樁基托梁擋土墻在道路工程中的應用

周雙朋

（貴陽市建筑設計院有限公司 貴州貴陽 550001）

1 引言

所謂擋土墻就是指用于支撐路基填土、山坡土體，加固填土或避免土體變形的工程構造物。樁基托梁擋土墻是樁與擋土墻的組合形式，按照工程設置位置的不同，樁基托梁擋土墻可分為路堤式樁基擋土墻與路肩式樁基擋土墻；按結構形式可分為單樁排樁基擋土墻、多排樁樁基擋土墻與錨索（桿）樁基擋土墻[1]。實踐表明樁基托梁可以減少對地基原地面承載力要求，從而降低擋墻高度，有效避免回填土地區(qū)或者軟土地區(qū)開挖造成的施工風險。

2 工程實例概述

沿河縣教育扶貧工程鸞塘教育園區(qū)新建項目園區(qū)東南側道路工程，工程范圍起于G326國道，終點接現(xiàn)狀老路，西南至東北，全長1520.52m，標準寬度10.5m。道路等級為城市支路，設計車速為20km/h。

由于道路在樁號K0+270～K1+233范圍內(nèi)右側邊坡高度較大，且道路右側為現(xiàn)狀高速公路，因此考慮在道路右側該段范圍內(nèi)設置衡重式樁基托梁擋土墻。

3 樁基托梁擋土墻結構設計與計算

3.1 擋土墻結構選型

該工程選用衡重式路堤擋土墻，擋土墻高度為17.8m，托梁尺寸為19.98m×2.0m×8.5m，長度為20.0m，樁體直徑為1.8m，相鄰樁間距為4.5m，間隔20m設置一道伸縮縫，寬度為2cm，結構如圖1所示。

3.2 計算分析

3.2.1 土壓力計算

衡重式擋土墻由于會受到衡重臺的應力影響，會出現(xiàn)較大傾角，土體應力狀態(tài)發(fā)生較大轉變，在接近主動極限平衡狀態(tài)時會出現(xiàn)兩個破裂面。該工程樁基擋土墻土壓力基于庫倫第一、第二破裂面開展計算，臺后與臺前溜坡土壓力按照庫倫主動土壓力進行計算，計算如下：

圖1 樁基托梁擋土墻結構橫斷面示意圖

式中：E-昆侖主動土壓力值，單位為kN；Ka-庫倫主動土壓力系數(shù)；φ-墻后填土內(nèi)摩擦角，取值為35°；δ-墻背與填土內(nèi)摩擦角，取值為δ=1/2φ=17.5°；a-墻頂?shù)呢Q直面與墻背面形成的夾角，豎直面在墻背內(nèi)取正值，豎直面在墻背外取負值，該工程擋土墻取值為a=14°；β-填土表面與墻頂水平面夾角，邊坡坡率為1：1.5，這里取值為β=34°。

3.2.2 擋土墻內(nèi)力計算

擋土墻內(nèi)力計算過程如下：先在計算機系統(tǒng)中輸入擋土墻的截面尺寸，后依此輸入荷載與擋土墻的物理參數(shù)、基礎與荷載分項系數(shù)，最后生成計算書。

穩(wěn)定性分析結果如下：①滑動穩(wěn)定性驗算，Ke=抗滑力/滑移力=1928.6/529.5=3.643≥1.300，滑移驗算結果符合規(guī)范；②傾覆穩(wěn)定性驗算，經(jīng)計算K0=4.262＞1.500，傾覆驗算符合規(guī)范要求；③地基應力與偏心距驗算，得出e=0.113≤0.2500×8.212=2.053m ，滿足要求。

3.2.3 樁基托梁內(nèi)力計算

本文托梁參照支端懸出的簡支梁進行計算，計算模型如圖2所示。這里對于樁基托梁內(nèi)力的計算不考慮地基的反作用力，抗滑樁與托梁間的交點視為固定的，如圖3所示。

圖2 樁基托梁擋土墻托梁以上外荷載分布

圖3 支端懸出簡支梁內(nèi)力計算示意圖

圖中，h-承臺高度；N-擋墻自重與土壓力豎向分力的合力；M-N對托梁中心的偏心彎矩；Ex-擋墻底部傳遞至托梁頂面的水平力，和擋墻所受的主動土壓力水平分力大小相同，但是方向相反；L0-間的凈距；L1-托梁邊緣與樁中心的間隔距離；L-托梁總長度；q-托梁底面上的垂直均布荷載；qx-水平面內(nèi)的水平均布荷載，qx=Ex/L。

因結構對稱布設，得出樁基托梁內(nèi)力計算方法，公式如下：

在基礎計算中只需考慮凈反力，無需將承臺自重納入計算中，所以上述公式中q=N/L。

由上可知，當 L0=2L1時，Mz=0，Vz=0。

需注意的是，若托梁底部的摩擦力與托梁上的水平推力相較更小，則需要對水平面的內(nèi)力進行計算。水平面內(nèi)力計算與豎直面內(nèi)力計算相同，qx替代上式中的q即可。

經(jīng)計算可知，抗滑樁托梁支座位置最大的負彎矩M0=4767.522kN·m，托梁下部雙向主筋配置為HRB400直徑28間距200mm可以滿足托梁受力要求。

4 樁基托梁擋土墻施工技術要點

4.1 樁孔成孔與樁基施工

在鉆進過程中，必須勤松繩，每次少松繩防止打空錘。要勤清碴，使鉆頭經(jīng)常沖擊新鮮地層。鉆進時，應經(jīng)常檢查鉆頭轉向裝置，使鉆頭在鉆進中能自由轉動。作好鉆進記錄和取樣工作，當鉆頭進入巖層時，為預防卡鉆，應經(jīng)常檢孔。

樁基開挖至設計標高后，清孔，即可放置鋼筋籠。在鋼筋籠的安放、接長過程中，始終保持骨架垂直；直螺紋套筒連接，接長時保證順直度滿足要求，接頭牢固。同一斷面接頭數(shù)量不超過總根數(shù)的1/2。鋼筋籠接好后嚴格檢查焊接縫質量，合格后下放，邊下放邊割除籠內(nèi)十字撐。

混凝土灌注應連續(xù)進行，嚴禁中途停工。在灌注過程中，要防止混凝土從漏斗內(nèi)溢出或從漏斗外掉入孔中，使測量不準確。并注意觀察管內(nèi)混凝土下降和孔內(nèi)返水情況，及時測量孔內(nèi)混凝土面高度，正確指揮導管的提升和拆除，保持導管的合理埋深。

4.2 托梁模板施工

樁基混凝土澆灌作業(yè)結束后對樁基礎進行檢測，檢測合格后方可開始托梁施工。對托梁下部的施工場地進行整平，反復夯壓，地基超挖部分需采用10cmC15素混凝土封底作為托梁墊層；側模為定型鋼模板拼裝而成，并用U形卡進行連接。在托梁兩側搭設雙排腳手架管，以固定側模模板位置，作為施工平臺。工程托梁橫截面為2.0m×8.3m。托梁結構體型較大，在澆灌混凝土過程中，為保證側模結構穩(wěn)固，可在側模上按照梁體方向設置φ16鋼筋拉桿，共50道，相鄰間隔距離為0.6m。

4.3 擋土墻腳手架架設

在托梁混凝土強度達80%可開始托梁上部的混凝土擋土墻施工。依據(jù)各伸縮縫或者是沉降縫段的結構物尺寸的相關要求順著擋土墻強身的兩側搭設雙排光管腳手架，腳手架立桿底部支墊必須牢固?；A、強身模板選用定型鋼模板，模板固定需借助墻身外側的鋼管肢手架進行固定。因為該工程中墻體的橫截面積較大，需按照墻身的高度與長度每間隔60cm設置一道φ16鋼筋拉桿。

4.4 擋土墻混凝土澆筑

混凝土澆筑需分層進行，每層澆筑厚度小于30cm，使用插入式振動棒反復搗固，搗固過程中振動器需垂直插入混凝土中，保證新舊混凝土緊密結合，振動棒插入深度控制在50～100mm。澆筑混凝土時需安排專人對模板系統(tǒng)進行檢查，若發(fā)現(xiàn)模板出現(xiàn)變形或位移則必須立即修正。

片石混凝土擋土墻施工材料中片石的摻入量需控制在20%以下，片石需分層放置，相鄰間距需大于10cm，混凝土必須完全包裹住片石，而片石與模板間的距離必須大于10cm。施工單位用振動器對混凝土進行振搗，提高密實度。

4.5 擋墻頂部分的施工

當擋墻施工至設計路面標高以下0.5m時候，設計路面標高以下0.5m采用C30素混凝土澆筑，如該處設計有管線或者其他地下構造物為其預留空間，且混凝土澆筑的時候，須根據(jù)道路附屬設施情況預埋防撞護欄、路燈等構造物預埋件。

5 結束語

綜上所述，樁基托梁擋墻的穩(wěn)定性較強，被廣泛應用于路基施工中。實際建設中，擋墻形式多選用衡重式結構，衡重式結構底部應力分布均衡，所用材料與其他結構形式相較成本更低。為保證擋墻的適用性，需依據(jù)道路工程所處地區(qū)的地理位置、地質條件等相關情況進行擋墻的合理設計，為工程建設創(chuàng)造有利條件，以充分發(fā)揮出樁基托梁擋土墻在復雜地質條件下路基工程中的積極作用。實踐表明，工程應用效果良好，可加以推廣。