桩基挡墙在高速铁路陡坡路基中的应用

王抒扬

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉　430063)

The Application of the Pile Foundation Barricade in the Abrupt Slope Foundation of Highspeed Railway

WANG Shuyang

桩基挡墙在高速铁路陡坡路基中的应用

王抒扬

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430063)

The Application of the Pile Foundation Barricade in the Abrupt Slope Foundation of Highspeed Railway

WANG Shuyang

摘要重力式挡土墙和桩板式挡土墙是两种常见的铁路路基支挡结构形式。对于陡坡路基路堤侧支挡工程，当重力式挡墙的墙高、墙趾埋深或基底应力等受控制时，常采用桩板墙进行路堤支挡。但当桩板墙悬臂端过长，桩顶水平位移难以控制或不经济时，可将两者有机结合起来，形成桩基托梁重力式挡墙，可较为经济地实现路堤支挡的目的。结合某在建高速铁路工程案例，详细阐述陡坡路基桩基挡墙的设计及施工要点。

关键词高速铁路陡坡路基路堤支挡桩基挡墙

1工程概况

某新建高速铁路设计时速350 km，双线，无砟轨道。经纵、横断面优化选线，线路DK590+731.62～DK590+835段仍为陡坡路基。线路左侧为深路堑挖方，右侧路基放坡最大填土高度达21 m。典型路基断面如图1所示。为确保路基的整体稳定性、横向差异沉降控制及长期运营性能，并考虑节省用地、降低工程投资等，需对路基右侧路堤边坡进行支挡处理。

图1　设计方案比选横断面示意(单位：m)

2工程地质概况

本段路基地处低山丘陵地区，地势陡峻，自然边坡40°～45°，植被发育。地下水为基岩裂隙水，不发育，无侵蚀性。主要岩土层分为二层。表层为(1)粉质黏土(Qel+pl)，褐红色，硬塑，地基承载力为180 kPa，土石等级为Ⅲ。下伏长英角闪片岩，(2)-1全风化，地基承载力为250 kPa，土石等级为Ⅲ；(2)-2，强风化，地基承载力为400 kPa，土石等级为Ⅳ；(2)-3，弱风化，地基承载力为800 kPa，土石等级为Ⅴ。

3支挡方案比选

3.1　重力式挡土墙

重力式挡土墙是铁路路堤边坡中常用的支挡类型，当边坡不高且地质条件比较好的情况下，多设于路堤坡脚。

对于本工点，当坡脚采用重力式挡墙，因地形较陡，墙趾稳定及深层滑动稳定难以保证。同时，挖方和高填方势必会产生路基横向不均匀沉降。《高速铁路设计规范(试行)》(TB10621—2009)规定，无砟轨道高速铁路路基一般地段沉降应小于15 mm，过渡地段沉降应小于5 mm。因此，需对重力式挡墙被动受力产生的横向变形进行特别处理，仅采用重力式挡墙方案不适合本工点路堤支挡。

3.2　桩板墙

桩板墙是一种成熟的路基支挡方案，较一般的挡土墙设计复杂，但适应性和变形控制效果好，造价相对较高。

针对本工点，鉴于陡坡路基地形条件，若仅采用桩板墙进行处理，考虑桩前土体稳定和抗力贡献，有效锚固段自地面以下6 m计，悬臂段高达14 m，对桩长、桩截面要求很高，经济性较差，且存在较大工程风险，故单独桩板墙方案也不可行。

3.3　桩基挡墙

桩基挡墙是由挡土墙、承台、桩三种结构有机组合的一种新型路基支挡结构，较重力式挡土墙、桩板墙单一支挡结构，应用边界条件更加灵活，计算方法和工程应用也较为成熟。就本工点而言，对路基整体稳定和横向差异沉降控制均较为有利。经综合比选，适用于本段陡坡路堤右侧路基支挡。

4工程设计

4.1　设计流程

(1)根据地形条件及岩土参数，估算路基填方土压力，初步拟定挡土墙高度、承台尺寸、桩长、桩截面尺寸及桩间距等结构设计参数。

(2)根据地质资料确定地基系数等相关检算参数，对桩进行试算，通过调整桩截面及桩长来达到对桩顶位移的控制。

(3)根据桩身的弯矩、剪力图内力计算进行配筋设计。

4.2　挡土墙设计

桩基挡墙中的挡土墙设计同一般重力式挡土墙设计，墙身设计高度为8 m，采用C30混凝土浇筑。为保证高速铁路基床结构的横向均匀性，按高速铁路设计规范(试行)》(TB10621—2009)要求，挡墙墙顶以上填筑2.7 m高的路堤基床，边坡坡率1∶1.5。在进行挡土墙截面计算时，按分布荷载形式与列车活载一并计入土压力。根据工点的地质条件，挡土墙主要设计参数为：

(1)混凝土容重取25 kN/m3；

(2)墙背土容重取20 kN/m3；

(3)墙后土体综合内摩擦角取35°；

(4)基底摩擦系数取0.3(采用托梁式不控制)；

(5)地基承载力取180 kPa(采用托梁式不控制)；

(6)挡墙坡率为1∶0.3；

(7)混凝土轴心抗压强度fc=14.3 MPa；轴心抗拉强度为ft=1.4 MPa；弹性模量E=30 000 MPa；

(8)受力主筋抗拉强度fy=300 MPa；箍筋抗拉强度fy=210 MPa。

挡土墙土压力采用库伦土压力理论进行计算，计算得墙踵土压力为216 kN，墙趾土压力为158 kN。

4.3　承台设计

承台采用C35钢筋混凝土浇筑，根据挡墙底宽，并考虑构造设计，拟定钢筋混凝土承台宽3.85 m，高1.5 m，挡墙与承台每节长10 m。

4.4　锚固桩设计

取桩长18 m，采用单排矩形挖孔桩，桩截面采用2.25 m(宽)×2.5 m(厚)，桩间距5 m。桩身同承台一样，采用C35钢筋混凝土浇筑。

根据地质钻探报告，锚固桩处于粉质黏土和基岩全风化中，计算方法按“m”法计算。根据工程地质条件，粉质黏土和基岩全风化的地基系数均取7 MPa/m2，桩周土极限摩擦阻力取80 kPa，计算得出桩身最大弯矩为4 550 kN·m，桩顶最大剪力为564.9 kN，最大位移为4.9 mm<6 mm，满足规范要求。根据桩身的最大弯矩和最大剪力计算出配筋截面面积为16 875 mm2。箍筋采用HPB335Φ16 mm，间距0.3 m。桩及承台平面布置如图2。

图2　桩及承台平面布置(单位：cm)

4.5　构造要求

(1)在承台与挡墙之间设置6根φ20 mm，长1 m的连接钢筋，纵横间距为0.3 m，见图3。

图3　承台与挡墙构造连接(单位：mm)

(2)桩与承台的连接方式可采用桩顶主筋伸入承台板内连接方式，见图4。

图4　桩与承台连接

桩与承台的连接按照规范的规定，一般可达到介于铰接与刚接之间的连接，既可传递剪力，又可传递一部分弯矩。最终断面设计形式如图5所示。

图5　陡坡路堤设计断面示意(单位：m)

5桩基挡墙施工要点

5.1　施工程序

桩孔开挖与桩孔护壁→核对地质资料(含地下水)→桩孔下放钢筋→桩身灌注混凝土→承台混凝土灌注→浇筑挡土墙。若地质资料与设计采用不一致，应及时进行补勘、变更设计。

5.2　施工注意事项

(1)挡墙墙背开挖临时边坡较高地段或土层及岩体破碎地段，应分段跳槽开挖，并加强施工期间防排水处理，及时施工墙身。临时开挖边坡尽可能与墙背保持一致。临时边坡如超挖、局部坍塌、掉块等，应采用不低于挡墙设计指标的材料回填。

(2)挡墙墙身不应有水平通缝。

(3)承台绑扎钢筋前必须将桩顶面以上多余部分去除，并应确保桩体埋入承台长度符合设计要求。

(4)根据现场实际情况截取配筋。承台混凝土浇筑前，应先整平地面，压实桩间土，再平铺0.1 m厚的C15素混凝土，承台混凝土应一次浇筑完成，混凝土入槽宜用平铺法。

(5)钻孔灌注桩桩身的施工质量检验应在成桩28天或强度大于设计值70%以上时进行。

(6)锚固桩施工应尽量安排在旱季，跳桩开挖基坑，护壁及时跟进，桩身混凝土应及时连续不间断浇灌，避免形成相对软弱截面。

参考文献

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[4]李海光.新型支挡结构设计与工程实例[M].北京：人民交通出版社，2004

[5]池淑兰，孔书祥，梁明学.路基及支挡结构[M].北京：中国铁道出版社，2001

[6]池淑兰，张国林.基础工程[M].北京：中国铁道出版社，2004

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[8]杨克己，等.实用桩基工程[M].北京：人民交通出版社，2004

[9]TB10012—2004铁路工程地质勘察规范[S]

中图分类号：U213.1+52.2

文献标识码：B

文章编号：1672-7479(2015)03-0057-03

作者简介：王抒扬(1983—)，女，2006年毕业于西南交通大学铁道工程专业，工程硕士，工程师。

收稿日期：2015-02-06