樁墻復(fù)合結(jié)構(gòu)在順層巖質(zhì)邊坡治理中的應(yīng)用與研究

代云山

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司, 湖北武漢 430063)

1 工程概況

新建鐵路合福線合肥至福州段,由合肥樞紐合肥南站引出至福州樞紐福州站,正線全長809.919 km。沿線經(jīng)過沖積平原、河流階地、丘陵及中低山區(qū)等多種地貌單元,涉及巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖等多套地層,地質(zhì)構(gòu)造錯(cuò)綜復(fù)雜,給沿線的邊坡治理工作帶來很大的難處,順層巖質(zhì)邊坡的治理則為重中之重。

2 支擋防護(hù)措施的選取

以DK274+450～DK274+560為例,對其支擋防護(hù)措施的選取進(jìn)行論述。

2.1 順層巖質(zhì)邊坡工程性質(zhì)特征

(1)順層性質(zhì)的判斷

線路于該段以路塹形式通過,測區(qū)內(nèi)涉及巖性為鈣質(zhì)頁巖。通過現(xiàn)場地質(zhì)測繪調(diào)查,該地層風(fēng)化嚴(yán)重,抗風(fēng)化能力較弱,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖質(zhì)較為軟弱。得其巖層產(chǎn)狀為155°∠31°,線路走向239°,路基橫斷面走向329°,換算為視傾角30.1°,路基右側(cè)挖方邊坡存在順層,邊坡開挖時(shí),巖土體具有沿巖層面滑動的危險(xiǎn)[1]。

(2)物理力學(xué)指標(biāo)

地層地基系數(shù)及物理力學(xué)指標(biāo)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 地層地基系數(shù)及物理力學(xué)指標(biāo)

(3)推力計(jì)算

斜坡推力可采用傳遞系數(shù)法按下式[2]計(jì)算

Ti=KWisinαi+ψTi-1-Wicosαitanφi-ciLi

ψ=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi

計(jì)算的斜坡推力為：T=673 kN/m

經(jīng)過對測區(qū)內(nèi)鈣質(zhì)頁巖工程地質(zhì)性質(zhì)特征的了解,得知其巖體較為破碎,斜坡推力較大,工程性質(zhì)較差。

2.2 樁墻復(fù)合結(jié)構(gòu)的性質(zhì)特征

抗滑樁和擋墻是治理順層邊坡的主要工程措施,單獨(dú)使用則各有弊端?？够瑯豆こ淘靸r(jià)較高,密集的樁體分布無法達(dá)到很好的經(jīng)濟(jì)效果；而擋墻則無法起到較好的穩(wěn)定抗滑作用。

結(jié)合兩者優(yōu)缺點(diǎn),利用樁墻復(fù)合結(jié)構(gòu),則可以很好滿足工程需求?？够瑯镀鹬饕目够饔?承擔(dān)巖土體的剩余推力；擋墻既可以起到邊坡防護(hù)——防止樁間土沖刷、流失的作用,又可以承擔(dān)抗滑樁壓力拱范圍巖土體壓力。

在順層巖質(zhì)邊坡治理中,樁墻復(fù)合結(jié)構(gòu)既可以起到穩(wěn)定防護(hù)邊坡的作用,又節(jié)約了工程成本,是一種很好的支擋組合結(jié)構(gòu),因此,本工點(diǎn)采用該結(jié)構(gòu)進(jìn)行支擋防護(hù)。

3 復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 抗滑樁設(shè)計(jì)

根據(jù)斜坡推力及巖土體性質(zhì)特征,共布置抗滑樁6根,樁間距9 m,樁截面尺寸a×b=2.25 m×1.75 m,樁長h=14 m,其中受荷段h1=7 m,錨固段h2=7 m,采用C30混凝土,E=30×106kPa/m。

(1)樁的剛度

變形系數(shù)

計(jì)算深度[3]

β×h=0.23×7=1.64>1

因此,按彈性樁進(jìn)行設(shè)計(jì),樁底邊界條件為自由端。

(2)內(nèi)力計(jì)算

單樁承受水平推力TH=T×9=673×9=6 057.01 kN,樁前無剩余抗力,則滑面處Q0=TH=6 057.01 kN,M0=TH×h1/2=21 199.53 kN·M?？够瑯兜募袅澗匾妶D1。

圖1 抗滑樁剪力彎矩

(3)強(qiáng)度校核

最大側(cè)應(yīng)力σmax=2 720.92 kPa(見圖2),而KH×η×Rc=0.5×0.3×28×103=4 200 kPa>σmax,滿足要求。

圖2 抗滑樁受力及側(cè)應(yīng)力

(4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

界面尺寸a×b=2 250 mm×1 750 mm,M=1.4Mh=33 981.63 kN·m,混凝土強(qiáng)度等級C30,鋼筋采用HRB335級鋼筋,即Ⅱ級鋼筋。

計(jì)算鋼筋截面積：鋼筋保護(hù)層厚度100 mm,截面的有效高度h0=2 250-110=2 140 mm,由混凝土及鋼筋等級得：fc=14.3 N/mm2,ft=1.43 N/mm2,fy=300 N/mm2,混凝土受壓區(qū)等效矩形應(yīng)力系數(shù)α1=1.0,β1=0.8,相對界限受壓區(qū)高度[4]

ξb=0.55,

滿足要求。

配筋：①主筋：22φ36,L1=1 380.0 cm；22φ36,L2=1 092.0 cm；22N3φ36,L3=922.0 cm。As=67 181.4 mm2。②箍筋采用雙肢φ=16。③構(gòu)造鋼筋：樁體兩側(cè)及受壓側(cè)采用19φ16。

適用條件驗(yàn)算

3.2 擋墻設(shè)計(jì)

樁間采用C25混凝土路塹擋墻進(jìn)行支擋防護(hù)。擋墻頂部與抗滑樁頂持平,擋墻基底埋入路塹側(cè)溝平臺以下不小于1.2 m深度。下面以墻高H=8 m,墻頂寬b=2 m擋墻為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(1)設(shè)計(jì)參數(shù)

墻后巖體重度γ=22 kN/m3,巖體外傾結(jié)構(gòu)面傾角θ=32.9°,巖體外傾結(jié)構(gòu)面黏聚力Cs=10 kPa,巖體外傾結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角φs=25°,巖石與墻背的摩擦角δ=12°,巖石對基底的摩擦系數(shù)μ=0.6,擋墻(C25混凝土)每延米自重G=400 kN/m,擋墻基底傾角11.31°,墻背傾角16.7°。

(2)擋墻設(shè)計(jì)

巖石側(cè)壓力系數(shù)采用下式計(jì)算[5]

式中α——擋墻背于水平面夾角/(°)；

β——開挖邊坡坡面與水平面夾角/(°)；

φd——等效內(nèi)摩擦角/(°)。

主動巖石側(cè)壓力采用下式計(jì)算

(3)穩(wěn)定性檢算

擋墻沿基底的抗滑穩(wěn)定性系數(shù)按下式檢算[3]

滿足要求。

擋墻抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)按下式計(jì)算

滿足要求。

樁墻復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖見圖3。

圖3 樁墻復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(4)構(gòu)造設(shè)計(jì)

路塹擋墻基礎(chǔ)埋深應(yīng)在路肩或側(cè)溝平臺以下不小于1.2 m,并低于側(cè)溝砌體底面不小于0.2 m。

樁墻銜接處以及墻身沿線路方向每隔10～20 m,結(jié)合墻高及地層變化設(shè)置寬0.02 m的伸縮縫或沉降縫一道?？p內(nèi)沿墻頂、內(nèi)、外三邊填塞瀝青麻筋,深度不小于0.2 m。

墻身于側(cè)溝平臺以上部分每隔2～3 m上、下、左、右交錯(cuò)設(shè)置φ=0.1 m的PVC管泄水孔,其排水坡不少于4%。

最低排泄水孔下部及墻頂以下0.5 m高的范圍內(nèi)設(shè)袋裝砂夾礫石反濾層,厚0.3 m。反濾層最低處設(shè)隔水層,隔水層應(yīng)采用混凝土與擋墻墻身同時(shí)澆筑。

4 結(jié)束語

樁墻復(fù)核結(jié)構(gòu)可以發(fā)揮抗滑樁及擋墻各自的優(yōu)勢,起到很好的抗滑支擋效果。順層巖質(zhì)邊坡的工程力學(xué)性質(zhì)是復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要的因素,不同地層巖性的工程力學(xué)性質(zhì)差別較大,給各種檢算的結(jié)果帶來很大影響。另外,順層邊坡開挖時(shí)有很大的滑動危險(xiǎn),宜采用速凝或早強(qiáng)混凝土,樁身強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,再間隔或分層開挖樁前土體。

[1] 鐵道部第一勘測設(shè)計(jì)院.鐵路工程地質(zhì)手冊[M].北京：中國鐵道出版社,2005

[2] TB10025—2001，鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[3] 鐵道部第一勘測設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊[M].北京：中國鐵道出版社,1992

[4] 江見鯨,等.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2002

[5] GB50007—2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S]．