樁基擋墻在既有站房加寬中的應(yīng)用

劉 京 學(xué)

(中鐵三局集團(tuán)有限公司勘測(cè)設(shè)計(jì)分公司，山西 太原 030001)

1 工程概況

某車站站房外側(cè)硬化面要加寬，需設(shè)置擋墻支擋，站房外側(cè)硬化面高出地面7.5 m，硬化面加寬外側(cè)距民房4 m。因新建擋土墻臨近居民房屋，為避免擋墻開挖影響到既有居民房屋基礎(chǔ)的穩(wěn)定，這就使擋墻地基處理寬度受到限制，同時(shí)為解決擋墻因地基處理寬度受限而達(dá)不到抗滑穩(wěn)定和抗傾覆穩(wěn)定的問題，這就需要擋墻采用樁基的處理方法。

本設(shè)計(jì)新建擋墻采用樁基托梁基礎(chǔ)，其中樁基因空間限制無(wú)法使用大型機(jī)械，故采用人工挖孔樁。這種組合支擋結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法目前無(wú)成熟的計(jì)算方法，本文通過(guò)具體工程應(yīng)用，提出一種樁基擋墻計(jì)算方法，為類似支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

2 地層條件

2.1 地層

第①層：雜填土，主要包含有灰渣、磚塊、碎石等，夾有少量粉土。為無(wú)序堆積，堆積時(shí)間短。承載力特征值70 kPa，厚0.5 m。

第②層：素填土，以粉土為主，夾有較多碎石、磚塊、灰渣等，具中等壓縮性。承載力特征值90 kPa，厚7.2 m。

第③層：粉土，主要包含物為云母、氧化物，土質(zhì)較純，搖振反應(yīng)中等，無(wú)光澤，干強(qiáng)度低，韌性低，具中壓縮性。承載力特征值120 kPa，厚6.3 m。

第④層：中砂，成分以云母、石英為主，夾有少量小礫石，顆粒級(jí)配一般。承載力特征值180 kPa，厚8.2 m。

2.2 水文地質(zhì)

勘探深度范圍內(nèi)未揭露地下水，地下水埋藏較深，可不考慮地下水的影響。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 樁基擋墻的結(jié)構(gòu)形式

本工程樁基擋墻由重力式擋墻、托梁和人工挖孔樁組成，如

圖1所示，托梁下樁基布置如圖2所示。為使托梁與樁成為一個(gè)整體，樁身伸入托梁0.1 m，樁身主筋伸入托梁并滿足錨固長(zhǎng)度的構(gòu)造要求。

3.2 樁基擋墻的基本原理

本工程擋土墻為重力式擋墻，其土壓力計(jì)算和結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)同一般重力式擋墻。擋墻下采用了剛性樁基礎(chǔ)，且樁頂設(shè)有剛性混凝土托梁。樁基擋墻的托梁與樁基礎(chǔ)結(jié)合后，應(yīng)按整體分析，由于樁與托梁剛性連接，上部荷載傳遞到樁基礎(chǔ)，依靠樁基礎(chǔ)為整個(gè)體系提供抗傾覆和抗滑移的反力及豎向的支撐力。

為簡(jiǎn)化計(jì)算，引入3條假定：

1)托梁剛度遠(yuǎn)大于樁基，假定托梁是剛性的。

2)擋墻上作用的豎向力、水平力及彎矩均通過(guò)托梁傳遞到樁基上。

3)樁基剛度遠(yuǎn)大于地基土，假定地基土對(duì)托梁無(wú)摩擦、無(wú)反支力。

3.3 擋墻設(shè)計(jì)

擬定擋墻尺寸為：擋墻每節(jié)長(zhǎng)12 m，擋墻頂寬0.8 m，高7.5 m，面坡坡率：1∶0.3，背坡坡率: 1∶0.05。擋墻土壓力的計(jì)算采用庫(kù)侖土壓力理論，在假定地基土摩擦系數(shù)0.5的條件下，計(jì)算得：

水平推力Em=152.1 kN·m。

豎向力Nm=312.9 kN·m。

傾覆力系對(duì)墻趾的彎矩M0=302.5 kN·m。

穩(wěn)定力系對(duì)墻趾的彎矩My=596.4 kN·m。

擋墻合力偏心距e=0.525。

3.4 托梁設(shè)計(jì)

托梁作為擋墻和樁基的連接體，受力情況比較復(fù)雜，托梁受力示意圖見圖3。擬定托梁尺寸為：寬3 m，高1 m，長(zhǎng)12 m，樁間距3 m。

圖3中Nt表示擋墻傳到每一跨的豎向力，Et表示擋墻傳到每一跨的水平力，Mt表示擋墻傳到每一跨的彎矩。

托梁頂部中線處彎矩：

Mm=Nm×e

(1)

或：

(2)

其中，e為擋墻合力偏心距；B為墻底寬度，m；M0為擋墻傾覆力系對(duì)墻趾的彎矩,kN·m；My為擋墻穩(wěn)定力系對(duì)墻趾的彎矩,kN·m。

代入數(shù)值Mm=312.9×0.525=164.3 kN·m。

Mm=312.9×2.68/2+302.5-596.4=125.4 kN·m。

比較取大值Mm=164.3 kN·m。

托梁上的均布荷載：

q=(Nt+Ng)/L

(3)

其中，Nt為傳遞到托梁的豎向力，kN；Ng為托梁自重,kN；L為托梁長(zhǎng)度,m。

代入數(shù)值：

q=(312.9×12+1×3×12×25)/12=387.9 kN·m。

采用連續(xù)梁簡(jiǎn)化公式及邁達(dá)斯軟件分別計(jì)算托梁受力情況：

連續(xù)梁：最大彎矩M=283.4 m。

最大剪力Q=566.8 kN·m。

邁達(dá)斯：最大彎矩M=387 kN·m。

最大剪力Q=566.9 kN·m。

比較取大值，最大彎矩M=387 kN·m。

最大剪力Q=566.9 kN·m。

然后進(jìn)行托梁配筋設(shè)計(jì)。

3.5 樁基設(shè)計(jì)

按荷載標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算托梁支座反力，由邁達(dá)斯數(shù)值模擬得支座反力即單樁豎向承載力特征值Ra=1 435 kN。

單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk=2Ra=2 870 kN。

單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[1]有關(guān)規(guī)定計(jì)算。

Quk=u∑Ψsiqsikli+ΨpqpkAp

(4)

其中，u為樁身周長(zhǎng)，m；Ψsi,Ψp分別為大直徑樁側(cè)阻、端阻尺寸效應(yīng)系數(shù)；qsik為樁側(cè)第i層土極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值,kPa；qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；Ap為樁端面積，m2。

考慮到采用人工挖孔樁，樁徑取1 m。經(jīng)計(jì)算，樁長(zhǎng)10 m時(shí)，Quk=2 915 kN>2 870 kN，滿足單樁豎向承載力要求。

樁頂水平力Hk=152.1×3=456.3 kN。

按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》[1]中單樁水平承載力由變形控制的要求，樁頂允許水平位移取10 mm。

樁身配筋率不小于0.65%的灌注樁單樁水平承載力特征值：

(5)

其中，α為樁的水平變形系數(shù)；EI為樁身抗彎剛度；x0α為樁頂允許水平位移；vx為樁頂水平位移系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算，樁身配筋率為0.66%時(shí)：

Rha=612 kN>456.3 kN，滿足單樁豎向承載力要求。然后進(jìn)行樁基配筋設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

1)本文對(duì)樁基擋墻的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行了分析，把擋墻、托梁和樁基的相互作用關(guān)系，通過(guò)一些假定進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，便于進(jìn)行受力分析計(jì)算。

2)擋墻和樁基的設(shè)計(jì)有較成熟的理論和規(guī)范，托梁的設(shè)計(jì)在這方面比較欠缺，本文做了一定的簡(jiǎn)化，還需進(jìn)一步研究。

3)樁基擋墻這種支擋結(jié)構(gòu)方式可在地基需要處理、施工空間受限等困難情況下使用。

[1] JGJ 94—2008,建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[2] TB 10025—2006,J 127—2006,鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB 50007—2011,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 孔德惠，孔書祥.樁基擋墻在既有鐵路路基加固中的應(yīng)用[J].鐵道建筑，2008(4):50-52.

[5] 李繼明，胡 琦，葉 彬，等.管樁基礎(chǔ)的重力式碼頭擋墻抗滑移計(jì)算方法[J].江南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2009,8(4):445-448.