永臨結合的鉆孔灌注樁排樁擋土墻在既有線邊坡支擋工程中的應用

焦瑞玲，吳連海

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300142)

1 工程概況

我國北方地區某動車段是動車組檢修基地及高速鐵路的檢修中心，段內股道多、道路縱橫、平立交道互相連通。由于北側背靠繁忙的電氣化貨運鐵路，南側中部某園地無法拆遷，致使動車段股道排列形式有如眼鏡形。中部狹窄區域，試車線和排水溝緊鄰6～7 m高的既有鐵路路堤，設計場坪高程低于既有鐵路路肩，高差達5～6 m。還有1條3.5 m寬段內道路夾在試車線與既有線間狹窄條帶區域內，路面高程起伏變化大，從低于既有線路基高程約10 m到與其并行等高，其中還有約645 m長度位于與豐雙線等高的墻頂處。為滿足動車段場地布置要求，JK1+900～JK2+895段緊鄰既有線的試車線及道路需切挖既有鐵路路基邊坡，必須設擋墻收坡，并保證既有線安全運營。

2 擋土墻設計方案選擇

2.1 方案比較

既有鐵路為電氣化鐵路，是城區內重要貨運疏解線，運輸間隔僅為2～3 min，十分繁忙，切挖路基邊坡，必然引起路基變形，必須控制其變形不能引起接觸網和軌道發生較大位移，以保證正常安全運營，這是設計方案選擇的首要控制因素。墻型方案是影響段內平面布置能否實現的關鍵。

設計中結合工程實際進行了如下3種方案的比較。

方案一:混凝土重力式擋土墻或鋼筋混凝土懸臂或扶壁式擋墻;

方案二:樁板擋墻;

方案三:永臨結合的鉆孔灌注樁排樁擋墻。

2.2 各方案優、缺點分析

(1)方案一:由于重力式或懸臂、扶壁式擋墻墻后基礎底面寬，基坑對既有線邊坡挖切寬、深，臨時支護樁位于路肩附近，基坑支護結構影響到接觸網柱基礎，支護樁施工也影響既有鐵路運營，且基坑變形大必然影響運營安全，且需要斷道施工，對樞紐貨運組織影響較大，方案實施難度最大，造價較高。

(2)方案二:雖然樁板擋墻的樁施工對既有線影響較小，但樁間板區域施工同樣存在基坑開挖切挖邊坡深、寬，以及須在路肩設置臨時支護和需斷道施工等問題，對樞紐貨運組織影響大，方案實施難度大;而且錨固樁錨固長度大且截面大，影響道路布置。工程造價最高。

(3)方案三:在邊坡中下部采用沿線路縱向一排鉆孔灌注樁排樁，在道路與既有線并行等高段，排樁施工對既有線影響較小，不需斷道，只要控制好排樁變形，可以作為永久擋墻;在道路需下挖、與既有線路肩高程差較大段，需切挖既有線邊坡較深段，即作為臨時支護又可作為永久性擋墻，還可以減少上述基坑開挖帶來的對既有線運營和安全的影響問題，而且本方案工程造價相對較低。缺點是變形控制難度大，且無設計規范可依。

根據場地工程條件，吸取既有線路基邊坡支護失敗的經驗、教訓，經過以上可行性及技術經濟對比分析，為不影響既有線運營，同時又保證安全，切挖既有邊坡深、寬地段，根據道路高程和位置分別選用永臨結合的鉆孔灌注排樁擋墻方案，橫斷面形式分別見圖1、圖2。

3 鉆孔灌注排樁擋墻設計

3.1 地質條件

圖1 道路與既有線并行等高段鉆孔灌注排樁擋墻橫斷面(單位:m)

圖2 道路低于既有線下挖段鉆孔灌注排樁擋墻橫斷面(單位:m)

自上而下分別為:地表雜填土，0～2.4 m，褐黃色～黃褐色，稍密，稍濕，以細砂為主，局部呈黑色，含磚渣，云母;素填土，褐黃色，稍密～中密，局部松散，稍濕～潮濕，以粉砂、粉土為主，含植物根系及灰渣、磚渣等，地基基本承載力80 kPa，局部地段小于60 kPa;粉質黏土，黃褐色，硬塑，含云母，氧化鐵，厚0～5.6 m，地基基本承載力150 kPa;粉土，褐黃色，中密，稍濕，含云母，氧化鐵斑點及有機質斑點，厚0.7～3.2 m，地基基本承載力150 kPa;粉砂，褐黃色，中密，稍濕，成分以石英、長石為主，厚2.3～8.2 m，地基基本承載力210 kPa;細園礫土，灰白色，稍濕，中密，成分以砂巖為主，呈亞圓形，級配較好，一般粒徑10～30 mm，最大80 mm，地基基本承載力400 kPa。

勘探期間未見地下水。地震動峰值加速度0.20g，土壤最大凍結深度0.80 m。

3.2 設計技術難點

排樁擋土墻又可稱為柱列式擋土墻，屬板式支護體系，是把單個鉆孔灌注樁并排連續起來形成的擋土結構。一般用于基坑臨時支護工程設計。基坑開挖設計除考慮承載能力，還要考慮基坑工程變形要求。建筑和地鐵等基坑支護變形控制值，根據各種基坑等級規定不同值，且當基坑深度較大時，普遍采用上部支撐結構，以控制基坑變形。

本項目的永久排樁擋土墻結構設計，需要解決以下問題:第一承載能力需滿足墻頂后靜、動荷載應力和彎矩、抗剪強度滿足要求;第二為樁頂及墻前地面變形控制標準如何選擇，在施工期間成樁后樁前邊坡土體切空、墻后土體回填中，以及竣工完成后汽車荷載、列車荷載作用等幾種工況下，樁前、墻頂后路面或邊坡的豎向、橫向位移能夠滿足使用要求，不致危及鐵路的正常運營;第三為怎樣保證動車段場坪以上樁體擋墻整體性、強度均勻性和墻面美觀問題;第四為既有線邊坡上樁基施工是選擇機械鉆孔還是選用人工挖孔問題，既要施工可行，保證施工人員的自身安全，又要保證既有線運營安全。

3.3 樁體設計

(1)設計荷載

墻頂道路與既有線并行等高段分別為道路荷載以及鐵路靜、動荷載。

道路下挖且位于墻前段為路堤土壓力和鐵路靜、動荷載。

需要按照實際工況進行荷載組合分析，并考慮地震荷載作用最不利工況。

(2)鉆孔灌注樁樁徑為1.25 m，采用C35鋼筋混凝土澆筑，排樁擋墻長度共645 m，排樁上部懸臂段高度4.5～5.6 m，采用一字相切排列，間距與樁徑相同。單根樁長10～13.5 m。

(3)排樁頂面設置C35鋼筋混凝土冠梁，冠梁高0.6 m，寬度為1.55 m，并使樁身主筋深入冠梁頂部，以進一步減少樁頂部的變形，提高排樁擋墻整體剛度。

(4)根據《建筑基坑支擋技術規程》進行樁體嵌固深度計算，結構內力及變形計算采用彈性地基梁理論，樁體配筋設計按照《混凝土設計規范》，采用同濟啟明星基坑支護設計軟件進行整體穩定、抗傾覆穩定、結構強度、墻頂水平變形及垂直變形計算設計。

(5)變形控制標準確定

按照《鐵路路基支擋結構設計規范》，一般擋墻不進行變形檢算，但要求樁板墻樁頂位移應小于懸臂段長度的1/100，且不宜大于10 cm，錨固點變形不宜大于10 mm;按照《基坑支護技術規程》不同地區對不同等級的基坑水平位移及垂直沉降都有不同要求。根據本工程周邊環境條件，參考《鐵路路基支擋結構設計規范》中樁板墻變形控制標準，以及上海、廣州、深圳等地鐵基坑工程的圍護結構地面沉降及水平位移控制標準，提出本工程的變形設計控制值為:墻頂地面最大沉降量≤30 mm，最大水平位移≤42 mm;本工程施工監控報警值為:墻頂地面最大沉降量≤0.2%H(H為懸臂段高度);排樁頂最大水平位移≤0.3%H。

(6)墻前地基補強

對于地表較厚松散雜、素填土，為增強樁前土體抗力，提高樁體錨固點以及地基土的模量，減少樁前地基變形以及約束上部排樁變形，樁前地基采取重型機械碾壓，并打設5排旋噴樁，沿墻長方向間距1.5 m，垂直擋墻方向間距1.2 m，樁徑0.6 m。

(7)排樁的整體性和外觀處理

由于鉆孔灌注排樁作為永久結構，樁截面為圓形，墻面為排列的柱體，鋼筋布置為沿著樁周均布，樁與樁之間一定范圍內存在無鋼筋的薄弱面，且外觀不平整需要處理。為此在懸臂段灌注樁高出動車線路肩或道路的外立面部分，沿墻長每隔1.25 m，沿墻高每隔1 m，在樁間打孔設小錨桿外掛鋼筋網，錨桿與鋼筋網綁扎牢固，于樁前立模板，將樁身與模板間的空隙澆筑C35混凝土，并保證樁身處混凝土厚度不小于0.1 m。采用M15水泥砂漿抹面找平，使得墻面平整美觀。排樁錨桿掛網平面布置見圖3。建成后擋墻分別見圖4、圖5。

圖3 排樁墻面掛網澆筑混凝土處理

圖4 道路下挖段排樁墻

圖5 道路與既有線并行等高段排樁墻

3.4 采用等剛度法對排樁墻設計尺寸進一步校驗

排樁擋墻受力形式與擋墻類似。將樁墻按抗彎剛度相等的原則等價為一定厚度的擋墻進行內力分析，計算等剛度擋墻折算厚度如下:

樁徑為D，樁凈距為t，則單位樁應等價為長D+t的擋墻，令等價后的擋墻厚為h，按二者剛度相等的原則可得

簡化后得

本工程采用一字相切，D=1.25 m，t=0 m，則h≈0.838D=1.05 m。與同等高度的懸、扶壁擋墻厚度比較，按等價的擋墻厚為h=1.05 m設計，結果偏于安全、合理。

4 施工

4.1 樁基施工方法

樁基施工可采用鉆孔灌注或人工挖孔法施工。鉆孔法施工速度快，且施工人員安全有保證;缺點是鉆孔樁設備上路基邊坡，需工作平臺，有泥漿排放，工程費用較高。人工挖孔法施工，可以多工作面同時開展，沒有泥漿排放，不造成對環境的污染，工程費用相對較低;缺點是既有線旁需要人員多，施工安全風險大，受列車振動影響，既有路堤填料和填筑密實程度必須查清，另外需要隔開適當距離跳開挖孔，挖孔中要及時采取可靠樁孔護壁和孔頂遮蓋等措施，并采取嚴密的既有線防護措施，增加防護力量，確保施工人員安全，并及時下籠澆筑混凝土。經過慎重考慮，設計推薦采用鉆孔灌注樁施工方案。

4.2 排樁施工變形監測

設計要求擋墻及排樁基坑開挖前后應作系統變形監控。

監控方案包括監控報警值、監測方法及精度要求、檢測點的布置、檢測周期、工序管理和記錄制度以及信息反饋系統等，并備有應急方案。

監控點應包括樁前地面、樁身、樁頂、樁頂后道路頂面、路肩、接觸網立柱基礎、軌道頂部等，監控頻率應隨樁身成孔、灌注混凝土、樁前土體切挖、樁后土體填筑等工序變化，列車通過前后也應觀測，直至墻前和墻頂后變形逐漸穩定。

設計要求控制施工速率，每道工序變形穩定后再進行下一步工序，尤其是應控制切挖墻前邊坡土體以及墻后土體填筑施工速度，墻前土體應間隔、跳槽、逐層切挖，墻后填土應嚴格控制填層厚度和填土速率。變形接近和達到報警值必須立即停止施工。

5 結語

(1)本段鉆孔灌注樁排樁擋墻施工中墻前后和既有線軌道變形較小，遠沒有達到報警值和控制值，對既有線運營干擾不大。運營4年多來，墻體平順完整，無裂紋，擋墻變形微小，狀態良好，證明設計和施工是成功的。

(2)對受既有線路基空間和運營條件限制，正常設置重力式或懸臂、扶臂擋土墻有困難的地段，采用鉆孔灌注樁排樁等永臨結合的支擋結構形式，雖然排樁結構設計難度大，沒有規范可依，強度和穩定計算方法以及變形設計控制標準均需要進行研究確定。本工程設計研究提出了排樁擋墻結構措施、強度和穩定等計算分析方法、設計變形控制標準等，并按照等剛度與懸臂等輕型擋墻設計尺寸進行比較，設計思路具有創新性。

(3)永臨結合的排樁結構可在空間狹小地段施工，工藝簡單，大大節約既有建筑和鐵路的臨時防護工程投資，平面布置靈活，采取一定防護措施可滿足既有線和既有建筑物運營安全，已多次在本單位推廣到其他線設計中，為今后此類擋墻設計積累了寶貴經驗。

［1]JGJ79—2002 建筑地基處理技術規范［S].北京:中國建筑工業出版社，2002.

［2]劉建航，侯學淵.基坑工程手冊［M].北京:中國建筑工業出版社，1997.

［3]中華人民共和國鐵道部.TB10025—2006 鐵路路基支擋結構設計規范［S].北京:中國鐵道出版社，2006.

［4]北京城建設研究總院.GB50157—2003 地鐵設計規范［S].北京:中國計劃出版社，2003.

［5]李毓林.鐵路工程技術手冊·路基［M].北京:中國鐵道出版社，1992.