永臨結(jié)合的鉆孔灌注樁排樁擋土墻在既有線邊坡支擋工程中的應(yīng)用

焦瑞玲，吳連海

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300142)

1 工程概況

我國北方地區(qū)某動(dòng)車段是動(dòng)車組檢修基地及高速鐵路的檢修中心，段內(nèi)股道多、道路縱橫、平立交道互相連通。由于北側(cè)背靠繁忙的電氣化貨運(yùn)鐵路，南側(cè)中部某園地?zé)o法拆遷，致使動(dòng)車段股道排列形式有如眼鏡形。中部狹窄區(qū)域，試車線和排水溝緊鄰6～7 m高的既有鐵路路堤，設(shè)計(jì)場坪高程低于既有鐵路路肩，高差達(dá)5～6 m。還有1條3.5 m寬段內(nèi)道路夾在試車線與既有線間狹窄條帶區(qū)域內(nèi)，路面高程起伏變化大，從低于既有線路基高程約10 m到與其并行等高，其中還有約645 m長度位于與豐雙線等高的墻頂處。為滿足動(dòng)車段場地布置要求，JK1+900～JK2+895段緊鄰既有線的試車線及道路需切挖既有鐵路路基邊坡，必須設(shè)擋墻收坡，并保證既有線安全運(yùn)營。

2 擋土墻設(shè)計(jì)方案選擇

2.1 方案比較

既有鐵路為電氣化鐵路，是城區(qū)內(nèi)重要貨運(yùn)疏解線，運(yùn)輸間隔僅為2～3 min，十分繁忙，切挖路基邊坡，必然引起路基變形，必須控制其變形不能引起接觸網(wǎng)和軌道發(fā)生較大位移，以保證正常安全運(yùn)營，這是設(shè)計(jì)方案選擇的首要控制因素。墻型方案是影響段內(nèi)平面布置能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

設(shè)計(jì)中結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行了如下3種方案的比較。

方案一:混凝土重力式擋土墻或鋼筋混凝土懸臂或扶壁式擋墻;

方案二:樁板擋墻;

方案三:永臨結(jié)合的鉆孔灌注樁排樁擋墻。

2.2 各方案優(yōu)、缺點(diǎn)分析

(1)方案一:由于重力式或懸臂、扶壁式擋墻墻后基礎(chǔ)底面寬，基坑對既有線邊坡挖切寬、深，臨時(shí)支護(hù)樁位于路肩附近，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)影響到接觸網(wǎng)柱基礎(chǔ)，支護(hù)樁施工也影響既有鐵路運(yùn)營，且基坑變形大必然影響運(yùn)營安全，且需要斷道施工，對樞紐貨運(yùn)組織影響較大，方案實(shí)施難度最大，造價(jià)較高。

(2)方案二:雖然樁板擋墻的樁施工對既有線影響較小，但樁間板區(qū)域施工同樣存在基坑開挖切挖邊坡深、寬，以及須在路肩設(shè)置臨時(shí)支護(hù)和需斷道施工等問題，對樞紐貨運(yùn)組織影響大，方案實(shí)施難度大;而且錨固樁錨固長度大且截面大，影響道路布置。工程造價(jià)最高。

(3)方案三:在邊坡中下部采用沿線路縱向一排鉆孔灌注樁排樁，在道路與既有線并行等高段，排樁施工對既有線影響較小，不需斷道，只要控制好排樁變形，可以作為永久擋墻;在道路需下挖、與既有線路肩高程差較大段，需切挖既有線邊坡較深段，即作為臨時(shí)支護(hù)又可作為永久性擋墻，還可以減少上述基坑開挖帶來的對既有線運(yùn)營和安全的影響問題，而且本方案工程造價(jià)相對較低。缺點(diǎn)是變形控制難度大，且無設(shè)計(jì)規(guī)范可依。

根據(jù)場地工程條件，吸取既有線路基邊坡支護(hù)失敗的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)，經(jīng)過以上可行性及技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比分析，為不影響既有線運(yùn)營，同時(shí)又保證安全，切挖既有邊坡深、寬地段，根據(jù)道路高程和位置分別選用永臨結(jié)合的鉆孔灌注排樁擋墻方案，橫斷面形式分別見圖1、圖2。

3 鉆孔灌注排樁擋墻設(shè)計(jì)

3.1 地質(zhì)條件

圖1 道路與既有線并行等高段鉆孔灌注排樁擋墻橫斷面(單位:m)

圖2 道路低于既有線下挖段鉆孔灌注排樁擋墻橫斷面(單位:m)

自上而下分別為:地表雜填土，0～2.4 m，褐黃色～黃褐色，稍密，稍濕，以細(xì)砂為主，局部呈黑色，含磚渣，云母;素填土，褐黃色，稍密～中密，局部松散，稍濕～潮濕，以粉砂、粉土為主，含植物根系及灰渣、磚渣等，地基基本承載力80 kPa，局部地段小于60 kPa;粉質(zhì)黏土，黃褐色，硬塑，含云母，氧化鐵，厚0～5.6 m，地基基本承載力150 kPa;粉土，褐黃色，中密，稍濕，含云母，氧化鐵斑點(diǎn)及有機(jī)質(zhì)斑點(diǎn)，厚0.7～3.2 m，地基基本承載力150 kPa;粉砂，褐黃色，中密，稍濕，成分以石英、長石為主，厚2.3～8.2 m，地基基本承載力210 kPa;細(xì)園礫土，灰白色，稍濕，中密，成分以砂巖為主，呈亞圓形，級配較好，一般粒徑10～30 mm，最大80 mm，地基基本承載力400 kPa。

勘探期間未見地下水。地震動(dòng)峰值加速度0.20g，土壤最大凍結(jié)深度0.80 m。

3.2 設(shè)計(jì)技術(shù)難點(diǎn)

排樁擋土墻又可稱為柱列式擋土墻，屬板式支護(hù)體系，是把單個(gè)鉆孔灌注樁并排連續(xù)起來形成的擋土結(jié)構(gòu)。一般用于基坑臨時(shí)支護(hù)工程設(shè)計(jì)?；娱_挖設(shè)計(jì)除考慮承載能力，還要考慮基坑工程變形要求。建筑和地鐵等基坑支護(hù)變形控制值，根據(jù)各種基坑等級規(guī)定不同值，且當(dāng)基坑深度較大時(shí)，普遍采用上部支撐結(jié)構(gòu)，以控制基坑變形。

本項(xiàng)目的永久排樁擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要解決以下問題:第一承載能力需滿足墻頂后靜、動(dòng)荷載應(yīng)力和彎矩、抗剪強(qiáng)度滿足要求;第二為樁頂及墻前地面變形控制標(biāo)準(zhǔn)如何選擇，在施工期間成樁后樁前邊坡土體切空、墻后土體回填中，以及竣工完成后汽車荷載、列車荷載作用等幾種工況下，樁前、墻頂后路面或邊坡的豎向、橫向位移能夠滿足使用要求，不致危及鐵路的正常運(yùn)營;第三為怎樣保證動(dòng)車段場坪以上樁體擋墻整體性、強(qiáng)度均勻性和墻面美觀問題;第四為既有線邊坡上樁基施工是選擇機(jī)械鉆孔還是選用人工挖孔問題，既要施工可行，保證施工人員的自身安全，又要保證既有線運(yùn)營安全。

3.3 樁體設(shè)計(jì)

(1)設(shè)計(jì)荷載

墻頂?shù)缆放c既有線并行等高段分別為道路荷載以及鐵路靜、動(dòng)荷載。

道路下挖且位于墻前段為路堤土壓力和鐵路靜、動(dòng)荷載。

需要按照實(shí)際工況進(jìn)行荷載組合分析，并考慮地震荷載作用最不利工況。

(2)鉆孔灌注樁樁徑為1.25 m，采用C35鋼筋混凝土澆筑，排樁擋墻長度共645 m，排樁上部懸臂段高度4.5～5.6 m，采用一字相切排列，間距與樁徑相同。單根樁長10～13.5 m。

(3)排樁頂面設(shè)置C35鋼筋混凝土冠梁，冠梁高0.6 m，寬度為1.55 m，并使樁身主筋深入冠梁頂部，以進(jìn)一步減少樁頂部的變形，提高排樁擋墻整體剛度。

(4)根據(jù)《建筑基坑支擋技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行樁體嵌固深度計(jì)算，結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形計(jì)算采用彈性地基梁理論，樁體配筋設(shè)計(jì)按照《混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用同濟(jì)啟明星基坑支護(hù)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行整體穩(wěn)定、抗傾覆穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、墻頂水平變形及垂直變形計(jì)算設(shè)計(jì)。

(5)變形控制標(biāo)準(zhǔn)確定

按照《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，一般擋墻不進(jìn)行變形檢算，但要求樁板墻樁頂位移應(yīng)小于懸臂段長度的1/100，且不宜大于10 cm，錨固點(diǎn)變形不宜大于10 mm;按照《基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》不同地區(qū)對不同等級的基坑水平位移及垂直沉降都有不同要求。根據(jù)本工程周邊環(huán)境條件，參考《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中樁板墻變形控制標(biāo)準(zhǔn)，以及上海、廣州、深圳等地鐵基坑工程的圍護(hù)結(jié)構(gòu)地面沉降及水平位移控制標(biāo)準(zhǔn)，提出本工程的變形設(shè)計(jì)控制值為:墻頂?shù)孛孀畲蟪两盗俊?0 mm，最大水平位移≤42 mm;本工程施工監(jiān)控報(bào)警值為:墻頂?shù)孛孀畲蟪两盗俊?.2%H(H為懸臂段高度);排樁頂最大水平位移≤0.3%H。

(6)墻前地基補(bǔ)強(qiáng)

對于地表較厚松散雜、素填土，為增強(qiáng)樁前土體抗力，提高樁體錨固點(diǎn)以及地基土的模量，減少樁前地基變形以及約束上部排樁變形，樁前地基采取重型機(jī)械碾壓，并打設(shè)5排旋噴樁，沿墻長方向間距1.5 m，垂直擋墻方向間距1.2 m，樁徑0.6 m。

(7)排樁的整體性和外觀處理

由于鉆孔灌注排樁作為永久結(jié)構(gòu)，樁截面為圓形，墻面為排列的柱體，鋼筋布置為沿著樁周均布，樁與樁之間一定范圍內(nèi)存在無鋼筋的薄弱面，且外觀不平整需要處理。為此在懸臂段灌注樁高出動(dòng)車線路肩或道路的外立面部分，沿墻長每隔1.25 m，沿墻高每隔1 m，在樁間打孔設(shè)小錨桿外掛鋼筋網(wǎng)，錨桿與鋼筋網(wǎng)綁扎牢固，于樁前立模板，將樁身與模板間的空隙澆筑C35混凝土，并保證樁身處混凝土厚度不小于0.1 m。采用M15水泥砂漿抹面找平，使得墻面平整美觀。排樁錨桿掛網(wǎng)平面布置見圖3。建成后擋墻分別見圖4、圖5。

圖3 排樁墻面掛網(wǎng)澆筑混凝土處理

圖4 道路下挖段排樁墻

圖5 道路與既有線并行等高段排樁墻

3.4 采用等剛度法對排樁墻設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)一步校驗(yàn)

排樁擋墻受力形式與擋墻類似。將樁墻按抗彎剛度相等的原則等價(jià)為一定厚度的擋墻進(jìn)行內(nèi)力分析，計(jì)算等剛度擋墻折算厚度如下:

樁徑為D，樁凈距為t，則單位樁應(yīng)等價(jià)為長D+t的擋墻，令等價(jià)后的擋墻厚為h，按二者剛度相等的原則可得

簡化后得

本工程采用一字相切，D=1.25 m，t=0 m，則h≈0.838D=1.05 m。與同等高度的懸、扶壁擋墻厚度比較，按等價(jià)的擋墻厚為h=1.05 m設(shè)計(jì)，結(jié)果偏于安全、合理。

4 施工

4.1 樁基施工方法

樁基施工可采用鉆孔灌注或人工挖孔法施工。鉆孔法施工速度快，且施工人員安全有保證;缺點(diǎn)是鉆孔樁設(shè)備上路基邊坡，需工作平臺(tái)，有泥漿排放，工程費(fèi)用較高。人工挖孔法施工，可以多工作面同時(shí)開展，沒有泥漿排放，不造成對環(huán)境的污染，工程費(fèi)用相對較低;缺點(diǎn)是既有線旁需要人員多，施工安全風(fēng)險(xiǎn)大，受列車振動(dòng)影響，既有路堤填料和填筑密實(shí)程度必須查清，另外需要隔開適當(dāng)距離跳開挖孔，挖孔中要及時(shí)采取可靠樁孔護(hù)壁和孔頂遮蓋等措施，并采取嚴(yán)密的既有線防護(hù)措施，增加防護(hù)力量，確保施工人員安全，并及時(shí)下籠澆筑混凝土。經(jīng)過慎重考慮，設(shè)計(jì)推薦采用鉆孔灌注樁施工方案。

4.2 排樁施工變形監(jiān)測

設(shè)計(jì)要求擋墻及排樁基坑開挖前后應(yīng)作系統(tǒng)變形監(jiān)控。

監(jiān)控方案包括監(jiān)控報(bào)警值、監(jiān)測方法及精度要求、檢測點(diǎn)的布置、檢測周期、工序管理和記錄制度以及信息反饋系統(tǒng)等，并備有應(yīng)急方案。

監(jiān)控點(diǎn)應(yīng)包括樁前地面、樁身、樁頂、樁頂后道路頂面、路肩、接觸網(wǎng)立柱基礎(chǔ)、軌道頂部等，監(jiān)控頻率應(yīng)隨樁身成孔、灌注混凝土、樁前土體切挖、樁后土體填筑等工序變化，列車通過前后也應(yīng)觀測，直至墻前和墻頂后變形逐漸穩(wěn)定。

設(shè)計(jì)要求控制施工速率，每道工序變形穩(wěn)定后再進(jìn)行下一步工序，尤其是應(yīng)控制切挖墻前邊坡土體以及墻后土體填筑施工速度，墻前土體應(yīng)間隔、跳槽、逐層切挖，墻后填土應(yīng)嚴(yán)格控制填層厚度和填土速率。變形接近和達(dá)到報(bào)警值必須立即停止施工。

5 結(jié)語

(1)本段鉆孔灌注樁排樁擋墻施工中墻前后和既有線軌道變形較小，遠(yuǎn)沒有達(dá)到報(bào)警值和控制值，對既有線運(yùn)營干擾不大。運(yùn)營4年多來，墻體平順完整，無裂紋，擋墻變形微小，狀態(tài)良好，證明設(shè)計(jì)和施工是成功的。

(2)對受既有線路基空間和運(yùn)營條件限制，正常設(shè)置重力式或懸臂、扶臂擋土墻有困難的地段，采用鉆孔灌注樁排樁等永臨結(jié)合的支擋結(jié)構(gòu)形式，雖然排樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大，沒有規(guī)范可依，強(qiáng)度和穩(wěn)定計(jì)算方法以及變形設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)均需要進(jìn)行研究確定。本工程設(shè)計(jì)研究提出了排樁擋墻結(jié)構(gòu)措施、強(qiáng)度和穩(wěn)定等計(jì)算分析方法、設(shè)計(jì)變形控制標(biāo)準(zhǔn)等，并按照等剛度與懸臂等輕型擋墻設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行比較，設(shè)計(jì)思路具有創(chuàng)新性。

(3)永臨結(jié)合的排樁結(jié)構(gòu)可在空間狹小地段施工，工藝簡單，大大節(jié)約既有建筑和鐵路的臨時(shí)防護(hù)工程投資，平面布置靈活，采取一定防護(hù)措施可滿足既有線和既有建筑物運(yùn)營安全，已多次在本單位推廣到其他線設(shè)計(jì)中，為今后此類擋墻設(shè)計(jì)積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

［1]JGJ79—2002 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［2]劉建航，侯學(xué)淵.基坑工程手冊［M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997.

［3]中華人民共和國鐵道部.TB10025—2006 鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S].北京:中國鐵道出版社，2006.

［4]北京城建設(shè)研究總院.GB50157—2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范［S].北京:中國計(jì)劃出版社，2003.

［5]李毓林.鐵路工程技術(shù)手冊·路基［M].北京:中國鐵道出版社，1992.