H型樁板擋土墻在鐵路工程中的應(yīng)用

黃云龍

摘 要：隨著我國(guó)鐵路建設(shè)快速發(fā)展，一些線路、特別是城市軌道引入城市后，與其在規(guī)劃、既有建筑物、文物等存在平面干擾，為減少征拆、節(jié)約用地，需設(shè)置對(duì)稱結(jié)構(gòu)的H型樁板墻工程，使滑面處的位移及樁頂位移滿足要求；該文詳細(xì)介紹了哈大線的哈爾濱西站進(jìn)站端的H型樁板擋土墻內(nèi)力計(jì)算原理、設(shè)計(jì)方法、施工工藝及施工工序。受地質(zhì)條件和周邊環(huán)境的限制，設(shè)計(jì)中采用H型樁板擋土墻，以確保既有鐵路運(yùn)營(yíng)安全以及周邊建筑物的穩(wěn)定，同時(shí)保證路基沉降滿足要求及自身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：H型樁板擋土墻 橫撐 施工工藝

中圖分類號(hào)：U213.15 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）09（a）-0034-02

Abstract：With the development of the railway，after a number of routes into the city， rather than planning， existing buildings，heritage plane interference，dismantling，in order to reduce the levy to save land， be equipped with a symmetrical structure of h-pile-sheet retaining wall project，making sliding surface displacement and displacement of pile top meets the requirements；This paper introduces H pile board railway station of Harbin west end of the retaining wall internal force calculation principle，design method， construction technology and construction process. By the geological conditions and the surrounding environment， is adopted in the design of H type sheet pile retaining wall， to ensure that both the safe operation of the railway and the stability of peripheral buildings， while guaranteeing the roadbed settlement satisfy the stability requirement and its structure.

Key Words：H type sheet pile retaining wall bracing；Crossbars；Construction technology

1 概況

1.1 工程概況

工點(diǎn)位于哈爾濱西站進(jìn)站端。該段路基工程以深挖方形式通過，最大挖方深度超過18.0 m。線路為哈大客運(yùn)專線和動(dòng)車走行線四線并行，中間為速度目標(biāo)值350 km/h客運(yùn)專線，兩側(cè)為動(dòng)車走行線。塹頂左側(cè)距既有哈大鐵路線路中心距離約20～40 m。選取了其中一段平面布置圖（如圖1所示）及其中一個(gè)斷面（如圖2所示）分析。

1.2 地質(zhì)概況

工點(diǎn)所在地形較為平坦、開闊，房屋密布。自上而下各土層的主要工程地質(zhì)特征為：

（1）第四系全新統(tǒng)人工填筑土：厚0.4～4.3 m，主要為混有磚塊、混凝土、生活拉圾的黏質(zhì)黃土，淺表松散，下部中密，稍濕。

（2）上更新統(tǒng)沖積黏質(zhì)黃土：層厚13.6～23.2 m不等，土質(zhì)較均勻，無層理，黏粒為主，粉粒含量少。硬塑，局部為軟塑，=150 kPa；軟塑，=100 kPa；

（3）粉質(zhì)黏土：層厚大于25 m，廣泛分布于黏質(zhì)黃土層下，土質(zhì)較均勻，無層理，硬塑。

（4）底部為砂土層。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

（1）線路左側(cè)不足40 m處即為既有車站，路塹需收坡不壓占相鄰線路并保證既有鐵路的運(yùn)營(yíng)安全，線路右側(cè)有工廠及哈爾濱農(nóng)墾小學(xué)，須收坡最大限度減少拆遷，同時(shí)保證路塹兩側(cè)建筑物的穩(wěn)定性。因此，線路兩側(cè)設(shè)置了預(yù)應(yīng)力錨索樁板擋土墻。

（2）為了有效降低路基的沉降，將工后沉降控制在規(guī)范要求之內(nèi)，提高地基承載力，并且提高橫撐的剛度，在橫撐下方線路的位置設(shè)置了鉆孔灌注樁。

（3）為了增加H型樁板擋土墻結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，限制樁板結(jié)構(gòu)的水平變形，在對(duì)應(yīng)樁體的路基下部采用和樁體現(xiàn)澆固定連接方式設(shè)置了橫撐。

2.2 設(shè)計(jì)原理

采用結(jié)構(gòu)力學(xué)的柔度法，先將橫撐的各跨度中央切開，使之成為基本靜定系。根據(jù)變形相容條件補(bǔ)充方程，將靜力平衡方程和補(bǔ)充方程聯(lián)立求解，就可以計(jì)算出橫撐任意截面的彎矩、軸力和剪力，以及每一根樁頂?shù)妮S向力N、垂直樁軸方向的剪力Q和彎矩M。

根據(jù)計(jì)算所得的軸力、彎矩和剪力，即可確定樁長(zhǎng)和樁尺寸以及橫撐的尺寸。

作用于H型樁板擋土墻上樁的荷載主要有巖土體產(chǎn)生的土壓力和錨固段地層的抗力以及橫撐產(chǎn)生的作用力，在計(jì)算錨固點(diǎn)以上的樁身內(nèi)力時(shí)，可根據(jù)土壓力按一般結(jié)構(gòu)力學(xué)公式直接計(jì)算；在計(jì)算錨固點(diǎn)以下樁身內(nèi)里和變位時(shí)，按彈性地基梁計(jì)算。樁錨固深度的計(jì)算，根據(jù)地基的橫向容許承載力確定。由此可確定樁板擋土墻樁的長(zhǎng)度和尺寸。

2.3 H型樁設(shè)計(jì)

（1）該段兩側(cè)設(shè)置H型樁板擋土墻，懸臂段18 m，錨固段14 m，樁尺寸為3 m×2 m，樁間距6 m，樁間設(shè)擋土板。板寬0.5 m，擋土板采用C30鋼筋混凝土預(yù)制的槽型板，擋土板吊裝完成后于其后人工夯填砂夾卵石，厚0.3 m，吊裝孔后設(shè)土工排水片材反濾層，寬0 .3m。

（2）在路肩設(shè)計(jì)高程以下1.5 m處設(shè)橫撐，橫撐的截面寬度為1.5 m，截面高度為1.5 m；樁和橫撐均采用C40鋼筋混凝土澆筑，通過預(yù)埋鋼筋連為一體。橫撐下鋪設(shè)0.1 m厚的碎石墊層。

（3）在橫撐之下，線路中線位置設(shè)直徑為1.25 m的鉆孔樁，樁身材料為C30鋼筋混凝土，樁長(zhǎng)為25 m，樁必須伸入橫撐。

（4）橫撐上鋪設(shè)0.6 m厚的C40鋼筋混凝土板，混凝土板同鉆孔樁、橫撐共同形成埋 入式樁板結(jié)構(gòu)。板縱向每60 m，在橫撐中心處設(shè)一道伸縮縫，縫寬為2 cm，縫內(nèi)用瀝青麻筋填塞。板與橫撐接觸處鋪設(shè)3.5 cm厚的泡沫橡膠板彈性材料。

（5）在錨固樁上部設(shè)置兩孔預(yù)應(yīng)力錨索；第一孔錨索距樁頂1.0 m，第二孔錨索距樁頂4.0 m，自由段長(zhǎng)度11.0 m，錨固段長(zhǎng)度36.0 m，錨索總長(zhǎng)49.5 m。

2.4 H型樁板擋土墻內(nèi)力計(jì)算結(jié)果（表1、2）

2.5 H型樁板擋土墻段施工工藝

先從地面開挖至樁頂標(biāo)高，然后施工樁板墻，樁采取邊挖邊護(hù)的方法施工，鎖口、護(hù)壁必須及時(shí)緊跟開挖，樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，方可進(jìn)行路塹邊坡開挖，當(dāng)開挖至錨索孔位時(shí)，應(yīng)先施工錨索，錨索張拉鎖定后，才可繼續(xù)下挖，掛擋土板。然后按地基處理、施工鉆孔樁、橫撐、澆筑混凝土板的工序進(jìn)行施工。

2.6 H型樁板擋土墻段施工工藝

（1）H型樁板擋土墻必須分階段施工，先施工兩側(cè)樁，樁井必須隔樁開挖，樁開挖過程中同時(shí)完成預(yù)留橫撐段的開挖。樁澆注時(shí)，必須連續(xù)澆注，采用機(jī)械振搗方式搗實(shí)。樁澆注到設(shè)橫撐位置時(shí)，預(yù)埋橫撐的縱向受拉鋼筋，應(yīng)一次綁扎完成并伸入預(yù)留橫撐開挖孔內(nèi)，再用板把橫洞口堵住，以免水泥漿流入開挖的橫撐洞內(nèi)。鋼筋和預(yù)埋筋必須進(jìn)行檢查并做好記錄，符合設(shè)計(jì)要求后方能澆筑混凝土。

（2）在錨固樁的混凝土強(qiáng)度超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%之后，方可進(jìn)行路塹邊坡開挖，當(dāng)開挖至錨索孔位時(shí)，應(yīng)先施工錨索，錨索張拉鎖定后，才可繼續(xù)下挖，采取邊挖邊安裝擋土板的方法施工，開挖至路肩設(shè)計(jì)高程以下3.0 m處。

（3）施工橫撐下的鉆孔樁，必須等鉆孔樁的強(qiáng)度超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以后，填筑非凍脹性A、B組填料，填筑到距橫撐的底面高程0.1 m處，鋪墊0.1 m厚碎石墊層。

（4）鉆孔樁與橫撐混凝土接榫處必須鑿毛，鑿入深度為5.0 cm，清洗干凈，先涂純水泥漿，綁扎橫撐的鋼筋，再澆注橫撐混凝土。

（5）當(dāng)橫撐混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度以上后，橫撐之間填筑非凍脹性A、B組填料，與橫撐頂面平齊。

（6）在橫撐與板接觸處，鋪設(shè)3.5 cm厚的泡沫橡膠板彈性材料。

（7）澆注橫撐上的縱向混凝土板。

3 結(jié)語

（1）工程在受地形、地質(zhì)條件和周邊環(huán)境限制的情況下，設(shè)計(jì)中可考慮采用H型樁板擋土墻，解決其它支擋方案的不足。

（2）結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出了H型樁板擋土墻的內(nèi)力計(jì)算原理、施工工序、施工工藝，可為今后類似工程提供參考。

（3）H型樁板擋土墻的對(duì)稱設(shè)計(jì)可有效減少樁頂及滑面處樁的水平位移，在水平位移控制嚴(yán)格的工程項(xiàng)目中能有效解決實(shí)際問題。

（4）其支擋高度突破了現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范關(guān)于錨固樁自由懸臂段長(zhǎng)度的規(guī)定，在理論及工程實(shí)踐上均實(shí)現(xiàn)突破，支擋高度最大達(dá)18 m，突破常規(guī)樁板式擋土墻所能達(dá)到的高度，采用對(duì)稱設(shè)計(jì)及加設(shè)橫撐和鉆孔樁后，整體結(jié)構(gòu)可約束樁頂位移，較好改善樁的受力條件，使支擋樁的受力更合理，進(jìn)而減少樁的截面尺寸，節(jié)約投資。

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