雙排樁在隧道洞口偏壓段的應(yīng)用研究

龔 宇，易 平

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，湖南長(zhǎng)沙 410008)

1 工程概況及存在的問(wèn)題

卡子坳隧道樁號(hào)為K7+938～K8+420，隧道長(zhǎng)482 m，最大埋深56 m，山體呈南北走向。進(jìn)口端位于沖溝旁，覆蓋層薄，植被茂盛。出口端位于鄉(xiāng)道旁，植被少。隧道區(qū)域?yàn)閯兾g構(gòu)造丘陵型地貌，圍巖主要以黏土、強(qiáng)－中風(fēng)化頁(yè)巖為主。

卡子坳進(jìn)口端洞門(mén)樁號(hào)為K7+938，明暗交界樁號(hào)為K7+954，洞門(mén)為削竹式洞門(mén)，明洞長(zhǎng)16 m，圍巖從上而下依次為:5 m厚軟黏土、4 m厚強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖、中風(fēng)化頁(yè)巖。隧道左邊19.2 m處有一公路。具體見(jiàn)圖1所示。

圖1 隧道斷面(單位:m)

隧道明洞長(zhǎng)16 m，該區(qū)域圍巖穩(wěn)定性差且偏壓嚴(yán)重，明洞開(kāi)挖會(huì)影響坡體的穩(wěn)定，從而影響既有公路的穩(wěn)定。

2 隧道邊坡防護(hù)方案

鑒于圍巖穩(wěn)定性差且明洞開(kāi)挖不能引起公路的穩(wěn)定性，因此明洞邊坡采用哪種防護(hù)型式至關(guān)重要，在此提出4中防護(hù)型式，方案一:按1∶0.3進(jìn)行刷坡，坡面采用噴錨進(jìn)行防護(hù)，錨桿長(zhǎng)6 m，按1 m×1 m的間距進(jìn)行布置;方案二:采用樁錨支護(hù)，鉆孔樁直徑為1 m，間距2 m，樁身施工3道錨索，并施加預(yù)應(yīng)力，見(jiàn)圖2所示;方案三:采用鉆孔樁+橫撐進(jìn)行支護(hù)，鉆孔樁直徑為1 m，間距2 m，并施做兩道橫撐，見(jiàn)圖3所示;方案四:采用雙排樁方案，鉆孔樁直徑為1 m，前、后排樁的排距為2 m。

圖2 樁錨支護(hù)

方案比選:方案一為噴錨支護(hù)，先挖開(kāi)再進(jìn)行噴錨，此方法施工簡(jiǎn)單，不過(guò)邊坡在挖開(kāi)的過(guò)程中容易發(fā)生較大的變形，雖然采用長(zhǎng)度為6 m的錨桿進(jìn)行防護(hù)，但在軟黏土中1∶0.3的坡容易發(fā)生垮塌，從而影響既有公路的穩(wěn)定，因此此方案風(fēng)險(xiǎn)較大;方案二為樁錨支護(hù)，先施做鉆孔樁，然后邊開(kāi)挖邊施工錨索，此方案安全性較高，不過(guò)該邊坡有5 m后的軟黏土層，錨索在軟黏土中會(huì)因土的流變和錨固體與周圍土的接觸面的流變而產(chǎn)生錨固力的損失，從而產(chǎn)生邊坡變形逐漸增大的現(xiàn)象，因此錨索不宜在軟黏土層中應(yīng)用，所以樁錨支護(hù)的方案不能采用;方案三為鉆孔樁+橫撐的支護(hù)，不過(guò)該明洞左右兩邊高差大，橫撐無(wú)法施做，因此該方案不宜采用;方案四為雙排樁支護(hù)，該方案既能解決采用單懸臂樁支護(hù)的抗彎剛度不能滿足變形控制的要求，也能有效地限制邊坡的側(cè)向變形，因此該方案宜以采用，具體的布置見(jiàn)圖4、圖5所示。

圖3 鉆孔樁+橫撐支護(hù)

圖4 雙排樁立面

鉆孔樁直徑為1 m，前后排距為2 m，采用矩形布置，每一排9根，一共18根，樁長(zhǎng)18.25 m，嵌入土深度為4 m，冠梁截面尺寸為b×h=1 m×0.6 m，連梁截面尺寸為b×h=1 m×0.6 m。鉆孔樁離隧道明洞邊緣0.8 m。

圖5 雙排樁平面

3 支擋結(jié)構(gòu)計(jì)算

為了確保K7+938～K7+954段明洞支擋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時(shí)不對(duì)既有公路產(chǎn)生安全影響，采用理正深基坑6.0計(jì)算軟件進(jìn)行本段結(jié)構(gòu)計(jì)算，土壓力模型見(jiàn)圖6，公路荷載采用地面超載進(jìn)行簡(jiǎn)化，見(jiàn)表1所示。計(jì)算內(nèi)容有:①采用彈性法計(jì)算鉆孔樁的內(nèi)力，土壓力計(jì)算模式見(jiàn)圖6，計(jì)算模型見(jiàn)圖7所示，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2所示;②地表沉降計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖8;③基坑整體穩(wěn)定性驗(yàn)算，整體驗(yàn)算簡(jiǎn)圖如圖9;④抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算，得出抗傾覆安全系數(shù)。為了節(jié)約篇幅，略去一些常見(jiàn)的計(jì)算公式。

圖6 土壓力計(jì)算模式

表1 路面超載

1)從表2中，可以看出鉆孔樁最大彎矩、最大剪力都比內(nèi)力設(shè)計(jì)值小，鉆孔樁是安全的。

2)從圖8地表沉降中可以看出，公路區(qū)域內(nèi)的沉降位移比較小，公路在安全范圍之內(nèi)。

3)圖9為整體穩(wěn)定性驗(yàn)算簡(jiǎn)圖。

計(jì)算方法:瑞典條分法;

圖7 計(jì)算模型(單位:m)

表2 鉆孔樁內(nèi)力表

圖8 地表沉降

圖9 整體穩(wěn)定驗(yàn)算

應(yīng)力狀態(tài):總應(yīng)力法;

條分法中的土條寬度:1.00 m。

滑裂面數(shù)據(jù):

整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.869;

圓弧半徑R=30.451 m;

圓心坐標(biāo)X= －3.077 m;

圓心坐標(biāo)Y=25.839 m。

整體穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=1.486＞1.30，滿足規(guī)范要求。

4)抗傾覆安全系數(shù):

式中，Mp為被動(dòng)土壓力及支點(diǎn)力對(duì)樁底的抗傾覆彎矩，對(duì)于內(nèi)支撐支點(diǎn)力由內(nèi)支撐抗壓力決定;對(duì)于錨桿或錨索，支點(diǎn)力為錨桿或錨索的錨固力和抗拉力的較小值;MG為雙排樁自重對(duì)樁底的抗傾覆彎矩;Ma為主動(dòng)土壓力對(duì)樁底的傾覆彎矩。

注意:錨固力計(jì)算依據(jù)錨桿實(shí)際錨固長(zhǎng)度計(jì)算。

因此，Ks≥1.200，滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

本文對(duì)卡子坳隧道洞口明洞段邊坡的防護(hù)型式進(jìn)行了探討，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況，并通過(guò)方案比選，最終確定采用雙排樁進(jìn)行支護(hù)。樁的直徑為1 m，前后排距為2 m，采用矩形布置，每一排9根，一共18根，樁長(zhǎng)18.25 m，嵌入土深度為4 m，冠梁截面尺寸為b×h=1 m×0.6 m，連梁截面尺寸為b×h=1 m×0.6 m。通過(guò)采用理正深基坑6.0計(jì)算軟件進(jìn)行本段結(jié)構(gòu)計(jì)算，得出雙排樁內(nèi)力、整體穩(wěn)定性、抗傾覆都是安全的，且公路也是安全的。

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