封閉式路塹U形槽在某鐵路工程中的應(yīng)用

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京　100055)

1　工程概況

某工程位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯地區(qū)，屬于中溫帶大陸性亞干旱氣候區(qū)，冬季嚴(yán)寒，夏季干熱，冬春多風(fēng)沙，具有干燥少雨、多風(fēng)、氣溫變化大、暴雨集中、蒸發(fā)強(qiáng)烈等特點(diǎn)。此段鐵路路基前接隧道的出口，后接大橋。隧道出口位于一處低洼地，地下水埋深較淺，下雨會(huì)有雨水匯積，需要對(duì)此段路基進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)，通過(guò)方案研究，決定對(duì)此段路基的結(jié)構(gòu)采用封閉式路塹U形槽結(jié)構(gòu)。

1.1　工程地質(zhì)

本區(qū)段地形較平坦，高差較小，約5～10 m，地表主要植被為荒草。

地層巖性主要有：

①細(xì)砂，松散—稍密，稍濕，厚度約1～2 m，承載力約120 kPa。

②泥質(zhì)砂巖，全風(fēng)化，厚度約2.0 m，承載力約200 kPa。

③泥質(zhì)砂巖，強(qiáng)風(fēng)化，厚度約3.0 m，承載力約300 kPa。

④泥質(zhì)砂巖，弱風(fēng)化，厚度大于5.0 m，承載力約500 kPa。

1.2　水文地質(zhì)

本區(qū)段地下水埋深較淺，埋深約2～5 m，年平均降水量342.0～351.4 mm，集中在7、8、9月，年平均蒸發(fā)量1 739.6～2 063.6 mm。地下水主要賦存于第四系砂類土以及泥質(zhì)砂巖中，為第四系孔隙潛水及基巖裂隙水。

2　封閉式路塹U形槽結(jié)構(gòu)的形式選擇

2.1　邊墻

邊墻橫斷面樣式一般分為三種[2]。

(1)矩形：矩形橫斷面的寬度不隨深度而變化，一般應(yīng)用于挖深較小或邊墻受力較小的路段，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)施工簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是挖深較大或受力較大時(shí)，都采用較大的橫斷面造成材料浪費(fèi)。

(2)階梯形：階梯形邊墻尺寸隨著深度的增加而呈階梯型增大，深部的剛度也隨著提高，優(yōu)點(diǎn)是可避免矩形橫段面淺部材料的浪費(fèi)，缺點(diǎn)是寬度變化位置會(huì)存在應(yīng)力集中現(xiàn)象。

(3)梯形：梯形邊墻尺寸隨著深度的增加而呈逐漸增大的趨勢(shì)，梯形橫斷面邊墻可同時(shí)避免以上兩種形式的缺點(diǎn)。

2.2　底板

底板的形式一般采用矩形斷面，兩端可以不伸出墻外，也可以伸出墻外，伸出墻外時(shí)的長(zhǎng)度根據(jù)邊界寬度的限制或抗浮力計(jì)算來(lái)確定。

本工程采用梯形截面邊墻和不伸出墻外的底板形式，見(jiàn)圖1。

圖1　封閉式路塹U形槽結(jié)構(gòu)橫斷面

3　封閉式路塹U形槽結(jié)構(gòu)的計(jì)算

對(duì)路塹式U形槽結(jié)構(gòu)模擬驗(yàn)算時(shí)應(yīng)考慮邊墻的自重、底板的自重，邊墻背的土壓力、水壓力以及地下水浮力和活載等。本工程采用理正軟件對(duì)U形槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析。

3.1　邊墻的驗(yàn)算

U形槽結(jié)構(gòu)邊墻采用懸臂式擋土墻條件來(lái)進(jìn)行模擬驗(yàn)算(圖2)。

圖2　U形槽邊墻模擬示意(單位：m)

(1)模擬參數(shù)

墻身高：3.80 m，墻頂寬：0.50 m，面坡傾斜坡度：1∶0.0，背坡傾斜坡度：1∶0.15，墻后填土內(nèi)摩擦角：40.0°，墻后填土黏聚力：0.0 kPa，墻后填土容重：20.0 kN/m3，墻背與墻后填土摩擦角：20.0°，地基土容重：21.0 kN/m3，墻底摩擦系數(shù)：0.5，地基土內(nèi)摩擦角：45.0°。

(2)結(jié)果

通過(guò)計(jì)算，考慮各種最不利結(jié)果，為滿足裂縫控制條件，配筋最小面積為：As=1 921 mm2。

3.2　底板的驗(yàn)算

底板的模擬采用彈性地基梁分析。

高水位無(wú)活載計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　底板模擬結(jié)果

低水位有活載計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　底板模擬結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　底板模擬結(jié)果

通過(guò)驗(yàn)算，底板下部裂縫滿足要求。

3.3　抗浮力的驗(yàn)算

地下水的存在可以引起U形槽結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的不良后果，地下水會(huì)對(duì)水位以下的巖土體和基礎(chǔ)產(chǎn)生靜水壓力和浮力。

本工程取了一個(gè)橫斷面來(lái)驗(yàn)算抗浮力(見(jiàn)表4)。

表4　抗浮驗(yàn)算

通過(guò)計(jì)算，此U形槽結(jié)構(gòu)可以滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4　配筋

本工程封閉式路塹U形槽結(jié)構(gòu)采用的配筋形式見(jiàn)圖3。

圖3　配筋示意

4　結(jié)束語(yǔ)

對(duì)鐵路路塹式U形槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬驗(yàn)算，通過(guò)模擬驗(yàn)算得到了相應(yīng)合適的配筋量，也為其他工程提供了參考的經(jīng)驗(yàn)。路塹式U形槽結(jié)構(gòu)雖然斷面形式比較單一簡(jiǎn)單，但是包含了很多值得思考和需要進(jìn)一步研究的復(fù)雜問(wèn)題，比如伸縮縫、沉降縫、基礎(chǔ)受力等，為了能更好的了解和應(yīng)用，需要進(jìn)一步的研究分析。

[1]孫愛(ài)斌，吳連海.天津某封閉式U形槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2006(10)