土，混凝土采用攪拌站集中拌和，混凝土罐車運(yùn)輸，拌和混凝土?xí)r嚴(yán)格按配合比計(jì)量。

2.4 墻身

墻身采用寬2.0 m預(yù)制面板，在基礎(chǔ)澆筑完混凝土后，進(jìn)行墻身面板安裝，墻身混凝土為C30混凝土。在安裝完墻身預(yù)制板后（見圖2、圖3），擋土墻墻頂不足部分，用C30混凝土澆筑，以保證墻頂縱坡平順。

圖2 預(yù)制扶臂式擋土墻墻身面板

圖3 扶臂式擋土墻面板安裝圖

2.5 防水、沉降處理及其附屬設(shè)施

沉降縫按設(shè)計(jì)位置預(yù)留準(zhǔn)確，鋪設(shè)防水層，然后按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行擋土墻兩側(cè)基坑回填，兩側(cè)填土水平分層，對(duì)稱填筑夯實(shí)，每層厚度15 cm，采用蛙式打夯機(jī)并配合人工夯實(shí)。

3 各部位施工工藝流程及注意事項(xiàng)

3.1 鋼筋工程

3.1.1 質(zhì)量驗(yàn)收

①抽樣：外觀檢查每批抽樣10%的接頭，并不少于10個(gè)。機(jī)械性能試驗(yàn)，應(yīng)從每批成品（經(jīng)外觀檢查合格品）中切取6個(gè)試件，3個(gè)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，3個(gè)進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。在同一班內(nèi)，由同一焊工按同一焊接參數(shù)完成的200個(gè)同類型接頭作為一批。一周內(nèi)連續(xù)焊接時(shí)可以累計(jì)計(jì)算。一周內(nèi)累計(jì)不足200個(gè)接頭時(shí)，也按一批計(jì)算。②外觀檢查結(jié)果應(yīng)符合下列要求：接頭處不得有橫向裂紋；與鋼筋接觸處的鋼筋表面，對(duì)于Ⅱ級(jí)鋼筋，均不得有燒傷；接頭處的彎折，不得大于4 d；接頭處的鋼筋軸線偏移，不得大于0.1感覺直徑，同時(shí)不得大于2 cm；當(dāng)有一個(gè)接頭不符合要求時(shí)，應(yīng)對(duì)全部接頭進(jìn)行檢查，剔出不合格品；不合格的接頭經(jīng)切除重焊后，可提交二次驗(yàn)收。

3.1.2 注意事項(xiàng)

①在采用對(duì)焊機(jī)的電源開關(guān)內(nèi)裝設(shè)電壓表，以便觀察電壓波動(dòng)情況。焊接時(shí)，如電壓降大于5%，應(yīng)適當(dāng)提高變壓器級(jí)數(shù)；如電壓降到8%時(shí)，停止焊接。②每天正式生產(chǎn)前應(yīng)試焊兩個(gè)接頭，經(jīng)外觀檢查合格后，方可按選定的焊接參數(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。③焊接前，必須清除鋼筋焊接部位及電極與鋼筋接觸部位的鐵銹、污物等；鋼筋端部的扭曲、彎折應(yīng)予以矯直或切除。④接操作過程的各個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)密切配合，以保證焊接質(zhì)量。若出現(xiàn)異?，F(xiàn)象或焊接缺陷時(shí)，及時(shí)清除。

3.1.3 焊接工藝

根據(jù)鋼筋級(jí)別、直徑、接頭形式和焊接位置，選擇適宜的焊條直徑和焊接電流。焊接時(shí)，宜采用多層控溫施焊工藝，既要防止焊后冷卻速度過快，也要防止接頭過熱。焊接工藝應(yīng)符合下列要求：①搭焊接時(shí)，用兩點(diǎn)固定。定位焊縫應(yīng)離幫條或搭接端部20 mm以上。②焊接時(shí)，引弧應(yīng)在搭接鋼筋的一端開始，收弧應(yīng)在搭接鋼筋端頭上，弧坑應(yīng)填滿。③進(jìn)行搭接平焊時(shí)，第一層焊縫先從中間引弧，再向兩端運(yùn)弧；立焊時(shí)先從中間向上方運(yùn)弧，再從下端向中間運(yùn)弧。以使接頭端部的鋼筋達(dá)到一定的預(yù)熱效果。第一層行販應(yīng)有足夠的熔深，主焊縫與定位焊縫，特別是在定位焊縫的始端與終端，應(yīng)熔合良好。在以后各層焊縫的焊接時(shí)，采取分層控溫施焊。層間溫度控制在150～50℃之間，以起到緩冷的作用。④搭接接頭的焊縫厚度h應(yīng)不小于0.3鋼筋直徑；焊縫寬度6不小于0.7鋼筋直徑。⑤II級(jí)鋼筋搭接焊縫接頭進(jìn)行多層施焊時(shí)，采用“回火焊道施焊法”，即最后回火焊道的長(zhǎng)度比前層焊道在兩端各縮短4～6 mm。

3.2 混凝土施工

①混凝土原材料用來拌制混凝土的水泥、砂、碎石、水必須具有出廠合格證和進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)報(bào)告單，并為試驗(yàn)室試驗(yàn)檢定合格的產(chǎn)品，否則嚴(yán)禁使用。②混凝土的拌制?；炷潦褂脧?qiáng)制式攪拌機(jī)拌制?；炷猎诎柚茣r(shí)要嚴(yán)格按照施工配合比并準(zhǔn)確計(jì)量，稱量時(shí)的允許偏差不得超過以下范圍：水泥±1%，粗、細(xì)骨料±2%，水±1%?；炷猎诎柚茣r(shí)攪拌時(shí)間不得小于1 min，拌和均勻。施工中按規(guī)范要求及時(shí)制作試塊，塌落度檢測(cè)為50～70 mm。③混凝土的運(yùn)輸?；炷敛捎没炷翑嚢柢囘M(jìn)行運(yùn)輸，保證混凝土不發(fā)生離析、漏漿、嚴(yán)重泌水以及坍落度損失過多等現(xiàn)象。④模板。模板使用0.6 m寬、1.5 m長(zhǎng)的組合鋼模板拼裝而成，模板之間加塞海綿條以防止漏漿，模板內(nèi)設(shè)置Φ12拉筋和圓木內(nèi)支撐，同時(shí)模板外部要用方木支撐牢固。⑤混凝土的澆筑。澆筑混凝土?xí)r使用插入式振搗器進(jìn)行振搗，在搗固時(shí)振搗器的移動(dòng)間距不大于振搗器作用半徑的1.5倍，而且插入下層混凝土內(nèi)的深度宜為5～10 cm。在用振搗器搗固時(shí)不得碰撞模板、鋼筋和預(yù)埋鐵件。⑥混凝土的養(yǎng)護(hù)。混凝土的養(yǎng)護(hù)方式為灑水及薄膜覆蓋?；炷琉B(yǎng)護(hù)時(shí)間最少為7 d。⑦拆模。當(dāng)混凝土強(qiáng)度要達(dá)到2.5 MPa以上時(shí)拆除混凝土側(cè)模，且不損害其表面及棱角。拆模工作按立模順序逆向進(jìn)行，拆除模板時(shí)不得影響混凝土的養(yǎng)護(hù)工作。

3.3 沉降縫及防水層施工

基礎(chǔ)沉降縫縫內(nèi)填塞瀝青浸制麻筋，填塞的深度不小于0.3 m，并于接縫表面處鋪設(shè)0.6 m寬的三油兩氈防水層。墻面板沉降縫內(nèi)全斷面填塞瀝青麻筋，填土一側(cè)墻面鋪設(shè)三油兩氈防水層。

4 結(jié)束語

在膠濟(jì)鐵路客運(yùn)專線ZH-9標(biāo)扶臂式擋土墻基坑開挖采用圓木樁防護(hù)的施工技術(shù)，保證了工程施工進(jìn)度和工程質(zhì)量，對(duì)土質(zhì)地質(zhì)、基坑開挖深度小于4 m的工程施工簡(jiǎn)便，且圓木樁可重復(fù)利用，節(jié)省了工程成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為今后類似工程的施工積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。

[1]江正榮，朱國(guó)梁.簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.