H型桩板挡土墙在铁路工程中的应用

2015-11-05黄云龙

科技创新导报 2015年25期

黄云龙

摘要：随着我国铁路建设快速发展，一些线路、特别是城市轨道引入城市后，与其在规划、既有建筑物、文物等存在平面干扰，为减少征拆、节约用地，需设置对称结构的H型桩板墙工程，使滑面处的位移及桩顶位移满足要求；该文详细介绍了哈大线的哈尔滨西站进站端的H型桩板挡土墙内力计算原理、设计方法、施工工艺及施工工序。受地质条件和周边环境的限制，设计中采用H型桩板挡土墙，以确保既有铁路运营安全以及周边建筑物的稳定，同时保证路基沉降满足要求及自身的结构稳定。

关键词：H型桩板挡土墙横撑施工工艺

中图分类号：U213.15 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0034-02

Abstract：With the development of the railway，after a number of routes into the city， rather than planning， existing buildings，heritage plane interference，dismantling，in order to reduce the levy to save land， be equipped with a symmetrical structure of h-pile-sheet retaining wall project，making sliding surface displacement and displacement of pile top meets the requirements；This paper introduces H pile board railway station of Harbin west end of the retaining wall internal force calculation principle，design method， construction technology and construction process. By the geological conditions and the surrounding environment， is adopted in the design of H type sheet pile retaining wall， to ensure that both the safe operation of the railway and the stability of peripheral buildings， while guaranteeing the roadbed settlement satisfy the stability requirement and its structure.

Key Words：H type sheet pile retaining wall bracing；Crossbars；Construction technology

1 概况

1.1 工程概况

工点位于哈尔滨西站进站端。该段路基工程以深挖方形式通过，最大挖方深度超过18.0 m。线路为哈大客运专线和动车走行线四线并行，中间为速度目标值350 km/h客运专线，两侧为动车走行线。堑顶左侧距既有哈大铁路线路中心距离约20～40 m。选取了其中一段平面布置图（如图1所示）及其中一个断面（如图2所示）分析。

1.2 地质概况

工点所在地形较为平坦、开阔，房屋密布。自上而下各土层的主要工程地质特征为：

（1）第四系全新统人工填筑土：厚0.4～4.3 m，主要为混有砖块、混凝土、生活拉圾的黏质黄土，浅表松散，下部中密，稍湿。

（2）上更新统冲积黏质黄土：层厚13.6～23.2 m不等，土质较均匀，无层理，黏粒为主，粉粒含量少。硬塑，局部为软塑，=150 kPa；软塑，=100 kPa；

（3）粉质黏土：层厚大于25 m，广泛分布于黏质黄土层下，土质较均匀，无层理，硬塑。

（4）底部为砂土层。

2 设计方案

2.1 设计依据

（1）线路左侧不足40 m处即为既有车站，路堑需收坡不压占相邻线路并保证既有铁路的运营安全，线路右侧有工厂及哈尔滨农垦小学，须收坡最大限度减少拆迁，同时保证路堑两侧建筑物的稳定性。因此，线路两侧设置了预应力锚索桩板挡土墙。

（2）为了有效降低路基的沉降，将工后沉降控制在规范要求之内，提高地基承载力，并且提高横撑的刚度，在横撑下方线路的位置设置了钻孔灌注桩。

（3）为了增加H型桩板挡土墙结构的整体稳定性，限制桩板结构的水平变形，在对应桩体的路基下部采用和桩体现浇固定连接方式设置了横撑。

2.2 设计原理

采用结构力学的柔度法，先将横撑的各跨度中央切开，使之成为基本静定系。根据变形相容条件补充方程，将静力平衡方程和补充方程联立求解，就可以计算出横撑任意截面的弯矩、轴力和剪力，以及每一根桩顶的轴向力N、垂直桩轴方向的剪力Q和弯矩M。

根据计算所得的轴力、弯矩和剪力，即可确定桩长和桩尺寸以及横撑的尺寸。

作用于H型桩板挡土墙上桩的荷载主要有岩土体产生的土压力和锚固段地层的抗力以及横撑产生的作用力，在计算锚固点以上的桩身内力时，可根据土压力按一般结构力学公式直接计算；在计算锚固点以下桩身内里和变位时，按弹性地基梁计算。桩锚固深度的计算，根据地基的横向容许承载力确定。由此可确定桩板挡土墙桩的长度和尺寸。

2.3 H型桩设计

（1）该段两侧设置H型桩板挡土墙，悬臂段18 m，锚固段14 m，桩尺寸为3 m×2 m，桩间距6 m，桩间设挡土板。板宽0.5 m，挡土板采用C30钢筋混凝土预制的槽型板，挡土板吊装完成后于其后人工夯填砂夹卵石，厚0.3 m，吊装孔后设土工排水片材反滤层，宽0 .3m。

（2）在路肩设计高程以下1.5 m处设横撑，横撑的截面宽度为1.5 m，截面高度为1.5 m；桩和横撑均采用C40钢筋混凝土浇筑，通过预埋钢筋连为一体。横撑下铺设0.1 m厚的碎石垫层。

（3）在横撑之下，线路中线位置设直径为1.25 m的钻孔桩，桩身材料为C30钢筋混凝土，桩长为25 m，桩必须伸入横撑。

（4）横撑上铺设0.6 m厚的C40钢筋混凝土板，混凝土板同钻孔桩、横撑共同形成埋入式桩板结构。板纵向每60 m，在横撑中心处设一道伸缩缝，缝宽为2 cm，缝内用沥青麻筋填塞。板与横撑接触处铺设3.5 cm厚的泡沫橡胶板弹性材料。

（5）在锚固桩上部设置两孔预应力锚索；第一孔锚索距桩顶1.0 m，第二孔锚索距桩顶4.0 m，自由段长度11.0 m，锚固段长度36.0 m，锚索总长49.5 m。

2.4 H型桩板挡土墙内力计算结果（表1、2）

2.5 H型桩板挡土墙段施工工艺

先从地面开挖至桩顶标高，然后施工桩板墙，桩采取边挖边护的方法施工，锁口、护壁必须及时紧跟开挖，桩身强度达到设计强度的80%后，方可进行路堑边坡开挖，当开挖至锚索孔位时，应先施工锚索，锚索张拉锁定后，才可继续下挖，挂挡土板。然后按地基处理、施工钻孔桩、横撑、浇筑混凝土板的工序进行施工。

2.6 H型桩板挡土墙段施工工艺

（1）H型桩板挡土墙必须分阶段施工，先施工两侧桩，桩井必须隔桩开挖，桩开挖过程中同时完成预留横撑段的开挖。桩浇注时，必须连续浇注，采用机械振捣方式捣实。桩浇注到设横撑位置时，预埋横撑的纵向受拉钢筋，应一次绑扎完成并伸入预留横撑开挖孔内，再用板把横洞口堵住，以免水泥浆流入开挖的横撑洞内。钢筋和预埋筋必须进行检查并做好记录，符合设计要求后方能浇筑混凝土。

（2）在锚固桩的混凝土强度超过设计强度的80%之后，方可进行路堑边坡开挖，当开挖至锚索孔位时，应先施工锚索，锚索张拉锁定后，才可继续下挖，采取边挖边安装挡土板的方法施工，开挖至路肩设计高程以下3.0 m处。

（3）施工横撑下的钻孔桩，必须等钻孔桩的强度超过设计强度的80%以后，填筑非冻胀性A、B组填料，填筑到距横撑的底面高程0.1 m处，铺垫0.1 m厚碎石垫层。

（4）钻孔桩与横撑混凝土接榫处必须凿毛，凿入深度为5.0 cm，清洗干净，先涂纯水泥浆，绑扎横撑的钢筋，再浇注横撑混凝土。

（5）当横撑混凝土强度达到设计强度以上后，横撑之间填筑非冻胀性A、B组填料，与横撑顶面平齐。

（6）在横撑与板接触处，铺设3.5 cm厚的泡沫橡胶板弹性材料。

（7）浇注横撑上的纵向混凝土板。

3 结语

（1）工程在受地形、地质条件和周边环境限制的情况下，设计中可考虑采用H型桩板挡土墙，解决其它支挡方案的不足。

（2）结合现场实际情况，提出了H型桩板挡土墙的内力计算原理、施工工序、施工工艺，可为今后类似工程提供参考。

（3）H型桩板挡土墙的对称设计可有效减少桩顶及滑面处桩的水平位移，在水平位移控制严格的工程项目中能有效解决实际问题。

（4）其支挡高度突破了现行设计规范关于锚固桩自由悬臂段长度的规定，在理论及工程实践上均实现突破，支挡高度最大达18 m，突破常规桩板式挡土墙所能达到的高度，采用对称设计及加设横撑和钻孔桩后，整体结构可约束桩顶位移，较好改善桩的受力条件，使支挡桩的受力更合理，进而减少桩的截面尺寸，节约投资。

参考文献