樁基擋墻在既有站房加寬中的應用

劉 京 學

(中鐵三局集團有限公司勘測設計分公司，山西 太原 030001)

1 工程概況

某車站站房外側硬化面要加寬，需設置擋墻支擋，站房外側硬化面高出地面7.5 m，硬化面加寬外側距民房4 m。因新建擋土墻臨近居民房屋，為避免擋墻開挖影響到既有居民房屋基礎的穩定，這就使擋墻地基處理寬度受到限制，同時為解決擋墻因地基處理寬度受限而達不到抗滑穩定和抗傾覆穩定的問題，這就需要擋墻采用樁基的處理方法。

本設計新建擋墻采用樁基托梁基礎，其中樁基因空間限制無法使用大型機械，故采用人工挖孔樁。這種組合支擋結構的計算方法目前無成熟的計算方法，本文通過具體工程應用，提出一種樁基擋墻計算方法，為類似支擋結構設計提供參考。

2 地層條件

2.1 地層

第①層：雜填土，主要包含有灰渣、磚塊、碎石等，夾有少量粉土。為無序堆積，堆積時間短。承載力特征值70 kPa，厚0.5 m。

第②層：素填土，以粉土為主，夾有較多碎石、磚塊、灰渣等，具中等壓縮性。承載力特征值90 kPa，厚7.2 m。

第③層：粉土，主要包含物為云母、氧化物，土質較純，搖振反應中等，無光澤，干強度低，韌性低，具中壓縮性。承載力特征值120 kPa，厚6.3 m。

第④層：中砂，成分以云母、石英為主，夾有少量小礫石，顆粒級配一般。承載力特征值180 kPa，厚8.2 m。

2.2 水文地質

勘探深度范圍內未揭露地下水，地下水埋藏較深，可不考慮地下水的影響。

3 工程設計

3.1 樁基擋墻的結構形式

本工程樁基擋墻由重力式擋墻、托梁和人工挖孔樁組成，如

圖1所示，托梁下樁基布置如圖2所示。為使托梁與樁成為一個整體，樁身伸入托梁0.1 m，樁身主筋伸入托梁并滿足錨固長度的構造要求。

3.2 樁基擋墻的基本原理

本工程擋土墻為重力式擋墻，其土壓力計算和結構尺寸設計同一般重力式擋墻。擋墻下采用了剛性樁基礎，且樁頂設有剛性混凝土托梁。樁基擋墻的托梁與樁基礎結合后，應按整體分析，由于樁與托梁剛性連接，上部荷載傳遞到樁基礎，依靠樁基礎為整個體系提供抗傾覆和抗滑移的反力及豎向的支撐力。

為簡化計算，引入3條假定：

1)托梁剛度遠大于樁基，假定托梁是剛性的。

2)擋墻上作用的豎向力、水平力及彎矩均通過托梁傳遞到樁基上。

3)樁基剛度遠大于地基土，假定地基土對托梁無摩擦、無反支力。

3.3 擋墻設計

擬定擋墻尺寸為：擋墻每節長12 m，擋墻頂寬0.8 m，高7.5 m，面坡坡率：1∶0.3，背坡坡率: 1∶0.05。擋墻土壓力的計算采用庫侖土壓力理論，在假定地基土摩擦系數0.5的條件下，計算得：

水平推力Em=152.1 kN·m。

豎向力Nm=312.9 kN·m。

傾覆力系對墻趾的彎矩M0=302.5 kN·m。

穩定力系對墻趾的彎矩My=596.4 kN·m。

擋墻合力偏心距e=0.525。

3.4 托梁設計

托梁作為擋墻和樁基的連接體，受力情況比較復雜，托梁受力示意圖見圖3。擬定托梁尺寸為：寬3 m，高1 m，長12 m，樁間距3 m。

圖3中Nt表示擋墻傳到每一跨的豎向力，Et表示擋墻傳到每一跨的水平力，Mt表示擋墻傳到每一跨的彎矩。

托梁頂部中線處彎矩：

Mm=Nm×e

(1)

或：

(2)

其中，e為擋墻合力偏心距；B為墻底寬度，m；M0為擋墻傾覆力系對墻趾的彎矩,kN·m；My為擋墻穩定力系對墻趾的彎矩,kN·m。

代入數值Mm=312.9×0.525=164.3 kN·m。

Mm=312.9×2.68/2+302.5-596.4=125.4 kN·m。

比較取大值Mm=164.3 kN·m。

托梁上的均布荷載：

q=(Nt+Ng)/L

(3)

其中，Nt為傳遞到托梁的豎向力，kN；Ng為托梁自重,kN；L為托梁長度,m。

代入數值：

q=(312.9×12+1×3×12×25)/12=387.9 kN·m。

采用連續梁簡化公式及邁達斯軟件分別計算托梁受力情況：

連續梁：最大彎矩M=283.4 m。

最大剪力Q=566.8 kN·m。

邁達斯：最大彎矩M=387 kN·m。

最大剪力Q=566.9 kN·m。

比較取大值，最大彎矩M=387 kN·m。

最大剪力Q=566.9 kN·m。

然后進行托梁配筋設計。

3.5 樁基設計

按荷載標準組合計算托梁支座反力，由邁達斯數值模擬得支座反力即單樁豎向承載力特征值Ra=1 435 kN。

單樁豎向極限承載力標準值Quk=2Ra=2 870 kN。

單樁豎向極限承載力標準值根據《建筑樁基技術規范》[1]有關規定計算。

Quk=u∑Ψsiqsikli+ΨpqpkAp

(4)

其中，u為樁身周長，m；Ψsi,Ψp分別為大直徑樁側阻、端阻尺寸效應系數；qsik為樁側第i層土極限側阻力標準值,kPa；qpk為極限端阻力標準值，kPa；Ap為樁端面積，m2。

考慮到采用人工挖孔樁，樁徑取1 m。經計算，樁長10 m時，Quk=2 915 kN>2 870 kN，滿足單樁豎向承載力要求。

樁頂水平力Hk=152.1×3=456.3 kN。

按照《建筑樁基技術規范》[1]中單樁水平承載力由變形控制的要求，樁頂允許水平位移取10 mm。

樁身配筋率不小于0.65%的灌注樁單樁水平承載力特征值：

(5)

其中，α為樁的水平變形系數；EI為樁身抗彎剛度；x0α為樁頂允許水平位移；vx為樁頂水平位移系數。

經計算，樁身配筋率為0.66%時：

Rha=612 kN>456.3 kN，滿足單樁豎向承載力要求。然后進行樁基配筋設計。

4 結語

1)本文對樁基擋墻的設計過程進行了分析，把擋墻、托梁和樁基的相互作用關系，通過一些假定進行合理簡化，便于進行受力分析計算。

2)擋墻和樁基的設計有較成熟的理論和規范，托梁的設計在這方面比較欠缺，本文做了一定的簡化，還需進一步研究。

3)樁基擋墻這種支擋結構方式可在地基需要處理、施工空間受限等困難情況下使用。

[1] JGJ 94—2008,建筑樁基技術規范[S].

[2] TB 10025—2006,J 127—2006,鐵路路基支擋結構設計規范[S].

[3] GB 50007—2011,建筑地基基礎設計規范[S].

[4] 孔德惠，孔書祥.樁基擋墻在既有鐵路路基加固中的應用[J].鐵道建筑，2008(4):50-52.

[5] 李繼明，胡 琦，葉 彬，等.管樁基礎的重力式碼頭擋墻抗滑移計算方法[J].江南大學學報(自然科學版)2009,8(4):445-448.