張朝明

(湖南省湘西公路橋梁建設有限公司，湖南吉首 416000)

1 工程概況

湖南省湘西自治州某公路項目位于湖南省湘西自治州境內，擬按雙向六車道城市主干道標準建設，全長約6 km。

所建項目依山傍水，現(xiàn)狀道路走廊寬約12 m，線路走廊帶左側為低山山前斜坡，右側為沅水河，河流流向由南向北，山前斜坡大部分為第四系殘坡積物覆蓋。左側山體地形標高一般為140～200 m，右側河床標高約90 m。

為減少道路占用河道，道路臨河側采用路肩擋土墻結構。其中k6+800～k7+840段沿河側路基標高平均為117.9 m，擋墻下地面標高(原道路下邊坡)一般標高109.1 m，河床基巖(中風化粉砂巖)頂標高平均99 m，擋墻初擬墻高10 m。

經參建各方多次研究，擋墻形式選用施工便捷、質量穩(wěn)定、開挖影響小的仰斜式擋土墻形式。設計按《國家建筑標準設計圖集04J 008“擋土墻”》選定其擋墻尺寸，墻后填土內摩擦角φ取30°，基底摩擦系數(shù)μ取0.3。設計中針對該段擋土墻地質條件、地形條件等對擋墻基礎進行了優(yōu)化設計。見圖1。

2 場地巖土工程地質條件

擬建公路沿線出露的地層主要有下古生界寒武系下統(tǒng)、上古生界二疊系下統(tǒng)及中生界白堊系下統(tǒng)和第四系殘坡積層與人工填土。一般路段由上至下為:填筑土、粉土(細砂)、全風化粉砂巖、強風化粉砂巖、中風化粉砂巖。其中填筑土層中含大量粉砂巖塊石，紅褐色，塊石直徑一般為10～28 cm，最大達1～2 m，塊石含量約40% ～60%。

根據(jù)對場地各主要土層進行的標準貫入試驗和重型動力觸探試驗，主要土層室內試驗成果及原位測試成統(tǒng)計見表1。

線路沿線地震動峰值加速度0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35 s，地震烈度為6度，構筑物只考慮抗震構造，計算不考慮地震作用。

圖1 方案示意圖(單位:cm)

表1 主要巖土層物理力學性質指標推薦值

3 結構與基礎優(yōu)化

3.1 結構與基礎優(yōu)化主要考慮的因素

1)由于原地面填筑土、粉質粘土等承載力達不到擋墻基礎所要求的承載力，且層厚較大，基巖埋置較深，需對基礎進行處理。

2)若采用換填、擴大基礎等方案，由于原土在層厚約8 m范圍內承載力僅120～140 kPa，處理十分困難，軟弱下臥層所引起的工后沉降難以控制，且擋墻高度太大，十分不經濟。因此初步擬定采用樁基托梁(承臺)擋土墻。不同類型的樁基可提供的承載力、抗剪能力、對地形的適應能力、施工的便利性不同，設計中對粉噴樁、松木樁、微型鋼管樁、預應力管樁、鉆孔灌注樁等幾種形式進行了初步比較，并對其中部分樁基形式進行了深入計算比選。

3.2 土壓力計算及承載力要求

按《國家建筑標準設計圖集04J 008“擋土墻”》選定仰斜式擋墻尺寸，按擋土墻有關土力學計算，荷載結果如表2。

表2 土壓力及地基應力計算表

可知基礎承載力達不到要求，需進行基礎處理。

3.3 樁基礎方案比選

1)對各種樁基形式進行初步比選(表3)，再進行細部驗算與技術經濟比較。

表3 擋土墻樁基形式初步比選表

從以上初步定性分析可知，粉噴樁、松木樁等經濟性較好，但對于含塊石地基的沿河路基，施工困難，受地下水影響較大，不適于本項目。以下對其他三種樁基進行分析，確定其樁距、樁徑等，并在此基礎上做進一步經濟性比選。

3.4 樁基礎方案比選

3.4.1 主要依據(jù)

樁基設計主要依據(jù)《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ94—2008)、《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》(JGJD63—2007)及所列參考文獻等進行。

3.4.2 設計條件

根據(jù)建筑規(guī)模、功能特征、樁基特點和施工條件等，擬定設計條件如下:

設計等級:乙級;長徑比:大于50，按要求進行局部壓屈驗算;抗震等級6度，計算中不考慮地震力作用;采用套管護壁法成孔，按干作業(yè)非擠土小直徑鉆孔灌注樁設計;樁端進入基巖，嵌巖深度H與樁徑D之比約15～20，大部分荷載由嵌巖段承擔，屬摩擦端承樁。環(huán)境級別:二(b)類(干濕交替環(huán)境)。

3.4.3 基本計算參數(shù)

見表4。

3.4.4 基樁豎向承載力

按《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ 94—2008)，本項目中樁基屬于摩擦端承樁，且下部土部分位于常水位中，不宜考慮土體豎向承載力，因此基樁復合承載力特征值取單樁豎向承載力特征值。

按《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ 94—2008)及上文中有關參數(shù)進行豎向承載力計算，見表5，詳細計算過程略。

表4 擋土墻樁基設計基本參數(shù)與初定尺寸一覽表

表5 擋墻樁基豎向承載力設計成果分析表

3.4.5 基樁水平承載力

按《建筑樁基技術規(guī)范》(JGJ 94—2008)附錄C，考慮承臺(包括地下墻體)、基樁協(xié)同工作和土的彈性抗力作用，用m法對樁基、樁身水平荷載及承載力進行驗算。以下以微型鋼管樁為例。見表6。

表6 擋墻樁基水平承載力計算表

續(xù)表6 擋墻樁基水平承載力計算表

從以上計算可以看出，水平力共計281.96 kN中，由承臺底、承臺側承擔的水平力分別為246.51 kN、34.9 kN，而樁基所承受的水平力僅占很小的比例。說明在樁、土、承臺的共同受力體系中，微型樁基承擔部分豎向荷載，而承臺(與擋土墻連為整體)承擔了大部分水平推力，受力合理。

對鉆孔灌注樁與預制管樁進行分析，水平承載力也能滿足要求。因此設計中控制樁數(shù)、樁距的是豎向荷載，表5中擬定的樁距、樁徑合理可行。

3.4.6 相關計算

在完成以上計算后，對樁基抗剪承載力、抗彎承載力等進行進一步驗算，以微型鋼管樁為例，抗剪承載力按不同規(guī)范中計算方法，分別為199.7 kN、230.2 kN;抗彎承載力參考配筋混凝土模式進行折減，承載力約9.7 kN·m，均大于對應荷載。各類樁基對應承臺形式進行分別設計，本文中未再詳述。

3.4.7 造價估算比選

在有關估算指標、市場信息價等基礎上，擬定各類樁基及承臺的綜合單價，對以上設計方案進行造價估算比選。本擋墻工程全長40 m，承臺底寬4.3 m，平均樁長10.3 m。

表7中可以看出，以預應力管樁經濟性最好。

表7 各樁基方案造價估算表

4 結束語

沿河道路中往往不能占用河道，需要建設擋土墻。而沿河地質條件往往不理想，本項目中承載力在140 kPa以下土深度近10 m，基本上只能考慮設計樁基托梁擋土墻。本文中對幾種主要樁基類型進行了比選，從各類樁基的環(huán)境適應性、施工可行性、安全性、經濟性、受力合理性等方面進行了全方位比較，結論供有關工程人員參考。