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        門架式樁板墻在路基邊坡中的設(shè)計及應(yīng)用

        2020-12-26 02:04:46安寶平
        工程建設(shè)與設(shè)計 2020年24期
        關(guān)鍵詞:土板板墻擋土墻

        安寶平

        (甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司,蘭州730000)

        1 引言

        隨著基礎(chǔ)設(shè)施的迅速興建,邊坡的支擋措施也越來越靈活多樣。其中擋土墻是公路邊坡支護(hù)廣泛使用的一種支擋構(gòu)造物,不但可維持邊坡的穩(wěn)定,也可減少路基土石工程量與工程用地。常見的邊坡支護(hù)型式有重力式擋墻、扶壁式擋墻、懸臂式擋墻支護(hù)及樁板墻。本文以工程實(shí)例為例,運(yùn)用MIDAS有限元軟件對門架式樁板墻進(jìn)行模擬分析,論證了門架樁板墻的可行性,為以后類似的工程設(shè)計提供參考。

        2 工程概況及地質(zhì)條件

        2.1 工程簡介

        某市政道路K1+020.5~K1+090 段路基以挖方形式通過,路基挖方深度10~12m。該段路基右側(cè)為18 層居民樓,路基右側(cè)邊緣距居民樓最小距離為14.5m,路基左側(cè)為回族清真大寺,路基左側(cè)邊緣距清真大寺距離為10m;若采用常規(guī)挖方坡率開挖路基將會大幅度侵占居民樓庭院,無足夠的放坡空間,且開挖過程中易引起路基破口外居民樓庭院及清真大寺沉降開裂,威脅居民的安全。

        2.2 工程地質(zhì)條件

        根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪、鉆探揭露及室內(nèi)巖土土工試驗(yàn),地層按其時代及成因分類,在勘察深度范圍內(nèi)上覆地層為第四系全新統(tǒng)人工堆積填筑土、沖積黃土狀粉土、卵石及白堊系下統(tǒng)泥巖等地層。人工填筑土厚0.5~4.1m,層位變化大,工程性質(zhì)極差;沖積黃土狀粉土厚度2.4~4.6m,層位穩(wěn)定,工程性質(zhì)一般;沖積卵石層厚9.2~11.4m,層位穩(wěn)定,厚度較大,中密~密實(shí),工程性能較好;下覆白堊系下統(tǒng)河口群泥巖,基巖面起伏變化較大,強(qiáng)風(fēng)化厚度1.2~2.0m 不等,層位穩(wěn)定,工程性質(zhì)較好,為較好的地基持力層。

        3 支護(hù)方案比選

        K1+020.5~K1+090 段挖方邊坡支護(hù)屬永久性邊坡支護(hù),設(shè)計前期分別采用重力式擋土墻、預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻及門架式樁板墻3 個方案進(jìn)行必選論證。

        1)重力式擋土墻:靠自重維持平衡,形式簡單,施工簡便,使用范圍廣;當(dāng)擋土墻設(shè)置高度較大時,為保證墻身的抗彎能力及墻體穩(wěn)定性,墻身截面尺寸及結(jié)構(gòu)占地面積較大且墻高不宜超過12m??紤]到擋土墻埋深,該段落若采用重力式擋土墻,部分段落墻高超過12m,墻體截面尺寸較大;同時該段落路基左右側(cè)距既有建筑物水平距離較近,傳統(tǒng)的重力式擋土墻施工時需開挖臨時基坑,無施工條件。

        2)預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻:由鋼筋混凝土抗滑樁、擋土板和預(yù)應(yīng)力錨索組成的支擋結(jié)構(gòu)物。邊坡的土壓力及水壓力由抗滑樁及錨固在穩(wěn)定土層中的錨索拉力來支撐平衡。相比傳統(tǒng)的重力式擋土墻其施工占地少,基礎(chǔ)開挖面積小,便于施工,樁頂水平位移小。本工程右側(cè)18 層居民樓采用樁基礎(chǔ),預(yù)應(yīng)力錨索鉆孔時易打穿居民樓樁基礎(chǔ),施工風(fēng)險較大。

        3)門架式樁板墻:考慮本工程邊坡支護(hù)的特殊性與重要性,為減少樁板墻樁頂水平位移,優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力,創(chuàng)新性地在傳統(tǒng)樁板墻樁頂增設(shè)鋼管橫撐,將傳統(tǒng)的懸臂式樁板墻優(yōu)化成門架式樁板墻,增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體受力穩(wěn)定性,并有效地控制樁頂水平位移。

        4 門架式樁板墻結(jié)構(gòu)分析

        4.1 計算荷載及組合

        計算荷載包括地面超載、填土重力、填土側(cè)壓力、墻頂有效永久荷載、車輛及人群荷載引起的土側(cè)壓力、地震作用等。按JTG D30—2015《公路路基設(shè)計規(guī)范》[1]附錄H 的規(guī)定進(jìn)行荷載基本組合、長期組合和偶然組合,各種荷載組合系數(shù)根據(jù)JTG D30—2015《公路路基設(shè)計規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行取值。

        4.2 有限元模型分析

        結(jié)合墻后土壓力分布及考慮到施工可行,最終確定門架型樁板墻樁基采用1.8m 的C30 鋼筋混凝土圓形灌注樁,樁間距4m,上部撐桿采用外徑90cm 的鋼管混凝土。根據(jù)門架式樁板墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),選取門架式擋土墻標(biāo)準(zhǔn)單元格利用MIDAS 有限元軟件建立空間模型進(jìn)行整體計算,結(jié)構(gòu)單元采用梁單元模擬。

        4.3 靜力分析

        本門架式樁板墻右側(cè)為高層居民樓,左側(cè)為清真大寺,對周圍環(huán)境有嚴(yán)格要求,除對支擋結(jié)構(gòu)的承載力與整體穩(wěn)定進(jìn)行驗(yàn)算外,應(yīng)對結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行計算。根據(jù)計算結(jié)果,樁身最大變形為2.5cm,撐桿最大變形上撓0.6cm,樁頂最大水平變形0.6cm。

        5 門架式樁板墻的設(shè)計及應(yīng)用

        本段挖方路基地層上覆黃土狀粉土,中部為卵石夾層,下部為白堊系下統(tǒng)河口群泥巖。為減少施工風(fēng)險,加快施工進(jìn)度,本段樁板墻樁基設(shè)計為圓樁,采用機(jī)械挖孔,樁頂設(shè)置縱向冠梁連接,路基兩側(cè)樁基對稱布設(shè),每隔一樁設(shè)置φ90cm 鋼管混凝土橫撐連接路基兩側(cè)樁基[2]。根據(jù)結(jié)構(gòu)計算,樁基直徑為1.8m,截面為圓形,樁中心間距為4.0m,樁長20m,樁身采用現(xiàn)澆C30 混凝土。樁頂冠梁為1.8m×1.5m 矩形截面,鋼管橫撐采用直徑90cm,厚度8mm 高強(qiáng)度鋼管,橫撐鋼管采用法蘭盤與樁基連接。樁間土采用擋土板支擋,擋土板采用C30 混凝土現(xiàn)澆,板厚0.5m,每塊擋土板高度1.5m,長度1.27~2.27m。擋土板設(shè)置于樁基中部,待樁體形成強(qiáng)度后,分段分節(jié)開挖樁間土體,每向下開挖150cm 現(xiàn)澆一節(jié)擋土板。樁板墻設(shè)置路段為城市路段,為美化路容,樁基外表面與擋土板之間空間采用C20 混凝土澆筑,澆筑混凝土?xí)r采用鋼模板立模施工,確保外表面平整美觀。門架式樁板墻設(shè)計圖如圖1 所示。

        圖1 門架式樁板墻設(shè)計圖

        結(jié)合MIDAS 建立空間模型分析計算結(jié)果,樁基為偏心受壓構(gòu)件,圓形偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行正截面承載力計算,配置出縱向受力主筋;同時對圓形偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算[3,4]。由于樁基所受剪力較大,將圓形截面等效為矩形截面進(jìn)行斜截面受剪承載力計算,配置出受剪螺旋筋。鋼管混凝土撐桿,按單肢鋼管混凝土構(gòu)件在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下承載力計算。

        6 結(jié)語

        門架式樁板墻創(chuàng)新性地在傳統(tǒng)樁板墻頂部鋼管橫撐,充分發(fā)揮樁板墻設(shè)置高度優(yōu)勢,又提高了結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性,同時減小了結(jié)構(gòu)的樁頂位移[5]。該支擋結(jié)構(gòu)受力合理、施工簡便,大大縮小了施工過程中的臨時基坑開挖范圍,減少工程占地,工程效果良好,在施工場地受限的地段優(yōu)勢明顯,可推廣應(yīng)用。

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