桩基悬臂式挡土墙在中兰铁路中的应用

文/邱晶 兰州铁道设计院有限公司 甘肃兰州 730000

新建中兰客专，是我国“八纵八横”铁路网京呼银兰通道的组成部分，项目东连吴忠市、银川市与银西高铁接通，西接甘肃白银市、兰州市与宝兰高铁、兰新客专接通，也是我国“一带一路”建设发展核心区域的重要交通基础设施。中兰铁路引入兰州枢纽配套工程位于兰州市境内，人为活动对原始地貌改变较大，建筑密集，地基多为填筑土和湿陷性黄土，桩基悬臂式挡土墙既可解决地基承载力不足的问题，又可有效控制路基变形，起到承载与支挡的双重作用。

1、工程概况

本段工程路基右侧侵入兰新高铁桥梁范围，需对右侧边坡设置胸坡基本垂直的挡土墙进行收坡。根据地质报告，地层自上而下分布为填筑土、湿陷性黄土，不宜直接做基础持力层。结合工程实际情况，经多方案比选试算，最终选定桩基悬臂式挡土墙结构。墙高6.0m，底板宽5.0m，钻孔灌注桩桩长22.0m，桩径1.0m，横向桩间距3.0m，纵向桩间距5.0m。桩身材料与施工工艺：干作业钻孔桩；成桩方法：非挤土桩；承载力性状：摩擦桩。

具体结构形式如图1所示。

图1 桩基悬臂式挡土墙结构布置（单位：m）

2、设计方案计算

悬臂式挡土墙可根据《铁路路基支挡结构设计规范》设计。当上部结构确定后，本文重点对桩基进行计算。

2.1 计算简图

图2 桩基计算简图

2.2 荷载信息

柱子转角： 0.000(°)

柱上荷载标准值：

弯矩Mx= 0.000(kN.m)

弯矩My= 3600.000(kN.m)

轴力N = 6725.000(kN)

剪力Vx= 1650.000(kN)

剪力Vy= 0.000(kN)

基础与覆土的平均容重： 20.000(kN/m3)

2.3 计算过程及计算结果

2.3.1 桩基竖向承载力计算

（1）桩基竖向承载力特征值R计算

根据经验参数法，计算得出侧阻：Qsk=4363.66 (kN)，摩擦桩端阻Qpk=0。

根据《建筑桩基技术规范》（以下简称《桩基规范》）5.2.2及5.2.3

单桩竖向极限承载力标准值 Quk=4363.658(kN)

单桩竖向承载力特征值Ra= 2181.829(kN)

基桩竖向承载力特征值R=Ra= 2181.829(kN)

（2）桩基竖向承载力验算

根据《桩基规范》5.1.1 式5.1.1-1计算轴心荷载作用下桩顶全反力,式5.1.1-2计算偏心荷载作用下桩顶全反力

在轴心荷载作用下,桩顶全反力 NEk=2031.250(kN)

按《桩基规范》5.2.1(考虑地震作用) 式5.2.1-3 (γ0NEk≤ 1.25R) 验算

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

在偏心荷载作用下,按《桩基规范》5.2.1(考虑地震作用) 式5.2.1-4 (γ0NEkmax≤1.50R)计算

桩号 1 ： (γ0N1Ek=1156.250kN) ≤ (1.50R=3272.743kN) 满足。

桩号 2 ： (γ0N2Ek=2906.250kN) ≤ (1.50R=3272.743kN) 满足。

桩号 3 ： (γ0N3Ek=1156.250kN) ≤ (1.50R=3272.743kN) 满足。

桩号 4 ： (γ0N4Ek=2906.250kN) ≤ (1.50R=3272.743kN) 满足。

2.3.2 桩基X向水平承载力验算

（1）桩基X向水平力Hik计算

根据《桩基规范》5.1.1(式5.1.1-3) 计算

桩顶X向水平作用力 Hik= 412.500(kN)

（2）单桩X向水平承载力特征值Rha计算

根据《桩基规范》5.7.2第6款(式5.7.2-2)计算

桩的水平变形系数α= 0.338(1/m)

桩身抗弯刚度EI = 1426396.868(kN.m2)

桩顶水平位移系数vx= 0.940

单桩X向水平承载力特征值 Rha=439.778(kN)

（3）桩基X向水平承载力特征值Rh计算

根据《桩基规范》5.7.3 (式5.7.3-1及式5.7.3-2)考虑地震作用且Sa≤6.0d 计算

桩基X向水平承载力特征值 Rh= 632.206(kN)

（4）桩基X向水平承载力验算

根据《桩基规范》5.7.1(式5.7.1) 验算

(γ0Hik=412.500kN) ≤ (Rh=632.206kN)满足。

结论：

通过计算及验算，桩基悬臂式挡土墙满足规范和设计要求。桩基悬臂式挡土墙在中兰铁路的成功应用，为放坡受限路基且地基条件不佳地段的支挡工程积累了宝贵经验。尤其西北地区是我国“一带一路”建设发展核心区域，在以后的铁路建设过程中势必会出现类似本项目的路基边坡工程。因此，桩基悬臂式挡土墙在中兰铁路的应用同样今后类似工程的设计和施工提供了指导和借鉴。