宜昌东站站台挡护设计与施工

陆 群

(中铁第四勘察设计院集团有限公司,湖北武汉 430063)

1 概述

铁路车站采用线下式站房设计时,站房场坪比车站基本站台低,高程上相差高达几米或十几米,而平面上一般仅有几米的水平距离。同时,为方便旅客上下站台,站房与站台之间设置有电梯、楼道、雨棚立柱及各种管线等结构物,要求基本站台靠站房一侧边坡近于直立,因此需对站台进行挡护结构设计。

结合站台高度、地基条件、填料类型、站内结构物设计的要求、施工水平及周边环境条件等,站台的挡护设计采用重力式挡土墙、悬壁式挡土墙、扶壁式挡土墙、加筋土挡土墙、桩板式挡土墙及桩基挡土墙等结构形式。其中,加筋土挡土墙具有结构轻型、施工简便、美观经济等特点,在工程应用中越来越广泛。

2 工程概况

宜万铁路宜昌东站位于宜昌市伍家岗城东大道、沿江铁路、东站路合围的区域,距宜昌市中心区约10 km。宜昌东站作为宜昌市标志性建筑,既是长江三峡地区最大的火车站,也是宜昌市重要的交通中心。车站共9道5个站台,其主站房设计新颖、高大雄伟,工程难度大,技术复杂,为宜万铁路全线七大控制性工程之一,于2009年建成完工。

宜昌东站主站房位于站台及线路的南侧,按照车站日最高聚集人数5 000人标准设计,铁路客运用房建筑面积31 440 m2。结合地势条件,根据车站站台、股道与城东大道近15 m的高差采用了“下进下出”的交通流线组织,方便交通流线转换。主要功能区大致分为三层：最上层为站台层,中层为出发到达层,与站台层相差8 m,最下层为交通转换层,与站台层相差达15 m。

按照结构设计要求,站台层与到达层之间设计有进站地道、上下楼梯等,站台边坡应垂直设置,到达层与交通转换层之间可适当放坡填筑,但到达层处附近分布有管线,应预留管线通道。

3 工程地质条件

区域内丘坡与谷地相间,丘坡自然坡度20°～35°,植被较发育,谷地相对开阔,部分辟为水田,多为民房及道路。站房地段地层从上至下依次为人工填土,黄褐色,厚0～5 m；第四系上更新统冲洪积粉质黏土,红褐色—紫红色,软—硬塑,厚1.5～8.0 m；下部夹有淤泥质粉质黏土,灰黑色,流—软塑,厚0.5～6.0 m；下伏基岩为白垩系粉砂岩,水平产状,红褐色—紫红色,全风化—弱风化。地基土的地层岩性及其主要指标见表1。

表1 地基土主要指标

4 挡护工程设计

4.1 加固方案选择

地形地质条件、站台高差大、地基软弱、站台与站房之间空间狭窄等因素,引起站台挡护困难。如何解决好高站台结构的整体稳定、地基深层稳定等问题,是工程设计的关键所在。

深部地基为粉砂岩弱风化层,在站台侧直接采用桩板式挡土墙时(桩上设锚索支点),由于悬壁段太长,桩的锚固深度大,且桩上锚索无合适的锚固层,桩板式挡土墙的整体稳定性差。采用桩基挡墙方案时,上部须垂直设计挡墙,墙高约8 m,挡墙及承台尺寸大,工程量大且施工困难。经过综合分析,结合地基软弱及站房设计分层的特点,选用粉喷桩加固,到达层以下边坡采用放坡填筑,并设钻孔灌注桩进行侧向约束,到达层以上采用加筋土挡墙支护,局部设管道地段采用悬壁式挡墙收坡。

设计方案较好地结合了周边环境、结构要求等条件,综合优势主要体现在：(1)不仅对软土地基进行固化,并增设侧向约束桩,限制了基础的侧向变形,保证了下部基础整体稳定。(2)上部设加筋土挡土墙,填料内布筋、墙面设置较为灵活,可与地道、站内立柱等结构物有机结合。(3)加筋土挡土墙为轻型结构,对基础承载要求相对较低。(4)可分段分层施工,便于施工组织管理。(5)经济性较好。

4.2 地基稳定性加固

根据宜万铁路技术标准要求,路基工后沉降控制值：正线为ΔS≤20 cm,沉降速率<5 cm/年；桥路过渡段ΔS≤10 cm。最小稳定安全系数不小于1.15～1.25。

区域内丘坡与沟谷相间,谷地内地表分布软土,且软土底部大多为斜基底,对路基稳定性影响较大,为控制路基结构稳定的关键因素之一。根据软土的分布范围、厚度、工程特性等,对薄层软土主要采用挖除换填,对较厚层软土主要采用粉喷桩加固,粉喷桩桩径0.5 m,桩间距1.2～1.5 m,三角形布桩,桩体材料采用普遍硅酸盐水泥,要求桩体无侧限抗压强度不小于1 000 kPa。

由于软土层相对较厚,上部填筑土及结构物高达15 m,单独采用粉喷桩加固软土难以满足路基结构稳定性要求。在下部边坡处增设钢筋混凝土钻孔灌注桩,桩径1.25 m,纵向桩间距3.0 m,桩长13～16 m。根据稳定性检算和下部地层确定,同时深入粉砂岩强—弱风化层不小于5.0 m。

宜昌车站站台挡护断面设计如图1所示。

图1 宜昌东站站台挡护断面设计(单位：m)

4.3 加筋土挡土墙设计

加筋土挡土墙除要求墙底基础满足地基承载力要求外,还需进行内部稳定和外部稳定性分析。内部稳定检算按施工、有荷载和无荷载等工况进行,要求全墙和单面板的抗拔稳定系数均不小于2.0,外部整体稳定系数不小于1.25。

根据相关规范要求,对加筋土挡墙进行结构分析,结合加筋土结构方面的科研成果和工程经验,在站内到达层和交通转换层之间设包裹式加筋土挡墙,墙高8.2 m,墙面坡率1∶0.05。加筋材料采用TGDG-100型高强度经编土工格栅,幅宽1.15 m,其极限抗拉强度为100 kN/m,相对应的拉伸应变量<10%,与填料间似摩擦系数f′=0.3。考虑材料蠕变、材料老化等因素，取设计容许抗拉强度为20 kN/m(相当于应变量2%时的抗拉强度,约为极限强度的1/5),土工格栅纵向搭接,设计采用的有效幅宽为1.0 m。

拉筋设计长度8.0 m,上下层间距0.3 m,用骑马钉按纵横间距1.0 m固定在碾压密实的填土面上。在墙面处采用土工格栅包裹袋装砂夹卵石土回折,长度不小于2.8 m(顶部两层3.8 m),回折反压长度不小于2.0 m,回折叠合处用专用塑料连接棒逐孔缝合。

加筋土挡墙墙面板采用整体式C25钢筋混凝土现场浇筑,厚0.2 m,内置钢筋网,面板下地基部分换填后,设混凝土条形基础。挡土墙墙面板、帽石及基础每隔10 m左右设一道伸缩缝,缝后沿墙底至墙顶铺无纺土工布。整体墙面与加筋土体的连接采用预埋20 mm锚杆,横向间距1.0 m,竖向间距0.6 m,锚入土体内的锚杆表面采用防锈漆、热沥青汁、麻筋缠紧等进行防腐处理。

为增加加筋土挡墙墙面基础强度,基底部分换填碎石土后,设混凝土基座,顶宽0.6 m,高0.6 m,采用C15混凝土现场浇筑。根据结构要求,在墙顶处高混凝土帽石,整体墙面错设置泄水孔,挡墙顶面铺设土工格栅范围内夯填石灰土封闭层,厚度不小于0.2 m。

4.4 局部结构设计

(1)预留管道铺设空间

根据站房结构设计要求,部分地段在到达层须预留管道铺设空间,在侧向约束桩与加筋土挡土墙之间采用C30钢筋混凝土悬臂式挡墙收坡,墙高2.5 m,外墙面坡率1∶0.05,墙前及墙顶地面采用浆砌片石封闭(如图2所示)。

图2 到达层预留管道铺设空间断面设计(单位：m)

(2)与地道结构物的连接

车站内在到达层的站台下布置有行包地道、进站和出站地道等结构物,加筋土挡土墙与地道连接处设沉降缝,以适应不同结构物的沉降差异。地道上部设高2～4 m的加筋土挡墙,并保证站台顶面的平整一致。

5 施工要点

5.1 施工工序

根据结构物稳定性要求及各结构物的相互影响等,站台挡护施工工序如下：①地基处理；②地道结构基础(盖板箱涵)及站房基础施工；③到达层以下分层填筑；④侧向约束桩的施工；⑤站房、地道施工、悬臂式挡墙施工及管线预埋；⑥加筋土挡墙施工。在上一道工序完成、达到强度标准,且检测满足相关规范规定后,才能开始下一道工序的施工。

5.2 加筋土挡墙施工

土工格栅材料进场时应按相关规范规定分批进行材料试验,不合格产品禁止使用。各层加筋铺设前,应先填土夯实至加筋所在高程,且自面板向后逐渐升高,使筋带尾部比前端高0.1 m,铺设格栅加筋带时应展平、伸直,纵肋方向垂直于墙前沿线。填土前应设法张紧,使之产生一定的伸长量后用“U”形骑马钉固定,骑马钉的布设间距以不大于1.0 m为宜。施工中应保证土工格栅拉筋完整连续无破损。

填料应严格分层压实,分层厚不超过0.3 m,压实方式可采用振动式压路机或重型碾压机械充分碾压,压实密度应满足路基规范要求,墙体部分细粒土的压实系数不应小于0.9。

墙体填料不应含有粒径大于10 cm的碎块石。铺填料时,卸料机具与整体墙面板距离不应小于1.5 m,机具不得在未覆盖填料的筋带上行驶,严禁沿拉筋方向推土。

较重型的碾压机械距整体墙面板距离不应小于1.5 m,墙面板后1.0～1.5 m范围内及地道附近采用小型机械压实或用人力夯实达到设计要求的密实度,禁止使用羊角碾。碾压顺序为：拉筋中部—尾部—前部。

加筋土挡土墙施工时,加筋包裹体墙面在设计边

坡坡率基础上再预留2%的后仰坡,确保面板在工程完工后具有1∶0.05的胸坡坡率,严禁面板前倾。

在加筋土挡土墙墙体施工过程及后期应加强墙体变形观测,待加筋体自身变形完成后才能开始墙面结构的施工,必要时加筋体填筑完成后在顶面进行堆载预压,以保证墙面与加筋体的有效结合。

5.3 钻孔桩施工

桩施工前应沿周边做好截排水措施,并做好地下预留管线的预埋与保护,避免桩施工完成后在桩体附近开挖,影响桩周土体的压实效果。

钻孔桩施工时应平整场地,并保证桩体垂直,避免桩体倾斜,降低其侧向抗力,同时应在桩身强度达到70%以上时,才能开始上部结构施工。

桩开挖过程中,应记录和核对地层情况,并保证桩的最小嵌岩深度。尽量安排在旱季施工,并及时浇筑桩身。

6 结束语

宜昌东站站台与站房场坪高差高达15 m,且地基软弱,整体稳定性差,站台挡护难度大。经综合分析比选,结合地基表层软弱、下部地基强度较高及站房设计分层的特点,采用了粉喷桩处理软基、到达层以下设钻孔灌注桩加固、到达层以上采用加筋土挡墙支护的设计方案,将地基处理、侧向约束与边坡挡护有机结合,较好地解决了站台挡护设计,满足站台结构的整体稳定性，并取得了明显的经济效益。目前该站台结构已投入使用。

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