王曉亮

摘 要：如今，公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)變得越來越完善，公路交通網(wǎng)絡(luò)再不斷擴(kuò)大，公路建設(shè)項(xiàng)目越來越多，在公路建設(shè)中所應(yīng)用的邊坡支擋措施變得多樣化，常常會(huì)應(yīng)用到擋土墻支撐結(jié)構(gòu)。擋土墻在公路邊坡支護(hù)方面有著重要的應(yīng)用，不但能夠有效維持邊坡整體的穩(wěn)固性，而且還能夠切實(shí)降低工程用地，能夠有效減少路基土石工程量，對(duì)加快工程建設(shè)進(jìn)程有著關(guān)鍵性的作用?，F(xiàn)階段的邊坡支護(hù)形式較多，例如樁板墻、重力式擋墻、懸臂式擋墻支護(hù)以及扶壁式擋墻等。

關(guān)鍵詞：門架式樁板墻;支擋防護(hù);有限元分析;工程設(shè)計(jì)

0 引言

現(xiàn)階段，在公路工程建設(shè)中面臨著很多難題，在邊坡挖方環(huán)節(jié)如果應(yīng)用常規(guī)支擋防護(hù)方式，那么很難達(dá)到工程的實(shí)際要求，在這種背景下門架式樁板墻支護(hù)方式被提出和應(yīng)用?；诖?，這篇文章主要以某項(xiàng)工程為例對(duì)門架式樁板墻的設(shè)計(jì)和應(yīng)用進(jìn)行了分析，并通過利用有限元軟件MIDAS展開了相應(yīng)的模擬分析，并對(duì)門架式板樁墻應(yīng)用的可行性展開了有效的論證，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)的工程設(shè)計(jì)帶來有利的參考依據(jù)。

1 工程概況分析

1.1 項(xiàng)目介紹

本文主要某段公路工程對(duì)門架式樁板墻的設(shè)計(jì)及應(yīng)用進(jìn)行了深入的分析。在此工程中路基主要是以挖方形式施工，挖方深度為10～12米。在此工程右側(cè)14.5米處是大型養(yǎng)殖場(chǎng)，在左側(cè)10米處是居民住宅區(qū)。如果采用常規(guī)的路基開挖方式，則很可能造成左右兩側(cè)建筑結(jié)構(gòu)的破壞，甚至可能威脅到居民安全。

1.2 地質(zhì)條件分析

通過實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，作業(yè)區(qū)域地質(zhì)條件主要如下：人工填筑土層工程性質(zhì)特別差，層位變化的程度大，其厚度大約處于0.5～4.1米;沖積黃土狀粉土的工程性質(zhì)適中，層位相對(duì)較為穩(wěn)定，其厚度大約處于2.4～4.6米;沖擊卵石層工程性質(zhì)相對(duì)比較好，層位相對(duì)較為穩(wěn)定，厚度較大，大約處于9.2～11.4米的范圍;下覆白堊系下統(tǒng)河口群泥巖的工程性質(zhì)良好，層位穩(wěn)定。

2 支護(hù)方案對(duì)比分析

2.1 重力式擋土墻

重力式擋土墻的整體形勢(shì)較為簡單，應(yīng)用頻率高，主要是憑借自重維持平衡;如果擋土墻的高度較高，那么需要保證墻高不能超過12米，墻身占地面積較大，這主要是為了保證墻體整體的穩(wěn)定性并具有良好的抗彎能力。因?yàn)閾跬翂π枰裆睿绻诖寺范螒?yīng)用重力式擋土墻方案，那么在部分區(qū)域的擋土墻的高度很可能需要超過12米，而且墻體截面尺寸非常大;由于路基的兩側(cè)存在既有建筑物，并不具備臨時(shí)基坑的開挖條件，因此這種方案不適用。

2.2 預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻

在這種支護(hù)方案中的支擋結(jié)構(gòu)物主要是由預(yù)應(yīng)力錨索、擋土板以及鋼筋混凝土抗滑樁三個(gè)部分構(gòu)成，能夠有效保證邊坡整體支撐結(jié)構(gòu)的平衡。與重力式擋土墻相比，開挖施工量小，占地面積小，樁頂水平位移小。但是，在此路段的右側(cè)為高層建筑，如果使用預(yù)應(yīng)力錨索鉆孔很有可能造成建筑樁基礎(chǔ)的破壞。

2.3 門架式樁板墻

由于在此路段的邊坡支護(hù)具有一定的特殊性，為能夠有效降低裝板墻裝頂水平位移，那么則需要對(duì)其結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力進(jìn)行科學(xué)優(yōu)化。將鋼管橫撐科學(xué)的設(shè)置在樁板墻的樁頂，用門架式裝板墻替代懸臂式樁板墻，通過這種方式有效強(qiáng)化了結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)固性，而且還可實(shí)現(xiàn)對(duì)樁頂水平位移的有效控制。

3 門架式樁板墻的結(jié)構(gòu)分析

3.1 荷載和組合的計(jì)算分析

如果在工程中應(yīng)用門架式裝板墻結(jié)構(gòu)，那么一定要對(duì)結(jié)構(gòu)所需要承受的荷載進(jìn)行有效的計(jì)算，其荷載是來自多方面的，主要包括地震作用、地面超載、填土側(cè)壓力、填土重力、墻頂有效荷載，以及車輛或者是人群而產(chǎn)生的土側(cè)壓力等其它多方面的內(nèi)容。在進(jìn)行荷載組合的過程中需要依據(jù)相關(guān)了規(guī)范要求，例如在進(jìn)行荷載偶然組合、基本組合以及長期組合確定的過程中需要嚴(yán)格按照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)要求和規(guī)定，在進(jìn)行各種荷載組合系數(shù)確定的過程中同樣需要依據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)范取值。在此環(huán)節(jié)中務(wù)必要保障計(jì)算荷載及組合的合理性。

3.2 有限元模型

有限元模型分析的環(huán)節(jié)同樣十分關(guān)鍵和重要，對(duì)門架式樁板墻的應(yīng)用有著重要的影響。在進(jìn)行門架型樁板墻確定的過程中需要充分考慮施工可行性、墻后土壓力分布等其他重要的因素。在此項(xiàng)工程項(xiàng)目中最終應(yīng)用的是1.8米的C30鋼筋混凝土圓形灌注樁，而且每兩根之間相距4米，對(duì)于其上部的撐桿所應(yīng)用的是鋼筋混凝土，其外徑是0.9米。在門架式擋土墻標(biāo)準(zhǔn)單元格選擇過程中需要充分結(jié)合門架式擋板墻的結(jié)構(gòu)的整體情況和特點(diǎn)，然后再進(jìn)行空間模型的構(gòu)建，在此環(huán)節(jié)主要利用有限元軟件MIDAS，然后對(duì)所建立的空間模型展開有效計(jì)算，主要利用梁單元對(duì)結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行有效模擬。

3.3 靜力分析

在此項(xiàng)工程中對(duì)于門架式樁板墻有著非常高的要求，主要是因?yàn)槠渲苓叚h(huán)境較為特殊，位于其左側(cè)的為清真大寺，位于右側(cè)的則是高層居民樓。因此門架式樁板墻靜力分析的過程中需要對(duì)支擋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載力展開全面有效的驗(yàn)算，除此之外還需要對(duì)門架式樁板墻結(jié)構(gòu)變形展開全面有效的計(jì)算，務(wù)必要切實(shí)保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性。通過相關(guān)的計(jì)算得出結(jié)果為，樁頂最大水平變形為6毫米，撐桿最大變形上撓為6毫米，樁身的最大變形應(yīng)為2.5厘米。

4 門架式樁板墻設(shè)計(jì)應(yīng)用

在此項(xiàng)工程中路基地層下部區(qū)域是白堊系下統(tǒng)河口群泥巖，處于中間區(qū)域的是卵石夾層，處于地層上方區(qū)域的部分則是覆黃土狀粉土。為了保障施工的安全性，加快項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)程，在此路段所應(yīng)用的樁板墻樁基主要采用的是圓柱設(shè)計(jì)，所應(yīng)用的是機(jī)械挖孔方式，將縱向冠梁科學(xué)的設(shè)置在樁頂上，處于路基兩側(cè)的樁基主要采用的是對(duì)稱設(shè)置方式。通過對(duì)結(jié)構(gòu)的計(jì)算，所使用的樁基截面為圓形，其半徑為0.9米，樁的長度為20米，中心間距為4米，所使用的澆筑材料主要是C30混凝土。鋼管橫撐所采用的主要是高強(qiáng)度鋼管，厚度大約為8毫米，其直徑為0.9米，其與樁基的連接方式主要是法蘭盤連接，樁頂橫冠的截面為矩形，其長度和寬度分別為1.8米、1.5米。樁間土應(yīng)用的主要是擋土板支擋，擋土板的高度為1.5米，厚度為0.5米，長度處于1.27～2.27米的范圍內(nèi)，所使用的澆筑材料主要是C30混凝土。在施工過程中主要把擋土板科學(xué)的安裝在樁基的中間位置，等到其達(dá)到規(guī)定的強(qiáng)度之后，在進(jìn)行樁間土地的開挖，在此環(huán)節(jié)中需要分段分節(jié)進(jìn)行，當(dāng)向下開挖1.5米之后，就需要現(xiàn)澆一節(jié)擋土板。在此項(xiàng)公路工程為城市路段，為了保證道路整體的美觀性，那么需要使用C20混凝土在擋土板和樁基外表面中間進(jìn)行澆筑，在澆筑環(huán)節(jié)還需使用鋼模板立模施工，這樣能夠有效保障外表面的平整美觀。

利用MIDAS軟件進(jìn)行門架式樁板墻空間模型的創(chuàng)建，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行有效的計(jì)算和分析，樁基是截面為圓形的受壓構(gòu)件，需要對(duì)其正截面承載力進(jìn)行有效計(jì)算，然后再依據(jù)其對(duì)縱向受力主機(jī)進(jìn)行科學(xué)的配置和安裝;另外，還需要對(duì)其進(jìn)行裂縫寬度進(jìn)行驗(yàn)算。因?yàn)闃痘ǔＰ枰惺茌^大的剪力，再進(jìn)行截面受剪承載力計(jì)算的過程中需要將其圓形截面等效成矩形截面，然后再依據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)受剪螺旋筋進(jìn)行科學(xué)設(shè)置。在進(jìn)行鋼管混凝土撐桿承載力計(jì)算的過程中需要使其處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下。

5 結(jié)束語

門架式樁板墻實(shí)質(zhì)上是對(duì)傳統(tǒng)樁板墻的創(chuàng)新，在頂部增設(shè)了鋼管橫撐，在實(shí)際應(yīng)用中具有良好的樁板墻高度設(shè)置優(yōu)勢(shì)，能夠有效保障結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，還可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)樁頂位移的控制。門架式樁板墻在應(yīng)用中有效減小了工程臨時(shí)開挖范圍和占地面積，而且受力更加科學(xué)合理。

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