某直立式擋土墻加筋體填土支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李 堯

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李 堯

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)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(tái)與線側(cè)下式站房之間采用懸臂式、扶壁式加筋體填土支擋結(jié)構(gòu)，最大設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)綜合了懸臂式、扶壁式擋土墻和加筋體填土兩者的優(yōu)點(diǎn)，有效地解決了空間狹小、高差大、壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)要求高、變形要求嚴(yán)格、需設(shè)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(shì)低緩，起伏不大。該段地表主要上覆第四系粉質(zhì)黏土，硬塑狀，土質(zhì)不均勻，含5%～20%的石英質(zhì)砂礫，厚2～10m不等，分布于淺丘地表。下伏黑云母花崗巖，中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成份為石英、長石、黑云母等。巖體構(gòu)造節(jié)理和風(fēng)化節(jié)理均不發(fā)育，風(fēng)化厚度大 。段內(nèi)地表水較發(fā)育，主要由大氣降雨補(bǔ)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(fēng)化層中裂隙水較發(fā)育，具弱～中等硫酸型酸性侵蝕及弱～中等溶出型侵蝕，屬H1環(huán)境。本段地震基本烈度為Ⅶ度。

1 設(shè)計(jì)方案比選

設(shè)計(jì)方案比選時(shí)，對(duì)樁板墻、直立式擋土墻加筋體支擋結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。由于在場(chǎng)坪邊設(shè)置管廊，管廊底高程為11.884m，管廊底較站臺(tái)面低11.266m。站房布置的房屋結(jié)構(gòu)柱及雨棚柱中心線直接位于站臺(tái)的邊緣線上，而房屋結(jié)構(gòu)柱及雨棚柱均為樁基礎(chǔ)加承臺(tái)。錨固樁施工對(duì)管廊、房屋結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)對(duì)設(shè)置管廊施工干擾較小，且站房整體建筑美觀協(xié)調(diào)等因素，故設(shè)計(jì)采用直立式擋土墻加筋體支擋結(jié)構(gòu)方案。

2 設(shè)計(jì)及檢算

設(shè)計(jì)及檢算以扶壁式擋土墻為例進(jìn)行說明。

2.1 填料物理學(xué)指標(biāo)選取

墻背采用花崗巖全風(fēng)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(jí)配碎石填筑)，按照《鐵路路基支檔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》表3.2.11，填土物理力學(xué)指標(biāo)采用φ=35°, γ=20kN/m3。

2.2 土壓力計(jì)算

在地面水平墻背豎直條件下，采用朗肯理論公式進(jìn)行土壓力計(jì)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(wěn)定性檢算

按照《鐵路路基支檔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定檢算、抗滑穩(wěn)定性檢算、地基承載力檢算。扶壁式擋土墻穩(wěn)定性檢算檢算結(jié)果見表1。

表1 扶壁式擋土墻穩(wěn)定性檢算

2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)路基》進(jìn)行墻身內(nèi)力計(jì)算，根據(jù)墻身內(nèi)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行墻身鋼筋混凝土配筋設(shè)計(jì)。

2.5 加筋體填土設(shè)計(jì)

填料應(yīng)分層填筑壓實(shí)，填料壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足相應(yīng)部位的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。壓實(shí)方式可采用振動(dòng)式壓路機(jī)或重型碾壓機(jī)械充分碾壓，較重的碾壓機(jī)械距懸臂式擋土墻的距離不應(yīng)小于1.5m，擋墻后1.0～1.5m范圍內(nèi)宜采用小型機(jī)械壓實(shí)或人工夯實(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的密實(shí)度，碾壓順序?yàn)椋豪钪胁?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(shí)厚度的1/3。

2.6 地基設(shè)計(jì)

2.6.1 整體穩(wěn)定性檢算

采用圓弧破裂面法檢算加筋體填土整體穩(wěn)定性，在天然地基工況下，整體穩(wěn)定系數(shù)為Fs=1.157<1.25，不能滿足設(shè)計(jì)要求；采用復(fù)合地基處理后，整體穩(wěn)定系數(shù)為Fs=1.603。

2.6.2 地基承載力檢算

根據(jù)表一檢算結(jié)果，擋墻地基承載力為288.53kPa，天然地基承載力為180kPa，需采用復(fù)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(jié)構(gòu)基底為花崗巖全風(fēng)化，地基承載力為180kPa，不能滿足設(shè)計(jì)要求需要進(jìn)行地基加固處理提高承載力，本工點(diǎn)地基加固采用CFG樁進(jìn)行處理能夠滿足設(shè)計(jì)要求，但由于站臺(tái)、雨棚樁基承臺(tái)等施工相互干擾，施工空間狹小，大型機(jī)械設(shè)備無法施工，故擋土墻底板下地基采用旋噴樁進(jìn)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(shè)0.6m厚碎石墊層夾兩層抗拉強(qiáng)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(fù)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(qiáng)度不小于80kN/m?？拷鼡鯄?cè)包裹0.5m寬填土后回折長度不小于2.0m，頂部?jī)蓪硬恍∮?.0m。扶壁式擋土墻加筋體填土支擋結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)代表性橫斷面

3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

3.1 測(cè)試目的及內(nèi)容

測(cè)試墻后填土施工過程中及工后的擋墻與填土力學(xué)響應(yīng)，包括墻身及墻身以下地基的側(cè)向(水平)變形、墻身應(yīng)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(yīng)變，分析墻后擋墻、填土與筋帶的相互作用。

測(cè)試內(nèi)容包括擋墻的側(cè)向變形，擋墻底板上、下的土壓力，擋墻立壁上的土壓力及應(yīng)力應(yīng)變，墻后土體中的筋帶拉力和土中應(yīng)變。

3.2 測(cè)試結(jié)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(jīng)典土壓力理論，并不呈現(xiàn)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(dá)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(yuǎn)的筋帶受拉。受拉與受壓的分界約在墻后4.5～7.5m范圍內(nèi)。筋帶的平均應(yīng)變?yōu)?320με。筋帶應(yīng)變變化曲線見圖3。

圖3 筋帶應(yīng)變變化曲線

4 工程體會(huì)

(1)福廈鐵路廈門北站直立式擋土墻加筋體填土支擋結(jié)構(gòu)，最大設(shè)計(jì)墻高13m，屬于超規(guī)范特殊設(shè)計(jì)，擋墻后采用加筋體填土，通過筋帶改善填土物理學(xué)指標(biāo)，取得了成功，對(duì)今后站臺(tái)與站房之間直立收坡類似工程均有較大的借鑒和指導(dǎo)意義。

(2)通過基底壓應(yīng)力檢算，懸臂式、扶壁式擋土墻加筋體填土支擋結(jié)構(gòu)基底承載力要求較高，需要通過地基處理提高基底壓應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)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(yīng)提前安排施工，節(jié)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(jīng)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(dá)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(yuǎn)的筋帶受拉。受拉與受壓的分界約在墻后4.5～7.5m范圍內(nèi)，對(duì)今后類似工程設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算模型具有指導(dǎo)意義。

李堯(1981～)，男，大學(xué)本科，工程師，主要從事鐵路設(shè)計(jì)工作。

TU94+2

B

[定稿日期]2015-03-20