樁基懸臂式擋土墻在中蘭鐵路中的應用

文/邱晶 蘭州鐵道設計院有限公司 甘肅蘭州 730000

新建中蘭客專，是我國“八縱八橫”鐵路網京呼銀蘭通道的組成部分，項目東連吳忠市、銀川市與銀西高鐵接通，西接甘肅白銀市、蘭州市與寶蘭高鐵、蘭新客專接通，也是我國“一帶一路”建設發展核心區域的重要交通基礎設施。中蘭鐵路引入蘭州樞紐配套工程位于蘭州市境內，人為活動對原始地貌改變較大，建筑密集，地基多為填筑土和濕陷性黃土，樁基懸臂式擋土墻既可解決地基承載力不足的問題，又可有效控制路基變形，起到承載與支擋的雙重作用。

1、工程概況

本段工程路基右側侵入蘭新高鐵橋梁范圍，需對右側邊坡設置胸坡基本垂直的擋土墻進行收坡。根據地質報告，地層自上而下分布為填筑土、濕陷性黃土，不宜直接做基礎持力層。結合工程實際情況，經多方案比選試算，最終選定樁基懸臂式擋土墻結構。墻高6.0m，底板寬5.0m，鉆孔灌注樁樁長22.0m，樁徑1.0m，橫向樁間距3.0m，縱向樁間距5.0m。樁身材料與施工工藝：干作業鉆孔樁；成樁方法：非擠土樁；承載力性狀：摩擦樁。

具體結構形式如圖1所示。

圖1 樁基懸臂式擋土墻結構布置（單位：m）

2、設計方案計算

懸臂式擋土墻可根據《鐵路路基支擋結構設計規范》設計。當上部結構確定后，本文重點對樁基進行計算。

2.1 計算簡圖

圖2 樁基計算簡圖

2.2 荷載信息

柱子轉角： 0.000(°)

柱上荷載標準值：

彎矩Mx= 0.000(kN.m)

彎矩My= 3600.000(kN.m)

軸力N = 6725.000(kN)

剪力Vx= 1650.000(kN)

剪力Vy= 0.000(kN)

基礎與覆土的平均容重： 20.000(kN/m3)

2.3 計算過程及計算結果

2.3.1 樁基豎向承載力計算

（1）樁基豎向承載力特征值R計算

根據經驗參數法，計算得出側阻：Qsk=4363.66 (kN)，摩擦樁端阻Qpk=0。

根據《建筑樁基技術規范》（以下簡稱《樁基規范》）5.2.2及5.2.3

單樁豎向極限承載力標準值 Quk=4363.658(kN)

單樁豎向承載力特征值Ra= 2181.829(kN)

基樁豎向承載力特征值R=Ra= 2181.829(kN)

（2）樁基豎向承載力驗算

根據《樁基規范》5.1.1 式5.1.1-1計算軸心荷載作用下樁頂全反力,式5.1.1-2計算偏心荷載作用下樁頂全反力

在軸心荷載作用下,樁頂全反力 NEk=2031.250(kN)

按《樁基規范》5.2.1(考慮地震作用) 式5.2.1-3 (γ0NEk≤ 1.25R) 驗算

(γ0NEk=2031.250kN)≤ (1.25R=2727.28 6kN) 滿足.

在偏心荷載作用下,按《樁基規范》5.2.1(考慮地震作用) 式5.2.1-4 (γ0NEkmax≤1.50R)計算

樁號 1 ： (γ0N1Ek=1156.250kN) ≤ (1.50R=3272.743kN) 滿足。

樁號 2 ： (γ0N2Ek=2906.250kN) ≤ (1.50R=3272.743kN) 滿足。

樁號 3 ： (γ0N3Ek=1156.250kN) ≤ (1.50R=3272.743kN) 滿足。

樁號 4 ： (γ0N4Ek=2906.250kN) ≤ (1.50R=3272.743kN) 滿足。

2.3.2 樁基X向水平承載力驗算

（1）樁基X向水平力Hik計算

根據《樁基規范》5.1.1(式5.1.1-3) 計算

樁頂X向水平作用力 Hik= 412.500(kN)

（2）單樁X向水平承載力特征值Rha計算

根據《樁基規范》5.7.2第6款(式5.7.2-2)計算

樁的水平變形系數α= 0.338(1/m)

樁身抗彎剛度EI = 1426396.868(kN.m2)

樁頂水平位移系數vx= 0.940

單樁X向水平承載力特征值 Rha=439.778(kN)

（3）樁基X向水平承載力特征值Rh計算

根據《樁基規范》5.7.3 (式5.7.3-1及式5.7.3-2)考慮地震作用且Sa≤6.0d 計算

樁基X向水平承載力特征值 Rh= 632.206(kN)

（4）樁基X向水平承載力驗算

根據《樁基規范》5.7.1(式5.7.1) 驗算

(γ0Hik=412.500kN) ≤ (Rh=632.206kN)滿足。

結論：

通過計算及驗算，樁基懸臂式擋土墻滿足規范和設計要求。樁基懸臂式擋土墻在中蘭鐵路的成功應用，為放坡受限路基且地基條件不佳地段的支擋工程積累了寶貴經驗。尤其西北地區是我國“一帶一路”建設發展核心區域，在以后的鐵路建設過程中勢必會出現類似本項目的路基邊坡工程。因此，樁基懸臂式擋土墻在中蘭鐵路的應用同樣今后類似工程的設計和施工提供了指導和借鑒。