樁基擋墻在高速鐵路陡坡路基中的應用

王抒揚

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢　430063)

The Application of the Pile Foundation Barricade in the Abrupt Slope Foundation of Highspeed Railway

WANG Shuyang

樁基擋墻在高速鐵路陡坡路基中的應用

王抒揚

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢430063)

The Application of the Pile Foundation Barricade in the Abrupt Slope Foundation of Highspeed Railway

WANG Shuyang

摘要重力式擋土墻和樁板式擋土墻是兩種常見的鐵路路基支擋結構形式。對于陡坡路基路堤側支擋工程，當重力式擋墻的墻高、墻趾埋深或基底應力等受控制時，常采用樁板墻進行路堤支擋。但當樁板墻懸臂端過長，樁頂水平位移難以控制或不經濟時，可將兩者有機結合起來，形成樁基托梁重力式擋墻，可較為經濟地實現路堤支擋的目的。結合某在建高速鐵路工程案例，詳細闡述陡坡路基樁基擋墻的設計及施工要點。

關鍵詞高速鐵路陡坡路基路堤支擋樁基擋墻

1工程概況

某新建高速鐵路設計時速350 km，雙線，無砟軌道。經縱、橫斷面優化選線，線路DK590+731.62～DK590+835段仍為陡坡路基。線路左側為深路塹挖方，右側路基放坡最大填土高度達21 m。典型路基斷面如圖1所示。為確保路基的整體穩定性、橫向差異沉降控制及長期運營性能，并考慮節省用地、降低工程投資等，需對路基右側路堤邊坡進行支擋處理。

圖1　設計方案比選橫斷面示意(單位：m)

2工程地質概況

本段路基地處低山丘陵地區，地勢陡峻，自然邊坡40°～45°，植被發育。地下水為基巖裂隙水，不發育，無侵蝕性。主要巖土層分為二層。表層為(1)粉質黏土(Qel+pl)，褐紅色，硬塑，地基承載力為180 kPa，土石等級為Ⅲ。下伏長英角閃片巖，(2)-1全風化，地基承載力為250 kPa，土石等級為Ⅲ；(2)-2，強風化，地基承載力為400 kPa，土石等級為Ⅳ；(2)-3，弱風化，地基承載力為800 kPa，土石等級為Ⅴ。

3支擋方案比選

3.1　重力式擋土墻

重力式擋土墻是鐵路路堤邊坡中常用的支擋類型，當邊坡不高且地質條件比較好的情況下，多設于路堤坡腳。

對于本工點，當坡腳采用重力式擋墻，因地形較陡，墻趾穩定及深層滑動穩定難以保證。同時，挖方和高填方勢必會產生路基橫向不均勻沉降。《高速鐵路設計規范(試行)》(TB10621—2009)規定，無砟軌道高速鐵路路基一般地段沉降應小于15 mm，過渡地段沉降應小于5 mm。因此，需對重力式擋墻被動受力產生的橫向變形進行特別處理，僅采用重力式擋墻方案不適合本工點路堤支擋。

3.2　樁板墻

樁板墻是一種成熟的路基支擋方案，較一般的擋土墻設計復雜，但適應性和變形控制效果好，造價相對較高。

針對本工點，鑒于陡坡路基地形條件，若僅采用樁板墻進行處理，考慮樁前土體穩定和抗力貢獻，有效錨固段自地面以下6 m計，懸臂段高達14 m，對樁長、樁截面要求很高，經濟性較差，且存在較大工程風險，故單獨樁板墻方案也不可行。

3.3　樁基擋墻

樁基擋墻是由擋土墻、承臺、樁三種結構有機組合的一種新型路基支擋結構，較重力式擋土墻、樁板墻單一支擋結構，應用邊界條件更加靈活，計算方法和工程應用也較為成熟。就本工點而言，對路基整體穩定和橫向差異沉降控制均較為有利。經綜合比選，適用于本段陡坡路堤右側路基支擋。

4工程設計

4.1　設計流程

(1)根據地形條件及巖土參數，估算路基填方土壓力，初步擬定擋土墻高度、承臺尺寸、樁長、樁截面尺寸及樁間距等結構設計參數。

(2)根據地質資料確定地基系數等相關檢算參數，對樁進行試算，通過調整樁截面及樁長來達到對樁頂位移的控制。

(3)根據樁身的彎矩、剪力圖內力計算進行配筋設計。

4.2　擋土墻設計

樁基擋墻中的擋土墻設計同一般重力式擋土墻設計，墻身設計高度為8 m，采用C30混凝土澆筑。為保證高速鐵路基床結構的橫向均勻性，按高速鐵路設計規范(試行)》(TB10621—2009)要求，擋墻墻頂以上填筑2.7 m高的路堤基床，邊坡坡率1∶1.5。在進行擋土墻截面計算時，按分布荷載形式與列車活載一并計入土壓力。根據工點的地質條件，擋土墻主要設計參數為：

(1)混凝土容重取25 kN/m3；

(2)墻背土容重取20 kN/m3；

(3)墻后土體綜合內摩擦角取35°；

(4)基底摩擦系數取0.3(采用托梁式不控制)；

(5)地基承載力取180 kPa(采用托梁式不控制)；

(6)擋墻坡率為1∶0.3；

(7)混凝土軸心抗壓強度fc=14.3 MPa；軸心抗拉強度為ft=1.4 MPa；彈性模量E=30 000 MPa；

(8)受力主筋抗拉強度fy=300 MPa；箍筋抗拉強度fy=210 MPa。

擋土墻土壓力采用庫倫土壓力理論進行計算，計算得墻踵土壓力為216 kN，墻趾土壓力為158 kN。

4.3　承臺設計

承臺采用C35鋼筋混凝土澆筑，根據擋墻底寬，并考慮構造設計，擬定鋼筋混凝土承臺寬3.85 m，高1.5 m，擋墻與承臺每節長10 m。

4.4　錨固樁設計

取樁長18 m，采用單排矩形挖孔樁，樁截面采用2.25 m(寬)×2.5 m(厚)，樁間距5 m。樁身同承臺一樣，采用C35鋼筋混凝土澆筑。

根據地質鉆探報告，錨固樁處于粉質黏土和基巖全風化中，計算方法按“m”法計算。根據工程地質條件，粉質黏土和基巖全風化的地基系數均取7 MPa/m2，樁周土極限摩擦阻力取80 kPa，計算得出樁身最大彎矩為4 550 kN·m，樁頂最大剪力為564.9 kN，最大位移為4.9 mm<6 mm，滿足規范要求。根據樁身的最大彎矩和最大剪力計算出配筋截面面積為16 875 mm2。箍筋采用HPB335Φ16 mm，間距0.3 m。樁及承臺平面布置如圖2。

圖2　樁及承臺平面布置(單位：cm)

4.5　構造要求

(1)在承臺與擋墻之間設置6根φ20 mm，長1 m的連接鋼筋，縱橫間距為0.3 m，見圖3。

圖3　承臺與擋墻構造連接(單位：mm)

(2)樁與承臺的連接方式可采用樁頂主筋伸入承臺板內連接方式，見圖4。

圖4　樁與承臺連接

樁與承臺的連接按照規范的規定，一般可達到介于鉸接與剛接之間的連接，既可傳遞剪力，又可傳遞一部分彎矩。最終斷面設計形式如圖5所示。

圖5　陡坡路堤設計斷面示意(單位：m)

5樁基擋墻施工要點

5.1　施工程序

樁孔開挖與樁孔護壁→核對地質資料(含地下水)→樁孔下放鋼筋→樁身灌注混凝土→承臺混凝土灌注→澆筑擋土墻。若地質資料與設計采用不一致，應及時進行補勘、變更設計。

5.2　施工注意事項

(1)擋墻墻背開挖臨時邊坡較高地段或土層及巖體破碎地段，應分段跳槽開挖，并加強施工期間防排水處理，及時施工墻身。臨時開挖邊坡盡可能與墻背保持一致。臨時邊坡如超挖、局部坍塌、掉塊等，應采用不低于擋墻設計指標的材料回填。

(2)擋墻墻身不應有水平通縫。

(3)承臺綁扎鋼筋前必須將樁頂面以上多余部分去除，并應確保樁體埋入承臺長度符合設計要求。

(4)根據現場實際情況截取配筋。承臺混凝土澆筑前，應先整平地面，壓實樁間土，再平鋪0.1 m厚的C15素混凝土，承臺混凝土應一次澆筑完成，混凝土入槽宜用平鋪法。

(5)鉆孔灌注樁樁身的施工質量檢驗應在成樁28天或強度大于設計值70%以上時進行。

(6)錨固樁施工應盡量安排在旱季，跳樁開挖基坑，護壁及時跟進，樁身混凝土應及時連續不間斷澆灌，避免形成相對軟弱截面。

參考文獻

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[9]TB10012—2004鐵路工程地質勘察規范[S]

中圖分類號：U213.1+52.2

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2015)03-0057-03

作者簡介：王抒揚(1983—)，女，2006年畢業于西南交通大學鐵道工程專業，工程碩士，工程師。

收稿日期：2015-02-06