某動(dòng)車段邊坡支護(hù)方案比選

某動(dòng)車段邊坡支護(hù)方案比選

1股道、鐵路路堤下排放系統(tǒng)中國北方的一個(gè)擾動(dòng)段是被動(dòng)修復(fù)基地和高速鐵路維修中心。在該段中，有許多連接道路和交叉口的車道。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6～7m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)5～6m。還有1條3.5m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10m到與其并行等高,其中還有約645m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支撐墻設(shè)計(jì)方案的選擇2.1施工前的控制因素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2～3min,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大懸索樁間板擋墻方案(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孔和灌流設(shè)計(jì)3.1地下水泥質(zhì)土自上而下分別為:地表雜填土,0～2.4m,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80kPa,局部地段小于60kPa;粉質(zhì)黏土,黃褐色,硬塑,含云母,氧化鐵,厚0～5.6m,地基基本承載力150kPa;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0.7～3.2m,地基基本承載力150kPa;粉砂,褐黃色,中密,稍濕,成分以石英、長石為主,厚2.3～8.2m,地基基本承載力210kPa;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10～30mm,最大80mm,地基基本承載力400kPa?？碧狡陂g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0.80m。3.2基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及墻前地面變形控制標(biāo)準(zhǔn)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)。基坑開挖設(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樁體嵌固質(zhì)量控制(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1.25m,采用C35鋼筋混凝土澆筑,排樁擋墻長度共645m,排樁上部懸臂段高度4.5～5.6m,采用一字相切排列,間距與樁徑相同。單根樁長10～13.5m。(3)排樁頂面設(shè)置C35鋼筋混凝土冠梁,冠梁高0.6m,寬度為1.55m,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10cm,錨固點(diǎn)變形不宜大于10mm;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?0mm,最大水平位移≤42mm;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1.5m,垂直擋墻方向間距1.2m,樁徑0.6m。(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1.25m,沿墻高每隔1m,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0.1m。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。3.4樁相切、剛度等同的計(jì)算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112(D+t)h3=112164πD4(1)112(D+t)h3=112164πD4(1)簡化后得h=0.838D11+t/D?????√3(2)h=0.838D11+t/D3(2)本工程采用一字相切,D=1.25m,t=0m,則h≈0.838D=1.05m。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=1.05m設(shè)計(jì),結(jié)果偏于安全、合理。4施工中心4.1工程費(fèi)用較低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,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樁前樁頂控制方案設(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排樁擋墻設(shè)計(jì)思路(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)