April ,2008

文章编号:100321995(2008)0420050203

桩基挡墙在既有铁路路基加固中的应用

孔德惠,孔书祥

(西南交通大学峨眉校区,四川峨眉山市　614202)

摘要:挡土墙是一种常见的路基支挡建筑物。当基础埋置深度无法满足或挡土墙基底应力检算中满足

应力要求的土层埋置较深时,可采用桩基础挡土墙。文章结合某地方铁路为工程实例,概括介绍了桩基础挡土墙在既有铁路路基加固工程中的设计、施工要点。关键词:桩基础　挡土墙　路基　加固中图分类号:U21311+

5213　文献标识码:B 收稿日期:2007211206;修回日期:2008201210

作者简介:孔德惠(1978—),女,云南宣威人,讲师,硕士。

　　桩基础挡土墙由普通挡土墙、钢筋混凝土承台和基桩所组成。桩基础挡土墙将承台以上挡土结构物传来的荷载通过承台传给桩,再由桩通过桩侧土的摩阻力及桩端土的支承力将荷载传递到土层中去,承台将桩联成整体共同承受荷载。桩基墙在新建铁路或改建铁路的路基主体工程中均可使用,可用于路肩挡土墙,也可用于路堤挡土墙。主要优点在于其高度不受一般挡土墙高度的,地基强度不足可以由桩的埋深得到补偿。从而在一些需要设高路堤挡土墙或高路肩挡土墙的地段及地基条件不够好的情况下采用,有其独特的优点。桩基础挡土墙设计荷载主要为挡土墙受到

的主动土压力以及挡土结构物的自重[1,2]

。

在铁路工程中,当高路堤土石方大、取土困难时,也可设置路肩或路堤挡土墙以减少土石方数量。某地方铁路既有线采用的衡重式路肩墙高约10m ,运营期间墙体变形严重,墙身多处开裂和鼓出,造成线路不均匀沉降,危及行车安全。为消除隐患,采用了桩基墙进行整治。

1　地质概况

111　地层

1)砂砾石层(人工堆积),成分为砂、砾石、少数卵

石。砾石含量60%,中砂含量30%,细砂与泥含量10%。层厚018～119m ,该层厚度较薄,不能作为持力

层。

2)碎石土层(人工及山前堆积),成分为碎石、块石、砂黏土。碎块石含量60%～80%,砂含量15%～30%,黏土含量5%～10%,层厚315～815m 。该层连

续性较好,厚度变化不大,但是土体不稳定,允许承载力为250kPa 。

3)全风化凝灰质砂岩,砂质结构,砂土状构造。成分为长石,石英砂,胶结物为凝灰质。原岩组织结构已基本破坏,局部地段仍有保留。层厚012～1116m 。岩层连续性一般,厚度变化大,允许承载力为200kPa 。

4)强风化凝灰质砂岩,砂状结构,砂土状构造。成分为长石、石英砂、以长石砂为主,胶结物为凝灰质。岩石破碎,少数节理面具弱铁锰质浸染,层厚012～310m 。该层岩层厚度小,变化大,连续性一般,风化破碎,推荐地层允许承载力为800kPa 。

5)全风化角砾凝灰岩,硬土状,局部块状。原岩组织结构已基本破坏,局部地段仍有保留。胶结物全已泥化,层厚615～1614m 。该层连续性极差,推荐地层允许承载力为150kPa 。

6)强风化角砾凝灰岩,碎块状,局部硬土状,组织结构大部分破坏。成分为长石、石英晶屑、长石晶屑已高岭土化。岩石含角砾,节理发育、较破碎,少数节理面具铁锰质浸染,层厚012～417m ,厚度小,变化大。风化破碎,岩层连续性一般,地层允许承载力为1000kPa 。

7)中等风化角砾凝灰岩,角砾凝灰结构,块状构造,结构部分破坏。成分与上层相同,局部具弱蚀变,含角砾明显,厚层大于4163m 。岩层连续性好,岩石较新鲜、完整。地层允许承载力为2500kPa 。112　水文地质

场地位于瓯江岸边,山坡有数条小冲沟,其中一条稍大,具有一定的汇水面积。地下水位受地形、季节气候影响变化较大,工程勘察期间,钻孔水位深度112～1110m 。

5

现场调查分析表明,造成路肩挡墙病害的主要原因有下列几点。

1)路基填土未分层压实,结构松散,抗剪强度较低,自稳性很差。挡土墙施工后,填土在自重及动荷载作用下仍处于固结过程中,对挡土墙产生较大侧向压力,使挡土墙发生较大侧向位移。

2)原挡土墙为重力式,由于上述原因挡土墙始终处于较大的侧向压力作用下。

3)挡墙施工质量较差,砌体的抗拉强度较低,经挖深、挖宽检查,局部达不到抗滑稳定和抗倾覆稳定的要求。

4)挡土墙变形后,墙体裂缝,雨水渗入填土,墙后土体抗剪强度进一步降低。

3　加固方案比较

1)挡土墙是边坡支挡工程中经常采用的工程结构。当边坡不高或边坡地质条件较好时,为了加强坡脚,多用于坡脚支挡工程。对于高填方路基,采用重力式挡土墙支护无异于是将一座材料大山堆积于坡脚下,不但大量占地,在经济上也很不合理,加上该段路基紧邻瓯江,设置重力式挡墙安全问题也不易得到保证。

2)采用预应力锚索框架地梁进行加固。即先钻孔,后下锚灌浆,然后施作框架地梁,最后张拉锁定。群锚效应明显,但方案费用偏高,锚索应力衰减较难控制,故也不宜采用。

3)桩板墙过去多用于新线的路基支挡,工程实践和计算方法都较成熟,但工程造价相对高,适用于稳定地层;加之需要大量钢材,施工相对于一般重力式挡土墙偏复杂,故也不采用。

4)桩基是一种应用广泛的基础形式,桩基墙不影响铁路的正常运营,工程实践和计算方法都较成熟,工程造价相对预应力锚索框架和桩板墙都低,对整个路基的稳定十分有利。而且既有挡土墙左侧临江,底部受到地形的,无法再扩大承台底部尺寸,故在承台下端需加设桩基础。为保证既有线的稳定及行车安全,拟定既有衡重式路肩挡土墙外加设桩基础承台重力式路肩墙方案加固。

4　工程设计

411　桩基挡土墙设计的基本原理

挡土墙设计同一般挡土墙。将作用在挡土墙基底的合力N、E

x、M0和作用于承台的土压力平移至承台底桩的中心,并按此力系进行桩基设计。若墙前地面低于承台底面或桩基上部土体过于软弱,在计算桩基时应考虑这部分土压力。

桩基计算的基本假定:

1)将土体看作弹性变形介质,其地基系数在地面处为零,以下随深度成比例增加。

2)在水平力和竖向力的作用下任何深度土的压缩性均用地基系数表示。

3)当桩基的换算深度αh<215时,按刚性桩计算;当桩基的αh≥215时,属于弹性桩。其中,h为地面以下桩基入土深度(m);α为土中桩的变形系数,按下式计算:

α=(mb

1ΠEI)1Π5

式中　m———地基系数随深度增加的比例系数,可依

据土层类别查表[2,3];

b1———桩的计算宽度,其中:矩形截面桩b1=b

+1,圆形截面桩b1=019(d[桩径]+

1);

E———换算模量,铁路:E=018E h;公路:E=

0167E h,E h为混凝土的弹性模量(kPa);

I———桩的的惯性矩(m4)。

412　桩基础的设计过程

①根据路基填方土压力大小、地形及地层性质,初步拟定挡土墙高度、承台尺寸、桩长、桩截面尺寸及桩间距。②根据地质钻探资料选定地基系数,然后计算桩的变形系数及其计算深度。③根据桩底边界条件采用相应的公式计算桩身各截面的变位、内力及侧壁应力等,并确定最大剪力、弯矩及其部位。④根据桩身的弯矩、剪力图,进行配筋设计。

413　设计计算结果

1)设计参数

在前述地段设置了桩基挡土墙(如图1)。挡土墙每节10m,挡土墙顶部宽019m,底部2170m,高910 m,墙面倾角1∶0125,墙背倾角1∶0105;C20钢筋混凝土承台宽315m,高115m;C20钢筋混凝土桩采用矩形截面115m×210m,单排桩,桩长10m,桩间距5m;纵向受力钢筋采用热轧Ⅱ级钢,箍筋采用热轧Ⅰ级钢。

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,即主筋伸入式。桩身应该深入承台10～15cm,深入承台内的主筋长度算至弯钩切点,其锚固长度不得小于30倍主筋直径。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,即可传递剪力,又可传递一部分弯矩。桩、台平面布置如图2。

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2008年第4期桩基挡墙在既有铁路路基加固中的应用　　　　　　

图1　桩基础挡土墙断面(单位:m )

图2　承台平面布置图(单位:m )

2)土压力计算

挡土墙土压力的计算采用库仑土压力理论,进行计算墙后填料和列车、轨道荷载引起的主动土压力的

水平分力和竖向分力[3]。地基土参数:γ=19kN Πm 3

,c =0,φ=40°,f =015,[σ]=500kPa 。计算得水平土压力和竖向土压力分别为144196kN Πm 、45170kN Πm ,作用点分别为Z x =3119m 、Z y =31275m ,挡土墙自重为376179kN Πm 。

3)桩基础的计算

将土压力的水平分力、竖向分力和挡土结构物的自重作为外荷载移至承台底面形心处,计算作用在承台底面形心的外力为N =3091185kN 、H =169012kN 、M =65411074kN ·m ,按照单排桩计算作用在每根桩顶的荷载N i 、Q i 、M i 值。取桩长10m ,考虑采用挖孔桩,桩截面长210m ,宽115m 。则桩的计算宽度为215m ,桩的变形系数α为01224,按刚性桩计算。然后计算桩在荷载作用下的各截面的内力和位移。最大弯矩(y =2185m 处)为10573126kN ·m ,桩顶最大剪力为169012kN ,最大位移4188mm <6mm (符合规范要

求)

[2,4]

。然后进行配筋设计。

5　施工程序和施工要点

511　施工程序

桩孔开挖与桩孔护壁→桩孔下放钢筋笼→桩身灌注混凝土→承台混凝土灌注→砌筑挡土墙→安装防护

栏杆。512　施工要点

1)桩孔开挖和桩孔护壁由人工进行,必要时采用风镐开挖,卷扬机提渣,手推车运渣。一般一次开挖1～2m 深即紧跟施作护壁,立模,安放钢筋,边灌混凝土边加高模板,直至最后0110～0115m ,留作封口处理,灌注混凝土应捣固密实。

2)桩身混凝土配合比为水泥∶砂∶石=10∶27∶30,水灰比0145,减水剂掺量4%。灌注混凝土要求从桩底到桩顶一次完成。如中途停顿,需在结合面上埋入短钢筋,保证桩身整体性。

3)挡土墙施工过程注意不应有水平通缝,并不得随意改陡或改缓基底坡率;墙身泄水孔应与既有挡土墙泄水孔相通,并可增加一定数量泄水孔;新建挡土墙与既有挡土墙要连接好,挡土墙与承台的伸缩缝要贯通。

6　结束语

桩基挡墙施工后的使用效果表明,对于河岸冲刷严重、陡坡岩堆、稳定性较差以及基岩埋置较深的陡坡

路堤,采用桩基墙方案是有效可行的。同时其设置高度不受一般挡土墙高度的,可避免大面积开挖造成路基(边坡)失稳。桩基挡墙用于既有线路的改造和高路堤加固具有广泛的应用前景。

参

考

文

献

[1]铁道部第一勘察设计院.铁路工程设计技术手册—路基[M].北京:中国铁道出版社,1995.

[2]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.

[3]池淑兰,张国林.基础工程[M].北京:中国铁道出版社,2004.

[4]中华人民共和国铁道部.T B10025—2001　铁路路基支挡结

构设计规范[S].北京:中国铁道出版社,2001.

(责任审编　孟庆伶)

25　　　　　　铁　道　建　筑April ,2008下载本文