樁板墻在鐵路建設(shè)應用

1、樁板墻施工關(guān)鍵技術(shù)探討摘要：結(jié)合汾離高速公路十四合同段地形情況，闡述了樁板墻上部增加錨定板防護的工藝原理及施工關(guān)鍵技術(shù)，同時提出兩點改進措施墻后填土及反濾層施工技術(shù)和增加錨定板防護以保持墻體穩(wěn)定，并對其經(jīng)濟和社會效益進行分析，為今后同類型工程施工提供了科學參考。關(guān)鍵詞：樁板墻，施工，關(guān)鍵技術(shù)引言在山嶺陡峭、地形復雜的地區(qū)，高等級公路通過的地段會造成大量的高填深挖，深挖方會造成大量棄方，容易造成環(huán)境污染，高填方又會帶來路基放坡遠，增加工程占地。且山嶺地區(qū)一般含有較厚的上覆松散土，其力學性質(zhì)差，邊坡穩(wěn)定較差，自然狀況下，很容易產(chǎn)生垮塌和滑移等局部變形。因橫坡較陡且地基承載力較低，路堤無法放坡或修筑

2、擋土墻，可采用樁板墻進行支擋。采用樁板墻開挖面小，可減少路基土方挖填，減少路基放坡，大大節(jié)約了工程占地，起到了經(jīng)濟相環(huán)保的作用。青島銀川網(wǎng)道主干線山西省汾陽至離石段第十四合同段，采用樁板墻進行邊坡治理，在施工中通過不斷地學習借鑒和摸索總結(jié)，抓住了施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保證了施工質(zhì)量，最終掌握了樁板墻施工技巧，為今后同類型工程施工提供了科學參考。1 工程概況由我公司承建的青島一銀川國道主干線山西省汾陽至離石段第十四合同段，起止樁號為K58 +700 - K63十700，地處呂粱地區(qū)離石境內(nèi)，屬山嶺區(qū)，路線所經(jīng)地區(qū)地形支離破碎，溝壑縱橫；K62 +547一K63 +630段地形橫坡550 750，路中線右

3、側(cè)10 m-25 m為700 - 800陡坎，陡坎高度15 m-20 m，右側(cè)坡腳局部形成陡壁，且路線右側(cè)與218國道相鄰。該段中部及右幅右側(cè)設(shè)置為樁板式擋土墻，樁體共計211根，樁體截面尺寸1.5 mx2.5 m，樁身采用C25鋼筋混凝土澆筑，共計混凝土15 750 m3；安裝擋土板2 820塊。2 主要研究過程及方法1)施工準備及施工組織，進行技術(shù)交底，編制施工組織設(shè)計及專項施工方案。2)施工現(xiàn)場進行試樁，從樁基開挖、護壁澆筑、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、擋土板安裝、墻后填筑各個環(huán)節(jié)進行過程控制，確保人員、設(shè)備配制有序。3)根據(jù)試驗工藝參叛，組織大面積施工，加強施工過程質(zhì)量控制及安全控制。4)通

4、過對關(guān)鍵技術(shù)的完善、改進和總結(jié)，使之達到成本和質(zhì)量最優(yōu)。預應力錨索樁板墻是支撐路基填土或邊坡土體，防止填土或土體變形失穩(wěn)的支擋結(jié)構(gòu)，是山區(qū)進行鐵路建設(shè)中所不可缺少的工程措施，隨著我國鐵路建設(shè)的發(fā)展，高等級鐵路建設(shè)向山區(qū)轉(zhuǎn)移。目前山區(qū)高等級鐵路的設(shè)計從經(jīng)濟角度考慮大部本者挖、填平衡的原則，而在我國山區(qū)面積比重較大的地區(qū)，就不可避免地使用大量的山區(qū)擋土墻來穩(wěn)定路塹邊坡和填方路堤，傳統(tǒng)重力式擋土墻已不能滿足現(xiàn)在工程需求，隨著預應力錨索技術(shù)逐步成熟，錨固技術(shù)應用在路堤擋墻就變得理所當然。目前，預應力錨索樁板板墻工程應用較多，但這種結(jié)構(gòu)的理論研究落后于應用實踐，缺乏系統(tǒng)和深入的研究，設(shè)計理論還不成熟。3

5、 工藝原理樁板式擋墻由抗滑樁和擋土板組合而成，抗滑樁部分錨入地下，其截面為矩形，部分伸出地表，其截面形式為T形，擋土板為預鋪平板。作用于樁板式擋墻上的荷載，主要為墻后土體的側(cè)壓力、土體表面的附加荷載以及抗滑樁地下錨固段的土層反力。設(shè)置樁板墻后，樁頂處可能產(chǎn)生較大的水平位移，因此在樁的上部增加錨定板防護，即在距樁頂2m6m，10 m處樁截面中央預埋一根q>32鋼筋（每隔4m設(shè)置），以便與拉桿焊接，與錨定板連接，共同平衡樁體受力，改變樁板墻慫臂受力的狀況，使得樁內(nèi)彎矩大大減小，提高墻體的穩(wěn)定性。目前，路塹預應力錨索樁板墻應用研究中存在的主要問題：1)土壓力的分布與大小、土拱效應等。2)預應力

6、錨鎖樁板墻內(nèi)力計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計方法不成熟，有待于進一步研究。3)施工中樁身位移、內(nèi)力變化情況及其與土壓力的關(guān)系。4)關(guān)于預應力錨索樁板墻結(jié)構(gòu)不同構(gòu)件的最佳組合問題。5)預應力錨索樁扳墻填土-樁板-錨索-穩(wěn)定巖土體相互作用原理和長期有效性有待于進一步研究。6)預應力錨索樁板墻結(jié)構(gòu)體系的破壞模式及應對措施，4 關(guān)鍵技術(shù)及改進措施1)采用挖孔樁結(jié)合護壁隔樁施工，以少擾動或不擾動周邊土體為主，對抗滑樁鎖口進行加固，在四周布置監(jiān)測點，認真觀測井壁變形，確保安全。2)抗滑樁施工中應安排合理，工序緊湊，當開挖遇到不良地段后，調(diào)整護壁形式，將每節(jié)護壁的高度由1.5 m減少到1m甚至50 cm，尺寸將護壁鋼筋由單

7、層增加為雙層，護壁厚 度由20 cm增加為30 cm挖好后支模板立即澆筑護壁混凝土，并且在混凝土中摻入學強劑；護壁模板拆除后加強觀測，如果有問題應及時補強，以防坍塌。3)樁板墻墻身混凝土應連續(xù)澆筑，不留施工縫，如果必須間歇而又超過下層混凝土凝結(jié)時間時，應立即停止?jié)仓?，以施工縫處理。所有鋼筋的加工、安裝和質(zhì)量驗收等均符合施：工規(guī)范有關(guān)規(guī)定。4)擋土板安裝時，應豎向起吊，兩頭掛有繩索，對準墻身兩側(cè)劃好的放樣線，將擋土板正確就位，虛防止與墻身相撞，必要時，在兩側(cè)和中間設(shè)斜模支承，確保擋土板的穩(wěn)定。安裝要求板面平整，外形輪廓清晰，線條順直，各部尺寸符合要求。5)在施工中增加錨定板防護。即在距樁頂2m，

8、6m，10 m處樁截面中央預埋一根032鋼筋（每隔4m設(shè)置），以便與拉桿焊接，與錨定板連接，保持墻體穩(wěn)定，減少樁體位移。6)墻后填筑。安裝擋土板后，從基底開始以1:1坡度夯填土方，使墻體完全不受土的推力，填至下層錨定板拉桿標高以上20 cm后，挖下層拉桿及錨定板坑，安裝下層拉桿及錨定板。然后填土，夯填至下層錨定板以上l m左右，擰緊墻身下層拉桿的螺帽，使下層錨定板能承受一定的抗拔力。再進行三角區(qū)的填土，墻面系開始承受水平土醫(yī)力。即順序，依次進行一往復填土至全部完成，使錨定板在施工過程中就能發(fā)揮其抗拔力，來平衡填土對墻背的水平推力。 三角區(qū)，施工時，每層土方碾壓完成后根據(jù)反濾層寬度進行裁邊，然后

9、進行反濾層施工，反濾層采用50 cm砂礫進行回填?？拷鼔γ嫦?m以內(nèi)的填土，以及拉桿、錨定板以上50 cm厚的填土，碾壓均采用小型手扶式電動夯機夯實，每層夯實厚度10 cm。預應力錨索樁板墻是一種新型輕型支擋結(jié)構(gòu)。近年來,在公路、鐵路、水利工程建設(shè)中的邊坡加固工程中得到廣泛應用,隨著高速公路、鐵路的快速發(fā)展,該結(jié)構(gòu)用于路堤路肩支擋結(jié)構(gòu)工程應用也相當廣泛。目前還沒有形成成熟設(shè)計計算方法,甚至在相關(guān)手冊中也沒有明確。本文從應用研究出發(fā),利用理論分析、數(shù)值計算、原型試驗等多種方法研究錨索樁板墻設(shè)計計算方法,這一研究具有重要的實踐意義和理論價值。 結(jié)合山區(qū)支擋結(jié)構(gòu)的研究課題的研究和預應力錨索樁板墻應用

10、實踐,可以得出以下結(jié)論:考慮施工工況的動態(tài)設(shè)計計算方法是比較合理的計算方法,其工況可以分為填土工況(記作A工況)、錨索工況(記作B工況)。提出基于Winkler假定的彈性地基梁理論的有限差分法計算模型,可以計算多層地基、變截面樁、樁上設(shè)置多排錨索等情況下樁的內(nèi)力。編制了相應的計算程序,與初參數(shù)法及三角級數(shù)法相比,其使預應力錨索樁板墻設(shè)計計算更加合理、方便、靈活,易于推廣應用。根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果,樁上設(shè)置錨索,錨索起到限制樁的位移和調(diào)整樁身彎矩分布的效果,它與錨索在樁上設(shè)置位置及錨索張拉時機和張拉力的大小有關(guān)。根據(jù)現(xiàn)場測試結(jié)果,樁上設(shè)置錨索改變原來土壓力的分布和大小，根據(jù)實測彎矩及位移，通過反演分

11、析的方法分析不同工況下土壓力分布模式及大小，并與實測土壓力對比分析,提出了不同工況條件下預應力錨索樁板墻的物理力學模型?？偨Y(jié)了樁板墻設(shè)計步驟及施工工藝,其中填土部分錨索的施工方法按填土與錨索施工的先后順序可以分為三種：先填后錨、先錨后填和填錨結(jié)合。分析歸納了預應力錨索樁板墻的破壞模式，可分為四種破壞模式：錨索與樁的連接部位破壞、錨索體破壞、樁體破壞和整體破壞 通過對預應力錨索樁板墻設(shè)計計算方法研究及各工況下樁內(nèi)力及土壓力分布規(guī)律的研究，為設(shè)計施工提供參考性結(jié)論,進一步指導工程實踐。該施工技術(shù)為松散巖土體和滑坡整治工程施工積累了成功的經(jīng)驗，為預應力錨索施工奠定了堅實的基礎(chǔ)。采用懸臂、吊籃施工方法

12、，操作簡便，拆遷容易，節(jié)約了大量的腳手架費用，經(jīng)濟效益顯著，和原設(shè)計方案一跨過河或一橋加防護進行經(jīng)濟比較節(jié)省了投資，也為單位創(chuàng)造了良好的社會效益。鐵路或公路以深路塹方式通過山丘地段，在以往的設(shè)計和施工中一般采用重力式路塹擋土墻或抗滑樁加固邊坡，但對于巖層走向與線路夾角小于35度，巖層間夾有軟弱夾層時，采取上述加固辦法很難保證路塹邊坡的穩(wěn)定，但采取預應力錨索樁板墻加固巖層走向與線路夾角在10350之間高且陡的路塹邊坡收到很好的效果，為此，收集了以往的預應力錨索樁的施工經(jīng)驗，以及在渝懷鐵路現(xiàn)有預應力錨索樁板墻施工的實踐中獲得的錨索樁板墻工藝及實測的技術(shù)參數(shù)，經(jīng)總結(jié)形成本工法。1王乾坤.預應力錨索樁

13、板墻的實際應用J.云南交通科技.2003，19（4）:6-10. 2蔡虹.預應力錨索樁板墻在渝懷鐵路的應用D.合肥工業(yè)大學碩士學位論文.2003 3張朋. 預應力錨索在高填方錨索樁板墻工程中的應用研究D.桂林理工大學碩士學位論文 2011.  4陳新澤，唐輝明，楊有成.抗滑樁加固邊坡優(yōu)化探討J.路基工程.2008（4）:46-48. 5蔣良濰.松散斜坡體錨、樁加固作用機理與工程應用研究D.成都理工大學博士學位論文.2006預應力錨索樁板墻是一種新型的高邊坡支擋結(jié)構(gòu)，在巖土工程領(lǐng)域獲得了較快發(fā)展，使得整治高陡滑坡成為可能。如圖

14、1.1所示，其結(jié)構(gòu)設(shè)計思路是：在抗滑樁的懸臂段張拉若干根拉索，并將拉索的內(nèi)端錨固在穩(wěn)定的地層內(nèi)或者錨固在抗滑樁后面預設(shè)的穩(wěn)定短樁上，拉索外端則在樁面處錨固，使原來的抗滑樁由懸臂擋土結(jié)構(gòu)改變?yōu)橄露藦椥灾С杏趲r土層內(nèi)，而懸臂段有多個彈性支點的受力結(jié)構(gòu)，于是樁身內(nèi)力變小，進而可以截面尺寸和樁件埋深，節(jié)約工程造價。這種樁-錨-板結(jié)合的新結(jié)構(gòu)使高陡邊坡支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計又前進了一大步并顯示出安全可靠，經(jīng)濟適用等特點，現(xiàn)已在鐵路，公路廈其它工程中有了大量成功運用。預應力錨素樁板墻是一種新型的高邊坡支擋結(jié)構(gòu)，由錨固樁發(fā)展演變而來-是由樁、錨索、樁問擋土板、填土或者樁后巖土體組成的，是一座由塊體結(jié)構(gòu)與桿件系統(tǒng)組成

15、的復雜結(jié)構(gòu)物，是樁與巖土錨固手段的綜合應用，錨索的一端錨固在穩(wěn)定地層內(nèi)，另一段鎖定在樁上，施加預應力后在樁上產(chǎn)生橫向拉力作用。錨索預應力的作用有效地改善了懸臂樁的受力及變形狀態(tài)，可以減小樁的內(nèi)力，減小樁截面面積'顯示出安全可靠，經(jīng)濟適用等特點，在巖土工程領(lǐng)域獲得了較快發(fā)展，使得整治高陡滑坡成為可能，并且越來越被廣大工程技術(shù)人員所接受，w已在鐵路、公路及其它工程中有了大量成功運用。但是作為新結(jié)構(gòu)，其理論研究遠遠滯后于工程應用。對于邊坡的上擋加固防護工程，國內(nèi)外許多部門機構(gòu)都進行了系統(tǒng)的研究，取得了豐碩的科研成果，特別是對抗滑樁、錨索樁、錨索框架粱等在滑坡治理加固中的設(shè)計、計算、使用等問題

16、進行了深入研究：對于錨索加固邊坡的機理及其受力特性也作過大量研究，并形成了一整套相對成熟的設(shè)計計算使用理論。在樁與巖土錨固手段的綜合應用預應力錨索樁板墻這種高陡坡地的新型支擋工程結(jié)構(gòu)的理論研究方面，也有人對其受力計算方法作過初步的探討，但對某些方面問題的研究如錨索拉力的計算、錨索預應力大小與受到填方土壓力的關(guān)系、長期錨固作用下錨索預應力的損失規(guī)律，預應力大小對加固效果的影響等均不是很深A，而這些問題又是合理設(shè)計該支擋結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，所以在系統(tǒng)性研究方面是明顯滯后于其工程應用需隸的。問題研究的意義：由于高與12m的支擋結(jié)構(gòu)其受力模式和計算方法規(guī)范中都沒有規(guī)定，在實際應用常常要依靠工程經(jīng)驗，設(shè)計時往往

17、缺乏一般的依據(jù)。結(jié)合西部交通建設(shè)科技項目山區(qū)支擋結(jié)構(gòu)研究的研究課題，本文針對高于12m的預應力錨索樁板墻進行深入系統(tǒng)的研究，其目的是研究結(jié)構(gòu)受力及其變化規(guī)律，提出該結(jié)構(gòu)受力機理，總結(jié)樁板墻結(jié)構(gòu)設(shè)計計算模型，為以后類似下程的科研、設(shè)汁、施工作指導，具有理論意義和應用價值。5預應力錨索樁板墻經(jīng)典設(shè)計情況 預應力錨索樁板墻是一種復雜的樁、土及錨索相互作用體系，它的最終受力狀況與整個路堤錨索樁板墻的旄工過程緊密相關(guān)。樁板墻的設(shè)計計算，由于受施工工況的影響，要找出最不利工況，并且對工況進行控制，使樁板墻達到安全且經(jīng)濟，要考慮樁一土一錨索體系的變形協(xié)調(diào)·初始填土階段，樁的內(nèi)力計算中儀考慮填土土壓

18、力的作用，相當于地面以下彈性嵌固的懸臂樁。在這個階段中，隨著填土面的增高，樁后土體在超載作用下開始變形，樁及樁后的扳在士壓力作用下發(fā)生變位。因此，由于填土土壓力不但與填料的特性有關(guān)，而且與樁和地基的剛度有關(guān)，樁的內(nèi)力計算也與此有關(guān)。 預應力錨鎖樁板墻在施工過程中由于錨索預應力施加，由于樁、板后填土存在，填土必然要產(chǎn)生彈性抗力，使原先樁、板后土壓力隨之變化，因而與普通的懸臂樁的計算截然不同。 此后，第二次填方階段，由于增設(shè)錨索并施加錨索預應力，需要考慮錨索與樁共同作用下填土樁與錨索的受力變化。樁的內(nèi)力計算中不僅要考慮填土壓力的作用，還要考慮旌加的錨索預應力變化的影響，類似于地面以下彈性嵌固，地面

19、以上錨索位置增加彈性支點的樁。在這個階段隨著填土高度的增加，樁后土壓力繼續(xù)增大，樁身位移增大，錨索隨之仲長，錨索拉力增加。由于錨索的存在限制了樁和填土的位移，樁后土壓力的分布模式和大小均改變。路堤錨索樁板墻設(shè)計計算應考慮以下三種工況：1)錨索樁扳墻在無錨索的情況下，填土增高時的計算（樁只承受土壓力）；2)錨索樁板墻在有填土（或同時兼有錨索力）時旌加錨索力時的計算（主動施加錨索力引起土壓力及其它錨索力的變化）：3)錨索樁板墻在有填土（或同時有錨索力作用）的情況下，填土高度再增加時的計算（填土荷載引起土壓力及錨索力的變化，錨索力被動地增加）8 預應力錨索轉(zhuǎn)板墻的應用研究現(xiàn)狀預應力錨索樁板墻支擋結(jié)構(gòu)

20、是隨著錨固技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的。巖體錨固技術(shù)奉質(zhì)是充分利用錨索具有較大剛度和強度的力學特性來加強或加固軟弱破碎的巖體，與此同時調(diào)動、發(fā)揮巖體的自穩(wěn)能力，最終達到工程結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定的目的。預應力錨索樁板墻，是在山體或土層中，通過鉆孔、穿索、注漿，將錨索一端固定于深部穩(wěn)定的巖上層中，另一段與鋼筋混凝上懸臂樁相連，在樁面上，通過張拉產(chǎn)生的預應力，使樁扳、土體、預應力錨素體三者相互制約，從而形成內(nèi)力平衡的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，達到穩(wěn)定坡體的目的。目前，在公路和鐵路上的應用，一般是將預應力錨索與普通抗滑樁結(jié)合起來組成錨索抗滑樁來支擋路塹邊坡滑動體，正是在滑坡體治理方面的成功應用，近年來，許多單位在陡坡路堤填方中開始試驗錨索樁扳墻，用于處理地基承載力不夠，擋墻高或填方坡角太陡的路堤路肩