樁板式擋墻在深路塹邊坡的設(shè)計(jì)應(yīng)用

李如凱

鐵路建設(shè)中軟質(zhì)巖深路塹邊坡工程，需要在坡腳采用預(yù)加固措施，樁板式擋墻作為常見(jiàn)的形式，在工程上得到了廣泛的應(yīng)用，本文結(jié)合工程實(shí)例，根據(jù)工程建設(shè)時(shí)的地質(zhì)條件，詳細(xì)的論述了樁板式擋墻的預(yù)加固機(jī)理，并且解析了樁板墻的受力特點(diǎn)和內(nèi)力分析，同時(shí)還敘述其配筋設(shè)計(jì)和布置。為類似工程項(xiàng)目在設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中提供參考。

近年來(lái)，鐵路工程建設(shè)過(guò)程中，出現(xiàn)很多深路塹邊坡工程，在開(kāi)挖過(guò)程或運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，由于施工不當(dāng)或工程地質(zhì)條件較差，經(jīng)常見(jiàn)到崩塌或滑坡等工程地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生，造成工期延誤，甚至有工作人員傷亡。為了減少或避免此類事故的發(fā)生，在深路塹邊坡坡腳進(jìn)行加固、預(yù)加固處理，重力式擋墻、樁板式擋墻等都是工程常見(jiàn)加固措施。

樁板式擋墻于20世紀(jì)70年代在鐵路路塹邊坡工程中開(kāi)始應(yīng)用，由于其剛度大、安全穩(wěn)定性高、施工干擾較小、施工環(huán)境環(huán)保，在鐵路工程中得到大量推廣應(yīng)用。本文結(jié)合峙峰山專用鐵路改造工程中軟質(zhì)巖深路塹邊坡采用樁板式擋墻進(jìn)行支擋設(shè)計(jì)，進(jìn)行了相關(guān)的論述。

圖1 典型橫斷面

一、工程概況

本工程DK12+618～ DK12+721段落以挖方形式通過(guò)，左側(cè)邊坡挖方最深達(dá)28.77m，屬于深路塹邊坡防護(hù)工程。該工程為既有線改造工程，如圖1。挖方邊坡已經(jīng)形成，存在大面積薄層刷坡，施工難度較大，施工過(guò)程中安全防護(hù)措施增加。同時(shí)，該工程尾部DK13+890于1998年10月施工期間，產(chǎn)生過(guò)滑動(dòng)，滑坡距線路最近處距離約為40m。為避免施工過(guò)程中及后期運(yùn)營(yíng)中工程地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，路塹邊坡坡腳采用樁板式擋墻收坡，擋墻以上邊坡開(kāi)挖施工難度降低，挖方量少。本文結(jié)合地形地貌及工程地質(zhì)特征，對(duì)樁板墻在軟質(zhì)巖深路塹邊坡中的預(yù)加固處理進(jìn)行設(shè)計(jì)探討。

二、工程地質(zhì)特征

項(xiàng)目區(qū)位于大同盆地西緣的洪濤山區(qū)，緊鄰大峪河，地貌類型屬單面斷塊中山，整體地形呈西南高東北低狀，“西南依山，東北靠河”。基本地震動(dòng)峰值加速度值為0.20g、基本地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期值為0.40s；地震烈度為Ⅷ度。地層巖性：整體呈硬質(zhì)砂巖與軟質(zhì)泥巖互層狀，表層約3～4m呈全-強(qiáng)風(fēng)化狀，全-強(qiáng)風(fēng)化層內(nèi)呈弱風(fēng)化砂巖與全風(fēng)化泥巖互層狀。泥巖為軟質(zhì)巖層，極易風(fēng)化剝落產(chǎn)生掉塊，砂巖層強(qiáng)度較高，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)。泥巖在風(fēng)化剝落后碎塊狀或碎片狀堆積于坡腳外，從而在砂巖層之下形成臨空面，造成砂巖層因失穩(wěn)而崩塌，堆積于坡腳外。巖土基本性質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 巖土基本性質(zhì)參數(shù)

三、樁板墻設(shè)計(jì)

1.樁板墻加固機(jī)理

邊坡坡體開(kāi)挖過(guò)程中，土體中既有地應(yīng)力場(chǎng)會(huì)因坡體的開(kāi)挖卸荷而導(dǎo)致土體應(yīng)力重新分布和坡體變形調(diào)整。彈性變形在邊坡開(kāi)挖后一般會(huì)立即釋放，對(duì)巖體結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定不造成損傷，而塑性變形和流變變形對(duì)巖體結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性有直接影響。開(kāi)挖邊坡的高度越大，塑變和流變對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響越明顯。特別在深路塹工程中，軟質(zhì)巖層高邊坡開(kāi)挖卸荷引起病害幾率較高。因此，對(duì)這類可能出現(xiàn)病害的深路塹邊坡采取預(yù)加固措施，預(yù)加固可以限制和防止高邊坡的進(jìn)一步變形失穩(wěn)。樁板式擋墻作為常見(jiàn)的邊坡支擋工程，在鐵路工程深路塹邊坡中作為預(yù)加固措施已廣泛得到應(yīng)用。樁板墻剛度大，能夠承受較大的水平下滑推力或墻后土壓力，預(yù)加固效果很好。本工程中路塹頂部覆土較薄，可以不考慮，下伏基巖為泥巖砂巖互層，構(gòu)造破碎，風(fēng)化侵蝕嚴(yán)重，為了避免在施工過(guò)程及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生地質(zhì)災(zāi)害，邊坡坡腳布置樁板墻進(jìn)行預(yù)加固處理。

2.樁形式的選取

根據(jù)鐵路工程實(shí)例，本次樁截面尺寸采用寬度2.5m，厚度2.75m，地面以上部分為T(mén)型變截面，樁頂厚hD=2.75m，變截面點(diǎn)至樁頂?shù)木嚯xhZ=9.00m，翼緣板厚度和懸出部分的寬度均為0.5m，樁頂9.0m以下范圍內(nèi)布置預(yù)制板，樁間距5.0m。

3.作用力系分析

作用于樁板墻的力系，包括滑坡推力、樁前滑體推力和錨固段地層的抗力。樁側(cè)摩阻力和黏聚力以及樁身重力和樁底反力可不計(jì)算。本工程中樁板墻主要用于邊坡的預(yù)加固，防止施工期間及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中工程地質(zhì)災(zāi)害的產(chǎn)生，作用于樁的力系主要為樁后巖土的主動(dòng)土壓力。

圖2 土壓力計(jì)算圖式

（1）計(jì)算破裂角和土壓力

填料綜合內(nèi)摩擦角Φ=35，墻背摩擦角δ=17.5，容重γ=22.00。計(jì)算圖式如圖2所示，按庫(kù)倫土壓力公式計(jì)算。

破裂角：36.76°

水平合力：9643.44（KN）

水平合力力臂：7.19（m）

該區(qū)的地震動(dòng)峰值加速度為0.20g，抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度。通過(guò)下文的計(jì)算公式來(lái)計(jì)算水平地震的荷載。

并且這一計(jì)算公式中：E是水平地震荷載；C1是重要性修正系數(shù)，取1.0即可；C2是綜合影響系數(shù)，取0.25即可；Kh是水平地震系數(shù)，需要參考規(guī)范取值；Gs是邊坡土體重力。

（2）計(jì)算樁身內(nèi)力

首先假定錨固段的長(zhǎng)度，按初參數(shù)法計(jì)算樁身的變位和內(nèi)力，檢查錨固段頂點(diǎn)和樁底地基的側(cè)壁應(yīng)力是否滿足巖層的橫向容許壓應(yīng)力。當(dāng)樁側(cè)地基應(yīng)力超過(guò)巖層的橫向容許應(yīng)力時(shí)，應(yīng)增加錨固段的長(zhǎng)度，反之，減小錨固段的長(zhǎng)度，再重新計(jì)算，直至滿足巖層的橫向容許壓應(yīng)力為止。

錨固段H2=14.00m

C35混凝土的彈性模量： E=3.15×107（KPa）

（3）樁身內(nèi)力計(jì)算時(shí)按一端固定的懸臂梁考慮

樁板墻樁底支撐可采用自由端、固定端或鉸支端，本次計(jì)算采用鉸支端，此時(shí)樁底水平變位為零、剪力不為零，角変位不為零、彎矩為零。樁身內(nèi)力見(jiàn)圖3。

圖3 樁身內(nèi)力計(jì)算圖（彎矩、剪力）

（4）配筋計(jì)算

樁的混凝土采用C35，樁的受拉主筋采用HRB400，箍筋及構(gòu)造筋采用HRB335。

根據(jù)上述內(nèi)力計(jì)算圖，其設(shè)計(jì)的最大彎矩是1.54x104（kN.m），最大剪力是3.67x103（kN）。受拉鋼筋采用φ28鋼筋，布置兩排束筋，每排14束，外側(cè)一排每束3根，內(nèi)側(cè)一排每束2根，混凝土保護(hù)層厚度10mm。箍筋采用雙肢鋼筋φ20，間距40cm。經(jīng)計(jì)算配筋滿足要求。

四、結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合鐵路既有線路改造工程實(shí)例，在深路塹邊坡工程中采用樁板式擋墻進(jìn)行預(yù)加固處理。參照工程地質(zhì)參數(shù)，利用“鐵一院路基助手軟件”分析其外力、內(nèi)力和配筋，并形成計(jì)算書(shū)，滑面處位移、轉(zhuǎn)角及樁頂位移等均滿足相關(guān)規(guī)范要求。樁板式擋墻在保證邊坡穩(wěn)定，有效控制坡體變形的同時(shí)，石方開(kāi)挖量減少很多，保障工程能順利完成。為類似工程提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。