淺談兩種常用邊坡支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

淺談兩種常用邊坡支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

0樁板墻、樁基托梁擋土墻在中國(guó)西南部山區(qū)的鐵路建設(shè)過(guò)程中，高邊坡經(jīng)常存在。為了確保人工開(kāi)挖形成的高邊坡的穩(wěn)定性，并確保鐵路施工和運(yùn)營(yíng)的安全，我國(guó)采用的樁基防護(hù)結(jié)構(gòu)主要包括樁間擋土墻、樁板墻、樁基托梁擋土墻、板椅式擋土墻等。不同的防護(hù)結(jié)構(gòu)在收坡、填埋方面發(fā)揮了良好的作用，對(duì)巖屑邊坡的保護(hù)作用也取得了良好的效果。隨著工程建設(shè)的量多、面廣,也給既有支擋措施帶來(lái)了更為嚴(yán)峻的考驗(yàn),單獨(dú)的支擋結(jié)構(gòu)已不能承擔(dān)所有高陡邊坡的防護(hù)重任,這就需要依照工程實(shí)際情況開(kāi)創(chuàng)更多的結(jié)構(gòu)形式及其理論計(jì)算方法,既使工程在造價(jià)方面更為經(jīng)濟(jì)合理,又能使工程的安全、環(huán)保、美觀也得到新的提升。本文以騰俊物流專(zhuān)用線貨場(chǎng)右側(cè)高陡膨脹土邊坡支護(hù)為例,對(duì)新型樁墻組合結(jié)構(gòu)在膨脹土高邊坡支護(hù)中的方案的選擇和支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算作詳細(xì)闡述。1新型樁墻組合結(jié)構(gòu)1.1高陡邊坡區(qū)域化邊坡立地條件下的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)以往的雙排樁支護(hù)高陡邊坡的形式,不論是獨(dú)立的雙排樁,還是板椅式雙排樁板墻,都不適合本工況。獨(dú)立的雙排樁結(jié)構(gòu)雖然在收坡和邊坡整體穩(wěn)定性方面能滿(mǎn)足要求,但塹頂公路路基右側(cè)樁間土體將處于垂直的臨空狀態(tài),難以保證塹頂公路的穩(wěn)定性。板椅式雙排樁板墻能滿(mǎn)足邊坡整體和公路路基穩(wěn)定性,但由于前后排樁之間的平距達(dá)到22m,前后排樁之間的連梁所能發(fā)揮的實(shí)際作用和工程造價(jià)之間極大的不對(duì)稱(chēng)性,也使得板椅式雙排樁板墻的方案不適用于此工況。為了滿(mǎn)足工程實(shí)際要求,結(jié)合地形地質(zhì)條件,并將工程造價(jià)控制在合理范圍內(nèi),設(shè)計(jì)方案采用樁間擋土墻加樁基托梁擋土墻的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式,目前在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有采用該結(jié)構(gòu)形式支護(hù)高陡邊坡的先例。具體形式為:在貨場(chǎng)右側(cè),膨脹土開(kāi)挖坡腳處設(shè)樁間擋土墻,最大墻高8m,墻頂以上按永久穩(wěn)定坡率1∶1.5放坡開(kāi)挖1級(jí)邊坡,采用人字形骨架內(nèi)灌草護(hù)坡進(jìn)行坡面防護(hù),在開(kāi)挖的1級(jí)邊坡坡頂設(shè)樁基托梁衡重式路肩墻,擋土墻最大墻高8m。邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)形式與土體破壞模式,見(jiàn)圖1。1.2土壓力和推力錨固樁和擋土墻的工程結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算包括滑坡推力和土壓力計(jì)算。為使滑坡推力的計(jì)算更符合實(shí)際情況,考慮墻后土體的水平土拱效應(yīng),即樁體所受的滑坡推力等值于滑坡推力作用于土拱頂面上的力。樁間擋土墻受力為擋土墻和土拱之間的DMNFE土體所形成的滑坡推力和土壓力采用樁間擋土墻與樁基托梁式擋土墻相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式,前后排樁之間的平距為18~22m,后排樁不在前排樁的土拱范圍之內(nèi),且前排樁破裂面未延伸至后排樁身處。因此,可以認(rèn)為前排樁發(fā)生的小位移不會(huì)影響后排樁,將前排樁和后排樁分開(kāi)計(jì)算考慮水平土工效應(yīng),前排樁樁身所受推力大小為潛在滑動(dòng)面BEQ在DE處的滑坡推力大小。由于土拱本身的土壓力也要作用于樁體,故前排樁所受土壓力值為ACFB土體形成的土壓力大小MN是土體在后排樁被動(dòng)土壓力作用下形成的土體破裂面,依此判斷后排樁的懸臂段和錨固段的分界面為MN。后排樁的土壓力和推力大小計(jì)算模式與前排樁相同,而衡重式路肩墻所受土壓力大小的具體計(jì)算方法李惠玲將樁間墻和樁體托梁擋土墻分開(kāi)考慮,分別對(duì)樁后土體進(jìn)行受力分析以計(jì)算土壓力大小,樁后土楔受力情況,見(jiàn)圖3。運(yùn)用庫(kù)倫土壓力理論,由圖3中力矢三角形可知,樁后土楔的重力、樁體對(duì)土楔的反力以及破裂面以下的土體對(duì)土楔的反力,這三力需閉合,由此得式中:θ為土體破裂角;φ為土體內(nèi)摩擦角;δ為樁后土體與樁的摩擦角;ψ=(90-δ)。圖3中,前、后排樁樁后土楔面積分別為式中:h為前排樁懸臂段樁長(zhǎng);h按土體的實(shí)際重度,取斷面方向?yàn)?延米,可根據(jù)土楔的面積計(jì)算出土體的重度,并代入式(1)便可計(jì)算出結(jié)構(gòu)物所受土壓力的大小。2工程實(shí)例2.1項(xiàng)目總結(jié)2.1.1庫(kù)需完善公路貨場(chǎng)裝卸場(chǎng)騰俊物流專(zhuān)用線為新建貨場(chǎng)專(zhuān)用線,自昆陽(yáng)支線中誼村車(chē)站讀書(shū)鋪端引出,貨場(chǎng)布置了散堆裝貨物裝卸場(chǎng)、站臺(tái)倉(cāng)庫(kù)怕濕貨物裝卸場(chǎng)、龍門(mén)吊笨大貨場(chǎng)裝卸場(chǎng)。在貨場(chǎng)布設(shè)范圍內(nèi)右側(cè)緊靠已建成公路,公路高出車(chē)站場(chǎng)坪約25m,因此,在貨場(chǎng)右側(cè)緊鄰已建成公路一側(cè)將形成深路塹、高邊坡的路基工程。公路右側(cè)為已建成物流大樓,也使得道路改移方案更為不經(jīng)濟(jì)。開(kāi)挖后貨場(chǎng)場(chǎng)坪與已建成公路之間最大達(dá)25m左右的高差,平面距離平均為22m。2.1.2地下水地震動(dòng)工點(diǎn)區(qū)地基基底及邊坡均為弱膨脹土,地質(zhì)經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘探和室內(nèi)試驗(yàn),確定該邊坡的永久穩(wěn)定坡率為1∶1.5。該區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.20g,地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.45秒。巖土體基本物理力學(xué)參數(shù),見(jiàn)表1。該區(qū)地下水主要類(lèi)型為孔隙潛水,賦存于第四系各種成因的松散堆積層中。區(qū)內(nèi)第四系沉積層以黏性土為主,其含水性及滲透性較差,僅含少量孔隙水。該高陡邊坡坡頂為公路,坡腳為貨場(chǎng),如果邊坡在外力作用下產(chǎn)生破壞,將嚴(yán)重影響到鐵路貨運(yùn)的運(yùn)營(yíng),其破壞力甚至?xí)暗借F路正線,且邊坡整體發(fā)生破壞后,修復(fù)工作困難重重。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》2.2土壓力和滑坡推力通過(guò)式(2)、式(3)可計(jì)算得樁后土楔的面積,進(jìn)而計(jì)算土體的重度,前后排樁樁后土楔的力矢三角形相同,將各土楔重度和表1中相關(guān)參數(shù)分別代入式(1)可得前后排樁所受土壓力大小。滑坡推力的計(jì)算先根據(jù)地層參數(shù)搜索最危險(xiǎn)滑動(dòng)面,反算最危險(xiǎn)滑動(dòng)面物理力學(xué)參數(shù),再運(yùn)用傳遞系數(shù)法(顯示和隱式)計(jì)算樁和擋墻所受滑坡推力大小根據(jù)表2,選取土壓力和滑坡推力中的較大值作為錨固樁和擋土墻所受外力,依此確定重力式路肩墻墻厚為2.66m,衡重式路肩墻墻腳寬2.80m,上墻高3.20m,下墻高4.80m,衡重臺(tái)寬1.34m。將衡重式路肩墻的水平力轉(zhuǎn)化為作用于后排樁樁體的水平力和彎矩,確定前后排樁的樁身尺寸和配筋2.3穩(wěn)定驗(yàn)算模型目前的極限平衡計(jì)算方法尚不能考慮前排樁間擋土墻和后排樁基托梁擋土墻對(duì)邊坡的支護(hù)作用,難以根據(jù)巖土體物理力學(xué)參數(shù)計(jì)算邊坡的整體穩(wěn)定系數(shù)。因此,本文運(yùn)用了MIDASGTS模塊對(duì)加固后的邊坡進(jìn)行有限元模擬。模型的邊界約束X,Y方向位移,樁體約束X,Y方向旋轉(zhuǎn)自由度,考慮0.20g的地震動(dòng)峰值加速度,計(jì)算邊坡的整體安全穩(wěn)定性系數(shù)為1.21,滿(mǎn)足《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中,在有震工況下邊坡穩(wěn)定系數(shù)不小于1.15的要求。3樁基托梁衡重式路肩擋土墻加固支護(hù)方案本文依托騰俊物流專(zhuān)用線的高陡邊坡的治理實(shí)例,一改傳統(tǒng)的膨脹土支護(hù)方法,通過(guò)案例分析和理論計(jì)算,得出以下結(jié)論:(1)采用樁間擋土墻和樁基托梁衡重式路肩擋土墻相結(jié)合的支護(hù)方案,很好地解決了膨脹土高陡邊坡的支護(hù)問(wèn)題,收坡效果顯著。(2)根據(jù)庫(kù)倫土壓力理論,分