封闭式路堑U形槽在某铁路工程中的应用

2013-04-16

铁道勘察 2013年2期

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京　100055)

1　工程概况

某工程位于内蒙古鄂尔多斯地区，属于中温带大陆性亚干旱气候区，冬季严寒，夏季干热，冬春多风沙，具有干燥少雨、多风、气温变化大、暴雨集中、蒸发强烈等特点。此段铁路路基前接隧道的出口，后接大桥。隧道出口位于一处低洼地，地下水埋深较浅，下雨会有雨水汇积，需要对此段路基进行特殊的设计，通过方案研究，决定对此段路基的结构采用封闭式路堑U形槽结构。

1.1　工程地质

本区段地形较平坦，高差较小，约5～10 m，地表主要植被为荒草。

地层岩性主要有：

①细砂，松散—稍密，稍湿，厚度约1～2 m，承载力约120 kPa。

②泥质砂岩，全风化，厚度约2.0 m，承载力约200 kPa。

③泥质砂岩，强风化，厚度约3.0 m，承载力约300 kPa。

④泥质砂岩，弱风化，厚度大于5.0 m，承载力约500 kPa。

1.2　水文地质

本区段地下水埋深较浅，埋深约2～5 m，年平均降水量342.0～351.4 mm，集中在7、8、9月，年平均蒸发量1 739.6～2 063.6 mm。地下水主要赋存于第四系砂类土以及泥质砂岩中，为第四系孔隙潜水及基岩裂隙水。

2　封闭式路堑U形槽结构的形式选择

2.1　边墙

边墙横断面样式一般分为三种[2]。

(1)矩形：矩形横断面的宽度不随深度而变化，一般应用于挖深较小或边墙受力较小的路段，优点是设计施工简单，缺点是挖深较大或受力较大时，都采用较大的横断面造成材料浪费。

(2)阶梯形：阶梯形边墙尺寸随着深度的增加而呈阶梯型增大，深部的刚度也随着提高，优点是可避免矩形横段面浅部材料的浪费，缺点是宽度变化位置会存在应力集中现象。

(3)梯形：梯形边墙尺寸随着深度的增加而呈逐渐增大的趋势，梯形横断面边墙可同时避免以上两种形式的缺点。

2.2　底板

底板的形式一般采用矩形断面，两端可以不伸出墙外，也可以伸出墙外，伸出墙外时的长度根据边界宽度的限制或抗浮力计算来确定。

本工程采用梯形截面边墙和不伸出墙外的底板形式，见图1。

图1　封闭式路堑U形槽结构横断面

3　封闭式路堑U形槽结构的计算

对路堑式U形槽结构模拟验算时应考虑边墙的自重、底板的自重，边墙背的土压力、水压力以及地下水浮力和活载等。本工程采用理正软件对U形槽结构进行模拟分析。

3.1　边墙的验算

U形槽结构边墙采用悬臂式挡土墙条件来进行模拟验算(图2)。

图2　U形槽边墙模拟示意(单位：m)

(1)模拟参数

墙身高：3.80 m，墙顶宽：0.50 m，面坡倾斜坡度：1∶0.0，背坡倾斜坡度：1∶0.15，墙后填土内摩擦角：40.0°，墙后填土黏聚力：0.0 kPa，墙后填土容重：20.0 kN/m3，墙背与墙后填土摩擦角：20.0°，地基土容重：21.0 kN/m3，墙底摩擦系数：0.5，地基土内摩擦角：45.0°。

(2)结果

通过计算，考虑各种最不利结果，为满足裂缝控制条件，配筋最小面积为：As=1 921 mm2。