客运专线扶臂式挡土墙施工技术研究

刘兴业

（中铁三局集团第五工程有限公司，山西 晋中 030600）

1 工程概况

1.1 概述：装置扶臂式挡土墙

客DK376+033～DK376+290段装配扶臂式挡土墙位于黄台车站东场棉麻专用线和既有胶济正线之间，相邻线间距为5.0 m，地下电缆呈蜘蛛网状密布，开挖挡土墙基坑对既有线，尤其是对正线和电缆形成威胁，需进行基坑防护及电缆防护；距地面7 m上空接触网横向、纵向分布，吊车安装挡土墙预制面板需对接触网进行防护，保证运营线行车安全。

1.2 地质情况

地质为约2.0 m厚人工填筑土，下为粉质黏土，土壤最大冻结深度0.5 m，地震动峰加速度值为0.05 g，地下水为第四系孔隙水，主要受大气降水补给，地下水埋深约2.0 m。

1.3 主要工程数量

挡土墙全长240双侧米，基础及墙身混凝土1 342 m2，预制墙身面板高度为2.5～5.0 m，每块宽度为2.0 m，共计240块，墙顶钢栏杆240双侧米。

2 施工方案

2.1 基坑开挖防护方案

基坑开挖深度3.0～3.5 m，因为距既有线较近，挡土墙基坑采用垂直开挖。在开挖时需对基坑进行防护。根据现场情况和地质情况，采用打拔5.0 m长、直径为20 cm的圆木桩进行基坑防护，施工安全，施工进度块。

挡土墙基坑以人工配合挖掘机开挖，施工时做好排水和边坡的防护。开挖深度为3.0～3.5 m，因右侧挡土墙离既有东4线较近，根据下面的检算资料，采用每米宽度上打设直径为20 cm、长度5 m的4根圆木桩，圆木后面插竹夹板对基坑进行防护，圆木桩顶端采用直径为8 mm的双股钢丝绳及1T的导链拉结，增加圆木桩的整体稳定性（见图1）。根据黏土特性，内侧基坑开挖坡度为1∶0.3，开挖基坑放宽1.0 m，基坑四周挖20 cm深的排水沟，在基坑外挖汇水井，汇水井放置水泵抽水。

2.2 圆木桩检算资料

2.2.1 圆木桩受力分析

圆木桩按单锚浅埋式板桩、顶部拉结进行计算。受力结构图中符号意义表示如下：Ea—主动土压力合力；Ep—被动土压力合力；γ—路基填土容重；φ—填料的内摩擦角；Ka—主动土压力系数；Kp—被动土压力系数。

图1 扶臂式挡土墙基坑防护示意图

2.2.2 计算步骤

第一，相关数据计算。路基填土为渗水土，φ取30°，γ取18 kN/m3，基坑开挖深度按最大3.5 m检算。根据朗金土压力理论计算各项压力为：

主动土压力系数Ka=tg2(45°-30°/2)=0.33.

被动土压力系数Kp=tg2(45°+30°/2)=3.00.

Ka/Kp=0.11.

根据现场实际施工情况，防护基坑侧无施工动载，H取值为3.5 m。

第二，桩深计算。假定上端为简支，下端为自由支承。这种板桩相当于单跨简支梁，作用在墙后为主动土压力，作用在墙前为被动土压力。

主动土压力最大压强为：ea=γ（H+t）Ka.

主动土压力为：Ea=1/2ea（H+t）=1/2γ（H+t）2Ka.

被动土压力最大压强为：ep=γtKp.

被动土压力为：Ep=1/2 ept=1/2γt2Kp.

为使板桩保持稳定，在A点的力矩应等于0，即∑MA=0，亦即Ea Ha-EpHp=3/2Ea（H+t）-Ep（h+2/3t）=0.

整理后，即可求得所需的最小入土深度t.

t=（3Ep-2Ea）H/(2(Ea-Ep))=(3/2×γt2Kp-2/2γ(H+t）2Ka)H/(2×(1/2×γt2Kp-1/2γ(H+t)2Ka)=(3/2×18×3×t2-18×(3.5+t)2×0.33)×3.5/(2×(1/2×18t2×3-1/2×18(3.5+t)2×0.33))96t3+441t2-441t+514.5=0.

t=1.403 m.

因此，圆木桩总长度为H+t=3.5+1.403=4.903 m，取总长度5.0 m。

第三，最大弯矩计算。再根据∑x=0，即可求得作用在A点的拉结力Ta.

Ta-Ea+Ep=0.

根据求得的桩入土深度t=1.403 m，计算被动土压力Ep、主动土压力Ea.

Ea=1/2γ(H+t)2Ka=1/2×18×(3.5+1.403)2×0.33=72.12 kN.

Ep=1/2γt2Kp=1/2×18×1.4032×3=53.15 kN.

Ta=Ea-Ep=72.12-53.15=18.97 kN.

设距桩顶端A点距离y处剪力为0，即∑Qy=0，则1/2y2γK－a+pKay-Ta=0.

剪力为0处的最大弯矩为：Mmax=-(γKa y3)/6-(pKa y2)/2+Tay=-(18×0.33×2.5273)/6-(0)/2+18.97×2.527=-15.975+47.937=31.962 kN·m.

第四，圆木桩截面计算。圆木桩采用东北落叶松，直径为20cm，长度为5.0 m，抗弯强度允许值fm=17 N/mm2，单位宽度每米宽度内布置圆木桩数量为4根，圆木桩的抗弯承载能力按下式验算：Mmax/Wn≤fm， 其 中 ，Wn=4×1/32πd3=4×1/32×3.14×2003=3141592 N·mm3

Mmax/Wn=31 962 000/3 141 592=10.174 N/mm2≤fm=17N/mm2.

按每米布置4根直径为20 cm、长度为5.0 m的圆木桩能满足要求。

2.3 挡土墙基础

基础采用C30混凝土，混凝土采用搅拌站集中拌和，混凝土罐车运输，拌和混凝土时严格按配合比计量。

2.4 墙身

墙身采用宽2.0 m预制面板，在基础浇筑完混凝土后，进行墙身面板安装，墙身混凝土为C30混凝土。在安装完墙身预制板后（见图2、图3），挡土墙墙顶不足部分，用C30混凝土浇筑，以保证墙顶纵坡平顺。

图2 预制扶臂式挡土墙墙身面板

图3 扶臂式挡土墙面板安装图

2.5 防水、沉降处理及其附属设施

沉降缝按设计位置预留准确，铺设防水层，然后按设计要求进行挡土墙两侧基坑回填，两侧填土水平分层，对称填筑夯实，每层厚度15 cm，采用蛙式打夯机并配合人工夯实。

3 各部位施工工艺流程及注意事项

3.1 钢筋工程

3.1.1 质量验收

①抽样：外观检查每批抽样10%的接头，并不少于10个。机械性能试验，应从每批成品（经外观检查合格品）中切取6个试件，3个进行拉伸试验，3个进行弯曲试验。在同一班内，由同一焊工按同一焊接参数完成的200个同类型接头作为一批。一周内连续焊接时可以累计计算。一周内累计不足200个接头时，也按一批计算。②外观检查结果应符合下列要求：接头处不得有横向裂纹；与钢筋接触处的钢筋表面，对于Ⅱ级钢筋，均不得有烧伤；接头处的弯折，不得大于4 d；接头处的钢筋轴线偏移，不得大于0.1感觉直径，同时不得大于2 cm；当有一个接头不符合要求时，应对全部接头进行检查，剔出不合格品；不合格的接头经切除重焊后，可提交二次验收。

3.1.2 注意事项

①在采用对焊机的电源开关内装设电压表，以便观察电压波动情况。焊接时，如电压降大于5%，应适当提高变压器级数；如电压降到8%时，停止焊接。②每天正式生产前应试焊两个接头，经外观检查合格后，方可按选定的焊接参数进行生产。③焊接前，必须清除钢筋焊接部位及电极与钢筋接触部位的铁锈、污物等；钢筋端部的扭曲、弯折应予以矫直或切除。④接操作过程的各个环节应密切配合，以保证焊接质量。若出现异常现象或焊接缺陷时，及时清除。

3.1.3 焊接工艺

根据钢筋级别、直径、接头形式和焊接位置，选择适宜的焊条直径和焊接电流。焊接时，宜采用多层控温施焊工艺，既要防止焊后冷却速度过快，也要防止接头过热。焊接工艺应符合下列要求：①搭焊接时，用两点固定。定位焊缝应离帮条或搭接端部20 mm以上。②焊接时，引弧应在搭接钢筋的一端开始，收弧应在搭接钢筋端头上，弧坑应填满。③进行搭接平焊时，第一层焊缝先从中间引弧，再向两端运弧；立焊时先从中间向上方运弧，再从下端向中间运弧。以使接头端部的钢筋达到一定的预热效果。第一层行贩应有足够的熔深，主焊缝与定位焊缝，特别是在定位焊缝的始端与终端，应熔合良好。在以后各层焊缝的焊接时，采取分层控温施焊。层间温度控制在150～50℃之间，以起到缓冷的作用。④搭接接头的焊缝厚度h应不小于0.3钢筋直径；焊缝宽度6不小于0.7钢筋直径。⑤II级钢筋搭接焊缝接头进行多层施焊时，采用“回火焊道施焊法”，即最后回火焊道的长度比前层焊道在两端各缩短4～6 mm。

3.2 混凝土施工

①混凝土原材料用来拌制混凝土的水泥、砂、碎石、水必须具有出厂合格证和进场检验报告单，并为试验室试验检定合格的产品，否则严禁使用。②混凝土的拌制。混凝土使用强制式搅拌机拌制。混凝土在拌制时要严格按照施工配合比并准确计量，称量时的允许偏差不得超过以下范围：水泥±1%，粗、细骨料±2%，水±1%。混凝土在拌制时搅拌时间不得小于1 min，拌和均匀。施工中按规范要求及时制作试块，塌落度检测为50～70 mm。③混凝土的运输。混凝土采用混凝土搅拌车进行运输，保证混凝土不发生离析、漏浆、严重泌水以及坍落度损失过多等现象。④模板。模板使用0.6 m宽、1.5 m长的组合钢模板拼装而成，模板之间加塞海绵条以防止漏浆，模板内设置Φ12拉筋和圆木内支撑，同时模板外部要用方木支撑牢固。⑤混凝土的浇筑。浇筑混凝土时使用插入式振捣器进行振捣，在捣固时振捣器的移动间距不大于振捣器作用半径的1.5倍，而且插入下层混凝土内的深度宜为5～10 cm。在用振捣器捣固时不得碰撞模板、钢筋和预埋铁件。⑥混凝土的养护。混凝土的养护方式为洒水及薄膜覆盖。混凝土养护时间最少为7 d。⑦拆模。当混凝土强度要达到2.5 MPa以上时拆除混凝土侧模，且不损害其表面及棱角。拆模工作按立模顺序逆向进行，拆除模板时不得影响混凝土的养护工作。

3.3 沉降缝及防水层施工

基础沉降缝缝内填塞沥青浸制麻筋，填塞的深度不小于0.3 m，并于接缝表面处铺设0.6 m宽的三油两毡防水层。墙面板沉降缝内全断面填塞沥青麻筋，填土一侧墙面铺设三油两毡防水层。

4 结束语

在胶济铁路客运专线ZH-9标扶臂式挡土墙基坑开挖采用圆木桩防护的施工技术，保证了工程施工进度和工程质量，对土质地质、基坑开挖深度小于4 m的工程施工简便，且圆木桩可重复利用，节省了工程成本，取得了较好的经济效益和社会效益，为今后类似工程的施工积累了宝贵的施工经验。

[1]江正荣，朱国梁.简明施工计算手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2004.