【正文】 題 目： 樁板式路塹擋土墻設(shè)計 文獻(xiàn)綜述：1 概述 蘭渝鐵路及其蘭廣段概述 蘭渝鐵路線路全長820公里，全線為新建雙線電氣化鐵路，支線部分為單線，線路等級為國鐵Ｉ級 ,項目估算總投資774億元，建設(shè)工期為6年。蘭渝鐵路建成后，蘭州與重慶的鐵路運(yùn)輸距離將由 1466公里，縮短至820公里。自蘭州樞紐蘭州東站引出，溯宛川河谷經(jīng)金崖、楊家川，跨渭河經(jīng)渭源至大草灘，以隧道群穿越渭河與洮河分水嶺；經(jīng)岷縣穿越黃河與長江分水嶺，而后線路靠山取直以隧道群避開岷縣至隴南之間的崩塌、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)地段；沿小岷江、白龍江東岸至隴南市，避寶珠寺等梯級電站，于洛塘河?xùn)|岸以隧道穿越裕河、毛寨省級自然保護(hù)區(qū)南緣至廣元市；經(jīng)蒼溪沿嘉陵江東岸行進(jìn)，通過閬中、南部、南充、武勝至重慶樞紐。 2008年8月1日，蘭渝鐵路西秦嶺隧道作為全線的先行工程完成招標(biāo)并開工，標(biāo)志著蘭渝鐵路的動工興建。 蘭渝鐵路蘭廣段為重要施工路段,本段線路由北向南分別經(jīng)過黃土高原、秦嶺高中山區(qū)兩大地貌單元。蘭州至渭源段屬黃土高原區(qū),由河谷階地,黃土臺塬、梁、峁及局部基巖孤丘低中山組成,高程在1 500 ～2 700 m 之間,相對高差200 ～350m,總體北高南低。渭源至廣元屬秦嶺高中山區(qū),由西秦嶺、岷山、摩天嶺及龍門山等次一級地貌單元組成。由于其所經(jīng)過的地形地貌復(fù)雜,路塹的邊坡設(shè)計及施工在該工程整體設(shè)計中顯得尤為重要. 路基邊坡概述 在路堤的路肩邊緣以下和路塹路基面兩側(cè)的側(cè)溝外,. 樁板式擋土墻概述 樁板式擋土墻系鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由樁及樁間的擋土板兩部分組成，利用樁深埋部分的錨固段的錨固作用和被動上抗力維護(hù)擋土墻的穩(wěn)定。樁板式擋土墻適宜于土壓力大，墻高超過一般擋土墻限制的情況，地基強(qiáng)度的不足可由樁的埋深得到補(bǔ)償。樁板式擋土墻可作為路塹、路肩和路堤擋土墻使用，也可用于治理中小型滑坡，多用于表土及強(qiáng)風(fēng)化層較薄的均勻巖石地基上，其基巖的飽水無側(cè)限抗壓強(qiáng)度須人于20MPa，巖石完整系數(shù)應(yīng)大于0．6。由于土的彈性抗力較小，設(shè)置樁板式擋土墻后，樁頂處可能產(chǎn)生較大的水平位移或轉(zhuǎn)動，因而一般不宜用于土質(zhì)地基。樁板式擋土墻作路塹墻時，先設(shè)置樁，后開挖路基，擋土板上而下安裝,既可保征施工安全，又可減少開挖工程量。2鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀 長期以來, 重力式擋土墻在鐵路路基支擋工程中占有主導(dǎo)地位。由于截面大、壇工數(shù)量多、施工進(jìn)度慢等不足, 重力式擋土墻在地形困難、石料缺乏地區(qū)應(yīng)用不便。當(dāng)土質(zhì)邊坡高度大于一、石質(zhì)邊坡高度大于手時, 重力式擋土墻與樁錨體系檔土結(jié)構(gòu)相比, 其穩(wěn)定性、安全性等方面均顯不足。因此,中國鐵路路基設(shè)計人員結(jié)合多項工程的科研試驗(yàn), 發(fā)展了各種類型的新型支擋結(jié)構(gòu), 并將相關(guān)科研成果納入《鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》,使中國鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)形式從過去單純靠重力維持平衡的擋土墻, 發(fā)展為采用支撐、土筋復(fù)合結(jié)構(gòu)以及錨固技術(shù)等多種新型、輕型支擋的新技術(shù)。這些新型支擋結(jié)構(gòu)輕, 施工快捷, 便于預(yù)制和機(jī)械化施工, 節(jié)省材料和勞動力, 造價較低。 研究成果與現(xiàn)狀(1) 短卸荷板式擋土墻 20世紀(jì)50年代, 為適應(yīng)中國西南山區(qū)地形陡峻的特點(diǎn), 出現(xiàn)了獨(dú)創(chuàng)的衡重式擋土墻。衡重式擋土墻是中國山區(qū)鐵路應(yīng)用較廣泛的一種擋土墻形式。與以往的重力式擋土墻相比, , 墻身截面仍舊很大, 因此, 又出現(xiàn)了一種改進(jìn)型的結(jié)構(gòu)形式一一短卸荷板式擋土墻。短卸荷板式擋土墻由上、下墻和卸荷板組成, 在地基承載力較高的情況下, 短卸荷板式擋土墻增加了全墻的抗傾覆穩(wěn)定性。短卸荷板式擋土墻的卸荷板長度可以任意調(diào)整, 使其基底偏心距接近零, 基底應(yīng)力分布比較均勻.(2) 抗滑樁抗滑樁又稱錨固樁,主要作用是整治滑坡, 由中國鐵路部門始創(chuàng)于20世紀(jì)60年代的成昆鐵路, 后來在諸多線路的建設(shè)中得到推廣應(yīng)用, 并逐漸完善?？够瑯吨饕且揽繕兜膹?qiáng)度、滑面以下錨固部分樁周巖土的彈性抗力來平衡滑面以上滑體剩余下滑力, 使滑坡保持穩(wěn)定?？够瑯兜挠嬎憷碚撚稍缙诘膯渭兛辜衾碚摪l(fā)展為靜力平衡法、布魯姆法、彈性地基梁法、鏈桿法、混合法等, 其中彈性地基梁法是抗滑樁設(shè)計的常用方法?？够瑯兜奶攸c(diǎn)是可靈活選擇樁位, 既可單獨(dú)使用又可與其他工程配合使用, 施工方便、工作面多、挖方量小、工期短、收效快、對滑體擾動小.(3) 預(yù)應(yīng)力錨索 中國鐵路系統(tǒng)自20世紀(jì)80年代開始將預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)應(yīng)用于路基邊坡加固防護(hù)工程中,1987年, 在寶成線首次采用預(yù)應(yīng)力錨索加固危巖邊坡, 獲得成功。此后, 在內(nèi)昆鐵路、福建梅劍鐵路、南昆鐵路等工程中, 均采用預(yù)應(yīng)力錨索整治滑坡或加固處于臨界平衡狀態(tài)的開裂邊坡。預(yù)應(yīng)力錨索是通過錨索施加張拉力以加固巖土, 使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)或改善內(nèi)部應(yīng)力狀況的支檔結(jié)構(gòu)。在處理山體滑坡中, 能夠充分利用巖體自身強(qiáng)度和自承能力, 大大減輕結(jié)構(gòu)自重,節(jié)省工程材料, 是高效和經(jīng)濟(jì)的加固技術(shù)。(4)懸臂式和扶壁式擋土墻 懸臂式和扶壁式擋土墻在國外已廣泛采用。中國鐵路行業(yè)為了推廣這種支擋結(jié)構(gòu), 于20世紀(jì)90年代專門編制了《一般地區(qū)懸臂式路堤擋土墻標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖》, 加速了該結(jié)構(gòu)在鐵路路基工程中的推廣應(yīng)用,懸臂式和扶壁式擋土墻是一種輕型支擋建筑物。它依靠墻身自重和墻底板以上填筑土體包括荷載的重力維持擋土墻的穩(wěn)定, 其主要特點(diǎn)是厚度小、自重輕, 適用于石料缺乏和地基承載力較低的填方地段。懸臂式和扶壁式擋土墻的缺點(diǎn)是耗費(fèi)鋼材、水泥較多, 施工技術(shù)要求較高。(5)加筋土擋土墻加筋土擋土墻是利用加筋土技術(shù)修建的支擋結(jié)構(gòu)物。加筋土是一種在土中加入拉筋的復(fù)合土, 它利用拉筋與土之間的摩擦作用, 把土的側(cè)壓力削減到土體中, 改善土體的變形條件并提高土體的工程性能, 從而達(dá)到穩(wěn)定土體的目的。加筋土擋土墻由填料、在填料中布置的拉筋以及墻面板三部分組成.(6)樁板式擋土墻 20世紀(jì)70年代初, 在枝柳線上首先將樁板式擋土墻圖應(yīng)用到路塹中, 接著在內(nèi)昆、京九等線上應(yīng)用到路堤中。樁板式擋土墻是由錨固樁發(fā)展而來的, 按其結(jié)構(gòu)形式分為懸臂式樁板擋土墻、錨索桿樁板墻、,根據(jù)地質(zhì)地貌特征及工程需求,：在開挖基坑前主要受力結(jié)構(gòu)挖空樁已經(jīng)形成，然后在開挖過程中，逐步形成完整的樁板式擋土墻，這點(diǎn)是普通擋土墻所不具備的；當(dāng)?shù)鼗鶑?qiáng)度不足時，可由加深樁的埋深得到補(bǔ)償。3 樁板式路塹擋土墻的基本研究方法樁板式擋土墻由鋼筋混凝土的樁和板組成，樁的截面一般取為矩形，根據(jù)需要也可為圓形或其他形狀，板可采用槽形板，也可采用空心板，樁板式擋土墻的計算原理與懸臂式抗滑樁的計算原理基本相同，主要分以下幾個方面： 一般規(guī)定 、漫水地區(qū)和地震區(qū)的路壁和路堤，也可用于滑坡等特殊路基的支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計使用年限為60年. 、樁長和截面尺寸應(yīng)綜合考慮確定。樁的自由懸臂長度不宜大于15m，截面形式可采用矩形或T形。樁間距宜為5~8m。樁板墻頂位移應(yīng)小于樁懸臂端長度的1/100，且不宜大于10cm。 :1樁應(yīng)錨固在穩(wěn)定的地層中。2確保樁后土體不越過樁頂或從樁間滑走。3不應(yīng)產(chǎn)生新的深層滑動。 (桿)的錨固樁應(yīng)保證樁與錨索(桿)的變形協(xié)調(diào)。 (土)體穩(wěn)定。 （包括列車荷載引起的土壓力） 的計算，樁后土壓力與一般擋土墻的土壓力計算方法相同，擋土墻在施工期間發(fā)生的位移，作用在墻背后主動土壓力，一般可按庫侖土壓力公式進(jìn)行計算。 ，則應(yīng)按滑坡推力進(jìn)行計算。　，主動土壓力的豎向分力及墻前被動土壓力一般忽略不計。 (土)體所產(chǎn)生的土壓力或滑坡推力、水的浮力、地下水的滲透壓力、地震力以及施工產(chǎn)生的臨時荷載等?；侣坊系臉栋迨綋跬翂?yīng)按滑坡推力和土壓力的最不利者作為計算荷載。樁的重力可不計算。當(dāng)樁的設(shè)計荷載為土壓力時，~。當(dāng)樁上設(shè)有錨索時。 ，軌道及列車荷載引起的土壓力可按彈性理論計算，見圖。 ，作用在擋土板上的荷載寬度可按板的計算跨度計算。樁間擋土板上的壓力可根據(jù)樁間巖(土)體的穩(wěn)定情況和擋土板的設(shè)置方式按全部巖(土)體壓力或按部分巖(土)體壓力計算。 ，應(yīng)根據(jù)錨固點(diǎn)處的彎矩、剪力和地基的彈性抗力進(jìn)行計算，計算時可不計樁側(cè)摩阻力。樁的寬度可按下式計算:Bp=b+l()式中Bp一一樁的寬度(m)。b一—矩形樁的設(shè)計寬度(m)。 。 ，且側(cè)壁應(yīng)力不應(yīng)大于地層的橫向容許承載力。否則，地層上部應(yīng)采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧?，或增加樁的埋深和加大樁的截面積。 (肩)中的錨索(桿)樁板式擋土墻，應(yīng)避免填料下沉所產(chǎn)生的錨索(桿)次應(yīng)力。 (桿)可按容許應(yīng)力法計算，樁和擋土板的混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010)計算。~，樁荷載的變異性大時應(yīng)取大值，變異性小時應(yīng)取小值。 ，當(dāng)無特殊要求時，可不作最大裂縫寬度驗(yàn)算。在腐蝕性環(huán)境作用下，應(yīng)進(jìn)行最大裂縫寬度驗(yàn)算，最大裂縫寬度值可適當(dāng)放寬，并采用適當(dāng)?shù)姆栏郊哟胧?。有牛腿的樁，除檢算強(qiáng)度以外，尚應(yīng)作牛腿的裂縫寬度驗(yàn)算。擋土板應(yīng)作最大裂縫寬度驗(yàn)算。 ，樁身中主筋宜采用HRB400，箍筋和擋土板中的主筋可采用HRB335鋼或HRB400鋼。灌注錨索(桿)孔的水泥(砂)漿強(qiáng)度等級不宜低于M30。 。 ，牛腿的高度不宜小于40cm，寬度不宜小于30cm。 ，不宜采用素混凝土，應(yīng)沿徑向和環(huán)向配置一定數(shù)量的構(gòu)造鋼筋，構(gòu)造鋼筋間距不宜大于250mm，直徑不宜小于10mm。 ，一根錨桿不宜多于3根鋼筋，鋼筋直徑不宜大于32mm。 動態(tài)設(shè)計 指根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況不斷對整個邊坡設(shè)計進(jìn)行完善和補(bǔ)充?！　≡趯?shí)際工程中，由于山區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜多變，地質(zhì)勘察報告準(zhǔn)確性的保準(zhǔn)率較低，地質(zhì)勘察報告可能會與實(shí)際地質(zhì)情況不符甚至差距較大，故規(guī)范明確提出邊坡工程的設(shè)計宜采用動態(tài)設(shè)計法。對地質(zhì)情況復(fù)雜的一級邊坡，設(shè)計時應(yīng)結(jié)合邊坡地質(zhì)勘察報告，因地制宜，做好邊坡設(shè)計方案比選，提請業(yè)主及相關(guān)專家評審，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行邊坡?lián)鯄Φ脑O(shè)計。在施工開挖中應(yīng)補(bǔ)充進(jìn)行必要的施工勘察，核對原地質(zhì)勘察結(jié)論，設(shè)計人員應(yīng)及時掌握施工開挖揭示的真實(shí)地質(zhì)狀況、施工情況及變形監(jiān)測等信息，及時對原設(shè)計進(jìn)行校核、修改和補(bǔ)充。．　　對樁板式擋墻進(jìn)行動態(tài)設(shè)計，要根據(jù)每根樁開挖時揭示的地質(zhì)狀況對樁身入土深度、樁身配筋等進(jìn)行必要的調(diào)整，當(dāng)以上調(diào)整不能滿足要求時可在樁身上部施加錨索來改善樁身受力和變形。4 樁板式擋土墻目前存在的問題雖然防護(hù)樁的計算理論已較為成熟，但能用于指導(dǎo)工程設(shè)計和施工的防護(hù)樁通用圖或設(shè)計手冊在國內(nèi)還不充足。鐵路防護(hù)工程，由于路基土性質(zhì)及鐵路荷載單一穩(wěn)定，變化僅限于路基下土的地質(zhì)情況，因此需要針對不同的地質(zhì)情況，制定出相應(yīng)的防護(hù)方案通用圖或快速設(shè)計手冊用于指導(dǎo)施工。這樣才能解決既有線改造及新線建造的工程防護(hù)量大、工期緊、施工便梁不足等矛盾，才能為施工單位提供了一種方便、快捷、高效的施工防護(hù)手段，為工程的安全、順利完成提供有力的保障。同時,樁板式擋土墻兼具擋土及抗滑作用，可以有效解決地形陡峭、地質(zhì)情況不良地段的路基擋護(hù)問題，并且可以穩(wěn)定山體，其抗滑作用，是上述情況下最安全、最經(jīng)濟(jì)的擋護(hù)形式。樁板式擋土墻樁身分自由段和錨固段，自由段承受墻后荷載的水平推力并傳遞至錨固段，故樁身錨固段必須滿足一定的長度且必須嵌入一定的穩(wěn)定巖層。樁板式擋土墻主要承受土壓力，且受地形情況影響，其墻背往往呈狹窄的楔形體，墻背回填的材料、施工質(zhì)量直接關(guān)系路基的穩(wěn)定性。但是,由于樁板墻一般布置在地形陡峭、地質(zhì)條件復(fù)雜的地段，其施工安全隱患大、問題突出，必須進(jìn)行重點(diǎn)的管理和控制。5 樁板式擋土墻設(shè)計的優(yōu)化 5．1 提高勘測資料的準(zhǔn)確性 由于地質(zhì)條件的變化對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的影響極大,因此勘測資料的準(zhǔn)確性對設(shè)計的好壞成敗至關(guān)重要,應(yīng)提高勘探資料的準(zhǔn)確性,以確保設(shè)計的合理性. 5．2 設(shè)計參數(shù)的選取 在掌握地質(zhì)資料之后，正確選擇設(shè)計參數(shù)是保證支擋建筑物既安全又經(jīng)濟(jì)合理的重要條件之一。在鐵路工程中，大多數(shù)支擋建筑物的設(shè)計參數(shù)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或是半經(jīng)驗(yàn)半實(shí)測數(shù)據(jù)確定的．在提供這些參數(shù)的時候．除了考慮巖性、巖層的風(fēng)化程度以外，還要考慮在施工過程中及以后的變化趨勢。 5．3 提高懸臂樁的結(jié)構(gòu)安全度 目前在路基工程中，輕型支擋結(jié)構(gòu)要求按鐵路橋涵設(shè)計規(guī)范(TBJ 285)進(jìn)行設(shè)計?；旧鲜菂⒄珍摻罨炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(TJ1074)進(jìn)行設(shè)計。懸臂式的樁板墻除照用抗滑樁的設(shè)計規(guī)則設(shè)計外，計算抗滑樁的滑坡推力時，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況考慮安全系數(shù).6 樁板式擋土墻的研究意義 樁板式擋土墻作為一種重要的路基支擋結(jié)構(gòu)，樁板式擋土墻因其自身的優(yōu)勢正越來越被國內(nèi)工程界所重視和廣泛應(yīng)用更是激勵我國的科研人員及工程師們加緊研究這一結(jié)構(gòu)。雖然對于樁板式擋土墻的研究已經(jīng)取得了相當(dāng)多的成果，還須建立與我國現(xiàn)行鐵路設(shè)計規(guī)范相適應(yīng)的樁板式路塹擋土墻設(shè)計方法。本論文將選取樁板式路塹擋土墻作為算例，根據(jù)使用功能的要求及所提供的主要技術(shù)指標(biāo)，選定設(shè)計方案, 進(jìn)行邊坡變形機(jī)理分析及路塹邊坡開挖坡率的設(shè)計。路塹邊坡下滑推力及穩(wěn)定性分析,根據(jù)滑坡推力\擬定樁的截面尺寸、埋入深度。計算樁的變形系數(shù)及計算深度，判斷剛性樁還是彈性樁。根據(jù)樁底的邊界條件，計算滑面處的水平位移、轉(zhuǎn)角和滑面下樁不同位置處地層側(cè)向彈性抗力、截面剪力和彎矩；并給出最大剪力和最大彎矩及相應(yīng)位置。校核地基強(qiáng)度。計算掛板的土壓力、彎矩及剪力，并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行配筋計算。繪制樁和掛板的剪力、彎矩圖和配筋圖；進(jìn)行排水設(shè)施設(shè)計以及施工說明。 本論文將著重通過對路塹邊坡變形機(jī)理分析及下滑力計算、抗滑樁及擋板的設(shè)計理論及方法的研究,明確以下幾點(diǎn):(1)樁板式擋墻適用于大部分高差較大的邊坡支護(hù)，其施工簡便，竣工后維護(hù)費(fèi)用低 。(2)設(shè)計時應(yīng)結(jié)合邊坡地勘報告，做好邊坡設(shè)計方案比選。(3)在明確樁板式擋墻支護(hù)方案的基礎(chǔ)上，選擇合理的樁間距和截面，控制好樁的人土深度和樁頂位移，并根據(jù)施工開挖揭示的實(shí)際地質(zhì)狀況進(jìn)行動態(tài)設(shè)計，對原設(shè)計進(jìn)行必要的的修改完善。(4)當(dāng)樁懸臂長度太大或樁頂位移不滿足要求時，及時調(diào)整支護(hù)方案。主要參考文獻(xiàn)：[1][J].山 西 建 ：7879[