樁板式擋墻在深路塹邊坡的設計應用

李如凱

鐵路建設中軟質巖深路塹邊坡工程，需要在坡腳采用預加固措施，樁板式擋墻作為常見的形式，在工程上得到了廣泛的應用，本文結合工程實例，根據工程建設時的地質條件，詳細的論述了樁板式擋墻的預加固機理，并且解析了樁板墻的受力特點和內力分析，同時還敘述其配筋設計和布置。為類似工程項目在設計及施工過程中提供參考。

近年來，鐵路工程建設過程中，出現很多深路塹邊坡工程，在開挖過程或運營過程中，由于施工不當或工程地質條件較差，經常見到崩塌或滑坡等工程地質災害產生，造成工期延誤，甚至有工作人員傷亡。為了減少或避免此類事故的發生，在深路塹邊坡坡腳進行加固、預加固處理，重力式擋墻、樁板式擋墻等都是工程常見加固措施。

樁板式擋墻于20世紀70年代在鐵路路塹邊坡工程中開始應用，由于其剛度大、安全穩定性高、施工干擾較小、施工環境環保，在鐵路工程中得到大量推廣應用。本文結合峙峰山專用鐵路改造工程中軟質巖深路塹邊坡采用樁板式擋墻進行支擋設計，進行了相關的論述。

圖1 典型橫斷面

一、工程概況

本工程DK12+618～ DK12+721段落以挖方形式通過，左側邊坡挖方最深達28.77m，屬于深路塹邊坡防護工程。該工程為既有線改造工程，如圖1。挖方邊坡已經形成，存在大面積薄層刷坡，施工難度較大，施工過程中安全防護措施增加。同時，該工程尾部DK13+890于1998年10月施工期間，產生過滑動，滑坡距線路最近處距離約為40m。為避免施工過程中及后期運營中工程地質災害的發生，路塹邊坡坡腳采用樁板式擋墻收坡，擋墻以上邊坡開挖施工難度降低，挖方量少。本文結合地形地貌及工程地質特征，對樁板墻在軟質巖深路塹邊坡中的預加固處理進行設計探討。

二、工程地質特征

項目區位于大同盆地西緣的洪濤山區，緊鄰大峪河，地貌類型屬單面斷塊中山，整體地形呈西南高東北低狀，“西南依山，東北靠河”。基本地震動峰值加速度值為0.20g、基本地震動加速度反應譜特征周期值為0.40s；地震烈度為Ⅷ度。地層巖性：整體呈硬質砂巖與軟質泥巖互層狀，表層約3～4m呈全-強風化狀，全-強風化層內呈弱風化砂巖與全風化泥巖互層狀。泥巖為軟質巖層，極易風化剝落產生掉塊，砂巖層強度較高，抗風化能力較強。泥巖在風化剝落后碎塊狀或碎片狀堆積于坡腳外，從而在砂巖層之下形成臨空面，造成砂巖層因失穩而崩塌，堆積于坡腳外。巖土基本性質參數見表1。

表1 巖土基本性質參數

三、樁板墻設計

1.樁板墻加固機理

邊坡坡體開挖過程中，土體中既有地應力場會因坡體的開挖卸荷而導致土體應力重新分布和坡體變形調整。彈性變形在邊坡開挖后一般會立即釋放，對巖體結構及穩定不造成損傷，而塑性變形和流變變形對巖體結構及穩定性有直接影響。開挖邊坡的高度越大，塑變和流變對邊坡穩定性影響越明顯。特別在深路塹工程中，軟質巖層高邊坡開挖卸荷引起病害幾率較高。因此，對這類可能出現病害的深路塹邊坡采取預加固措施，預加固可以限制和防止高邊坡的進一步變形失穩。樁板式擋墻作為常見的邊坡支擋工程，在鐵路工程深路塹邊坡中作為預加固措施已廣泛得到應用。樁板墻剛度大，能夠承受較大的水平下滑推力或墻后土壓力，預加固效果很好。本工程中路塹頂部覆土較薄，可以不考慮，下伏基巖為泥巖砂巖互層，構造破碎，風化侵蝕嚴重，為了避免在施工過程及運營過程中產生地質災害，邊坡坡腳布置樁板墻進行預加固處理。

2.樁形式的選取

根據鐵路工程實例，本次樁截面尺寸采用寬度2.5m，厚度2.75m，地面以上部分為T型變截面，樁頂厚hD=2.75m，變截面點至樁頂的距離hZ=9.00m，翼緣板厚度和懸出部分的寬度均為0.5m，樁頂9.0m以下范圍內布置預制板，樁間距5.0m。

3.作用力系分析

作用于樁板墻的力系，包括滑坡推力、樁前滑體推力和錨固段地層的抗力。樁側摩阻力和黏聚力以及樁身重力和樁底反力可不計算。本工程中樁板墻主要用于邊坡的預加固，防止施工期間及運營過程中工程地質災害的產生，作用于樁的力系主要為樁后巖土的主動土壓力。

圖2 土壓力計算圖式

（1）計算破裂角和土壓力

填料綜合內摩擦角Φ=35，墻背摩擦角δ=17.5，容重γ=22.00。計算圖式如圖2所示，按庫倫土壓力公式計算。

破裂角：36.76°

水平合力：9643.44（KN）

水平合力力臂：7.19（m）

該區的地震動峰值加速度為0.20g，抗震設防烈度為Ⅷ度。通過下文的計算公式來計算水平地震的荷載。

并且這一計算公式中：E是水平地震荷載；C1是重要性修正系數，取1.0即可；C2是綜合影響系數，取0.25即可；Kh是水平地震系數，需要參考規范取值；Gs是邊坡土體重力。

（2）計算樁身內力

首先假定錨固段的長度，按初參數法計算樁身的變位和內力，檢查錨固段頂點和樁底地基的側壁應力是否滿足巖層的橫向容許壓應力。當樁側地基應力超過巖層的橫向容許應力時，應增加錨固段的長度，反之，減小錨固段的長度，再重新計算，直至滿足巖層的橫向容許壓應力為止。

錨固段H2=14.00m

C35混凝土的彈性模量： E=3.15×107（KPa）

（3）樁身內力計算時按一端固定的懸臂梁考慮

樁板墻樁底支撐可采用自由端、固定端或鉸支端，本次計算采用鉸支端，此時樁底水平變位為零、剪力不為零，角変位不為零、彎矩為零。樁身內力見圖3。

圖3 樁身內力計算圖（彎矩、剪力）

（4）配筋計算

樁的混凝土采用C35，樁的受拉主筋采用HRB400，箍筋及構造筋采用HRB335。

根據上述內力計算圖，其設計的最大彎矩是1.54x104（kN.m），最大剪力是3.67x103（kN）。受拉鋼筋采用φ28鋼筋，布置兩排束筋，每排14束，外側一排每束3根，內側一排每束2根，混凝土保護層厚度10mm。箍筋采用雙肢鋼筋φ20，間距40cm。經計算配筋滿足要求。

四、結語

本文結合鐵路既有線路改造工程實例，在深路塹邊坡工程中采用樁板式擋墻進行預加固處理。參照工程地質參數，利用“鐵一院路基助手軟件”分析其外力、內力和配筋，并形成計算書，滑面處位移、轉角及樁頂位移等均滿足相關規范要求。樁板式擋墻在保證邊坡穩定，有效控制坡體變形的同時，石方開挖量減少很多，保障工程能順利完成。為類似工程提供寶貴經驗。