高速公路高边坡桩基托梁挡墙设计及工程应用

2016-10-09陈岳莲

福建交通科技 2016年4期

关键词：托梁挡土墙挡墙

■陈岳莲

（福建省交通规划设计院，福州　360004）

高速公路高边坡桩基托梁挡墙设计及工程应用

■陈岳莲

（福建省交通规划设计院，福州360004）

本文以海西高速公路网屏南至古田联络线为工程背景，介绍了高速公路粘性厚土层高边坡桩基托梁挡墙设计的基本原理及设计过程，通过工程设计方案应用的对比和验算分析，得出合理的高边坡桩基托梁挡墙结构设计尺寸，供设计人员参考借鉴。

桩基托梁挡墙抗倾覆桩长竖向力弯矩设计

0　前言

近年来，我国高速公路建设飞速发展，高坡填方在高速公路工程建设中经常遇到，往往通过布设挡墙收缩坡脚，保证填方边坡稳定。福建省处于丘陵区，其间崇山叠嶂，溪谷遍布，森林覆盖茂密，表层残积和坡积土较厚，在许多陡坡地段布设挡墙时，经常遇到地基承载力不足的情况，因此在高速公路的建设中，需经常采用桩基础挡墙来解决地基承载力不足的难题。

1　工程概况

海西高速公路网屏南至古田联络线是海西高速公路的重要组成部分，连接国家高速公路网京台线和宁上线，也是重要的入闽快速通道之一，其中在 K52+368.5-K52+ 490处属丘陵地貌，山坡坡度约45～50°，植被较发育，坡面上覆坡残积土层（Qdl），下伏基岩为侏罗纪南园组凝灰熔岩（J3n）。由于在路线方案上，平面受大桩号方向的排头枢纽互通的位置控制，纵段上受小桩号方向桥梁标高的控制，已无调整路线平面与降低路线纵断标高的可能，从图1地质剖面上可以看出，路基左侧相邻河道，且地面坡度陡，若采用放坡填方方案，左侧坡脚需填入水中，侵占河道，方案不可行，为了收缩坡脚，则必须采用挡墙方案。

经过详细的地勘资料钻探，在挡墙位置地表以下30m范围内的地质如下：

（1）4-112坡积粉质粘土（Qdl）：稍湿-湿，可塑，灰黄色，粒级成分以粘性土为主。

（2）5-13残积粘性土（Qel）：稍湿，硬塑，灰黄色，岩芯呈土状，遇水易软化。

（3）7-321砂土状强风化凝灰熔岩（J3n）：岩芯呈砂土状，夹有少量碎块状强风化，手可折断，岩芯遇水易软化。

（4）7-322碎块状强风化凝灰熔岩（J3n）：青灰色、灰褐色，结构清晰，组织矿物已大部分破坏，岩芯呈碎块状。

2　桩基托梁挡墙的概念与设计原理

2.1桩基托梁挡土墙的概念

桩基托梁挡土墙是指在公路设计中由于挡墙下地基土层覆盖层过厚且地基承载力不足，为避免将挡墙置于不稳定的土层上，或避免挡墙基础埋置太深，因此需要采用桩基，在桩基上设置托梁（类似承台梁），并将挡土墙设在托梁之上，使挡墙获得足够的稳定性和承载力。它是一种常见的路基支挡构造物，当基础埋置深度无法满足或挡土墙基底应力验算不满足时，可采用桩基托梁挡土墙。

2.2桩基托梁挡土墙设计原理

根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）与《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTD D63-2007），桩基挡墙的主要设计原理如下。

2.2.1基底合力的偏心距e0

基底压应力可按公式（1）和公式（2）计算。

公式（1）和（2）式中，Nd为作用于基底上的垂直力组合设计值（kN/m）；Md为作用于基底形心的弯矩组合设计值（MPa）；σ1挡土墙趾部的压应力（kPa）；σ2为挡土墙踵部的压应力（kPa）；B为基底宽度（m），倾斜基底为其斜宽；A为基础底面每延米的面积，矩形基础为基础宽度B×1（m2）。

2.2.2抗滑动稳定系数

抗滑动稳定系数按公式（3）计算。

公式（3）中，G为作用于基底以上的重力（kN），浸水挡土墙的浸水部分应计入浮力；Ex为墙后主动土压力的水平分量（kN）；E′p为墙前被动土压力的水平分量（kN），当为浸水挡土墙时，E′p＝0；α0为基底倾斜角（°），基底为水平时，α0=0；N为作用于基底上合力的竖向分力（kN），浸水挡土墙应计浸水部分的浮力。

2.2.3抗倾覆稳定系数K0

抗倾覆稳定系数按公式（4）计算。

公式（4）中，ZG为墙身重力、基础重力、基础上填土的重力及作用于墙顶的其它荷载的竖向力合力重心到墙趾的距离（m）；ZX为墙后主动土压力的竖向分量到墙趾的距离（m）；ZY为墙后主动土压力的水平分量到墙趾的距离（m）；ZP为墙前被动土压力的水平分量到墙趾的距离（m）。2.2.4桩基容许承载力

按摩擦桩计算时，桩基的容许承载力按公式（5）计算。

公式（5）中，［P］为单桩轴向受压容许承载力U为桩的周长；li为桩在承台底面或最大冲刷线以下第i层土层中的长度；τi为与li为相对应的各土层与桩侧极限摩阻力（kPa）；αi为振动下沉对各土层桩侧摩阻力和桩底抵抗力的影响系数；A为桩底面积；σR为桩底处土的极限承载力（kPa）。