桩基托梁挡土墙在道路工程中的应用

周双朋

（贵阳市建筑设计院有限公司 贵州贵阳 550001）

1 引言

所谓挡土墙就是指用于支撑路基填土、山坡土体，加固填土或避免土体变形的工程构造物。桩基托梁挡土墙是桩与挡土墙的组合形式，按照工程设置位置的不同，桩基托梁挡土墙可分为路堤式桩基挡土墙与路肩式桩基挡土墙；按结构形式可分为单桩排桩基挡土墙、多排桩桩基挡土墙与锚索（杆）桩基挡土墙[1]。实践表明桩基托梁可以减少对地基原地面承载力要求，从而降低挡墙高度，有效避免回填土地区或者软土地区开挖造成的施工风险。

2 工程实例概述

沿河县教育扶贫工程鸾塘教育园区新建项目园区东南侧道路工程，工程范围起于G326国道，终点接现状老路，西南至东北，全长1520.52m，标准宽度10.5m。道路等级为城市支路，设计车速为20km/h。

由于道路在桩号K0+270～K1+233范围内右侧边坡高度较大，且道路右侧为现状高速公路，因此考虑在道路右侧该段范围内设置衡重式桩基托梁挡土墙。

3 桩基托梁挡土墙结构设计与计算

3.1 挡土墙结构选型

该工程选用衡重式路堤挡土墙，挡土墙高度为17.8m，托梁尺寸为19.98m×2.0m×8.5m，长度为20.0m，桩体直径为1.8m，相邻桩间距为4.5m，间隔20m设置一道伸缩缝，宽度为2cm，结构如图1所示。

3.2 计算分析

3.2.1 土压力计算

衡重式挡土墙由于会受到衡重台的应力影响，会出现较大倾角，土体应力状态发生较大转变，在接近主动极限平衡状态时会出现两个破裂面。该工程桩基挡土墙土压力基于库伦第一、第二破裂面开展计算，台后与台前溜坡土压力按照库伦主动土压力进行计算，计算如下：

图1 桩基托梁挡土墙结构横断面示意图

式中：E-昆仑主动土压力值，单位为kN；Ka-库伦主动土压力系数；φ-墙后填土内摩擦角，取值为35°；δ-墙背与填土内摩擦角，取值为δ=1/2φ=17.5°；a-墙顶的竖直面与墙背面形成的夹角，竖直面在墙背内取正值，竖直面在墙背外取负值，该工程挡土墙取值为a=14°；β-填土表面与墙顶水平面夹角，边坡坡率为1：1.5，这里取值为β=34°。

3.2.2 挡土墙内力计算

挡土墙内力计算过程如下：先在计算机系统中输入挡土墙的截面尺寸，后依此输入荷载与挡土墙的物理参数、基础与荷载分项系数，最后生成计算书。

稳定性分析结果如下：①滑动稳定性验算，Ke=抗滑力/滑移力=1928.6/529.5=3.643≥1.300，滑移验算结果符合规范；②倾覆稳定性验算，经计算K0=4.262＞1.500，倾覆验算符合规范要求；③地基应力与偏心距验算，得出e=0.113≤0.2500×8.212=2.053m ，满足要求。

3.2.3 桩基托梁内力计算

本文托梁参照支端悬出的简支梁进行计算，计算模型如图2所示。这里对于桩基托梁内力的计算不考虑地基的反作用力，抗滑桩与托梁间的交点视为固定的，如图3所示。

图2 桩基托梁挡土墙托梁以上外荷载分布

图3 支端悬出简支梁内力计算示意图

图中，h-承台高度；N-挡墙自重与土压力竖向分力的合力；M-N对托梁中心的偏心弯矩；Ex-挡墙底部传递至托梁顶面的水平力，和挡墙所受的主动土压力水平分力大小相同，但是方向相反；L0-间的净距；L1-托梁边缘与桩中心的间隔距离；L-托梁总长度；q-托梁底面上的垂直均布荷载；qx-水平面内的水平均布荷载，qx=Ex/L。

因结构对称布设，得出桩基托梁内力计算方法，公式如下：

在基础计算中只需考虑净反力，无需将承台自重纳入计算中，所以上述公式中q=N/L。

由上可知，当 L0=2L1时，Mz=0，Vz=0。

需注意的是，若托梁底部的摩擦力与托梁上的水平推力相较更小，则需要对水平面的内力进行计算。水平面内力计算与竖直面内力计算相同，qx替代上式中的q即可。

经计算可知，抗滑桩托梁支座位置最大的负弯矩M0=4767.522kN·m，托梁下部双向主筋配置为HRB400直径28间距200mm可以满足托梁受力要求。

4 桩基托梁挡土墙施工技术要点

4.1 桩孔成孔与桩基施工

在钻进过程中，必须勤松绳，每次少松绳防止打空锤。要勤清碴，使钻头经常冲击新鲜地层。钻进时，应经常检查钻头转向装置，使钻头在钻进中能自由转动。作好钻进记录和取样工作，当钻头进入岩层时，为预防卡钻，应经常检孔。

桩基开挖至设计标高后，清孔，即可放置钢筋笼。在钢筋笼的安放、接长过程中，始终保持骨架垂直；直螺纹套筒连接，接长时保证顺直度满足要求，接头牢固。同一断面接头数量不超过总根数的1/2。钢筋笼接好后严格检查焊接缝质量，合格后下放，边下放边割除笼内十字撑。

混凝土灌注应连续进行，严禁中途停工。在灌注过程中，要防止混凝土从漏斗内溢出或从漏斗外掉入孔中，使测量不准确。并注意观察管内混凝土下降和孔内返水情况，及时测量孔内混凝土面高度，正确指挥导管的提升和拆除，保持导管的合理埋深。

4.2 托梁模板施工

桩基混凝土浇灌作业结束后对桩基础进行检测，检测合格后方可开始托梁施工。对托梁下部的施工场地进行整平，反复夯压，地基超挖部分需采用10cmC15素混凝土封底作为托梁垫层；侧模为定型钢模板拼装而成，并用U形卡进行连接。在托梁两侧搭设双排脚手架管，以固定侧模模板位置，作为施工平台。工程托梁横截面为2.0m×8.3m。托梁结构体型较大，在浇灌混凝土过程中，为保证侧模结构稳固，可在侧模上按照梁体方向设置φ16钢筋拉杆，共50道，相邻间隔距离为0.6m。

4.3 挡土墙脚手架架设

在托梁混凝土强度达80%可开始托梁上部的混凝土挡土墙施工。依据各伸缩缝或者是沉降缝段的结构物尺寸的相关要求顺着挡土墙强身的两侧搭设双排光管脚手架，脚手架立杆底部支垫必须牢固。基础、强身模板选用定型钢模板，模板固定需借助墙身外侧的钢管肢手架进行固定。因为该工程中墙体的横截面积较大，需按照墙身的高度与长度每间隔60cm设置一道φ16钢筋拉杆。

4.4 挡土墙混凝土浇筑

混凝土浇筑需分层进行，每层浇筑厚度小于30cm，使用插入式振动棒反复捣固，捣固过程中振动器需垂直插入混凝土中，保证新旧混凝土紧密结合，振动棒插入深度控制在50～100mm。浇筑混凝土时需安排专人对模板系统进行检查，若发现模板出现变形或位移则必须立即修正。

片石混凝土挡土墙施工材料中片石的掺入量需控制在20%以下，片石需分层放置，相邻间距需大于10cm，混凝土必须完全包裹住片石，而片石与模板间的距离必须大于10cm。施工单位用振动器对混凝土进行振捣，提高密实度。

4.5 挡墙顶部分的施工

当挡墙施工至设计路面标高以下0.5m时候，设计路面标高以下0.5m采用C30素混凝土浇筑，如该处设计有管线或者其他地下构造物为其预留空间，且混凝土浇筑的时候，须根据道路附属设施情况预埋防撞护栏、路灯等构造物预埋件。

5 结束语

综上所述，桩基托梁挡墙的稳定性较强，被广泛应用于路基施工中。实际建设中，挡墙形式多选用衡重式结构，衡重式结构底部应力分布均衡，所用材料与其他结构形式相较成本更低。为保证挡墙的适用性，需依据道路工程所处地区的地理位置、地质条件等相关情况进行挡墙的合理设计，为工程建设创造有利条件，以充分发挥出桩基托梁挡土墙在复杂地质条件下路基工程中的积极作用。实践表明，工程应用效果良好，可加以推广。