H型樁板擋土墻在鐵路工程中的應用

2015-11-05 08:08:34黃云龍

科技創新導報 2015年25期

黃云龍

摘要：隨著我國鐵路建設快速發展，一些線路、特別是城市軌道引入城市后，與其在規劃、既有建筑物、文物等存在平面干擾，為減少征拆、節約用地，需設置對稱結構的H型樁板墻工程，使滑面處的位移及樁頂位移滿足要求；該文詳細介紹了哈大線的哈爾濱西站進站端的H型樁板擋土墻內力計算原理、設計方法、施工工藝及施工工序。受地質條件和周邊環境的限制，設計中采用H型樁板擋土墻，以確保既有鐵路運營安全以及周邊建筑物的穩定，同時保證路基沉降滿足要求及自身的結構穩定。

關鍵詞：H型樁板擋土墻橫撐施工工藝

中圖分類號：U213.15 文獻標識碼：A 文章編號：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

工點位于哈爾濱西站進站端。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。線路為哈大客運專線和動車走行線四線并行，中間為速度目標值350 km/h客運專線，兩側為動車走行線。塹頂左側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）及其中一個斷面（如圖2所示）分析。

1.2 地質概況

工點所在地形較為平坦、開闊，房屋密布。自上而下各土層的主要工程地質特征為：

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

（2）上更新統沖積黏質黃土：層厚13.6～23.2 m不等，土質較均勻，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）粉質黏土：層厚大于25 m，廣泛分布于黏質黃土層下，土質較均勻，無層理，硬塑。

（4）底部為砂土層。

2 設計方案

2.1 設計依據

（1）線路左側不足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營安全，線路右側有工廠及哈爾濱農墾小學，須收坡最大限度減少拆遷，同時保證路塹兩側建筑物的穩定性。因此，線路兩側設置了預應力錨索樁板擋土墻。

（2）為了有效降低路基的沉降，將工后沉降控制在規范要求之內，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置了鉆孔灌注樁。

（3）為了增加H型樁板擋土墻結構的整體穩定性，限制樁板結構的水平變形，在對應樁體的路基下部采用和樁體現澆固定連接方式設置了橫撐。

2.2 設計原理

采用結構力學的柔度法，先將橫撐的各跨度中央切開，使之成為基本靜定系。根據變形相容條件補充方程，將靜力平衡方程和補充方程聯立求解，就可以計算出橫撐任意截面的彎矩、軸力和剪力，以及每一根樁頂的軸向力N、垂直樁軸方向的剪力Q和彎矩M。

根據計算所得的軸力、彎矩和剪力，即可確定樁長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生的土壓力和錨固段地層的抗力以及橫撐產生的作用力，在計算錨固點以上的樁身內力時，可根據土壓力按一般結構力學公式直接計算；在計算錨固點以下樁身內里和變位時，按彈性地基梁計算。樁錨固深度的計算，根據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度和尺寸。

2.3 H型樁設計

（1）該段兩側設置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，樁間設擋土板。板寬0.5 m，擋土板采用C30鋼筋混凝土預制的槽型板，擋土板吊裝完成后于其后人工夯填砂夾卵石，厚0.3 m，吊裝孔后設土工排水片材反濾層，寬0 .3m。

（2）在路肩設計高程以下1.5 m處設橫撐，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，通過預埋鋼筋連為一體。橫撐下鋪設0.1 m厚的碎石墊層。

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

（4）橫撐上鋪設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構。板縱向每60 m，在橫撐中心處設一道伸縮縫，縫寬為2 cm，縫內用瀝青麻筋填塞。板與橫撐接觸處鋪設3.5 cm厚的泡沫橡膠板彈性材料。

（5）在錨固樁上部設置兩孔預應力錨索；第一孔錨索距樁頂1.0 m，第二孔錨索距樁頂4.0 m，自由段長度11.0 m，錨固段長度36.0 m，錨索總長49.5 m。

2.4 H型樁板擋土墻內力計算結果（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高，然后施工樁板墻，樁采取邊挖邊護的方法施工，鎖口、護壁必須及時緊跟開挖，樁身強度達到設計強度的80%后，方可進行路塹邊坡開挖，當開挖至錨索孔位時，應先施工錨索，錨索張拉鎖定后，才可繼續下挖，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，先施工兩側樁，樁井必須隔樁開挖，樁開挖過程中同時完成預留橫撐段的開挖。樁澆注時，必須連續澆注，采用機械振搗方式搗實。樁澆注到設橫撐位置時，預埋橫撐的縱向受拉鋼筋，應一次綁扎完成并伸入預留橫撐開挖孔內，再用板把橫洞口堵住，以免水泥漿流入開挖的橫撐洞內。鋼筋和預埋筋必須進行檢查并做好記錄，符合設計要求后方能澆筑混凝土。

（2）在錨固樁的混凝土強度超過設計強度的80%之后，方可進行路塹邊坡開挖，當開挖至錨索孔位時，應先施工錨索，錨索張拉鎖定后，才可繼續下挖，采取邊挖邊安裝擋土板的方法施工，開挖至路肩設計高程以下3.0 m處。

（3）施工橫撐下的鉆孔樁，必須等鉆孔樁的強度超過設計強度的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）當橫撐混凝土強度達到設計強度以上后，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 結語

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

（2）結合現場實際情況，提出了H型樁板擋土墻的內力計算原理、施工工序、施工工藝，可為今后類似工程提供參考。

（3）H型樁板擋土墻的對稱設計可有效減少樁頂及滑面處樁的水平位移，在水平位移控制嚴格的工程項目中能有效解決實際問題。

（4）其支擋高度突破了現行設計規范關于錨固樁自由懸臂段長度的規定，在理論及工程實踐上均實現突破，支擋高度最大達18 m，突破常規樁板式擋土墻所能達到的高度，采用對稱設計及加設橫撐和鉆孔樁后，整體結構可約束樁頂位移，較好改善樁的受力條件，使支擋樁的受力更合理，進而減少樁的截面尺寸，節約投資。

參考文獻