桩基托梁挡墙在某公路边坡工程中的应用

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摘要：根据某公路边坡周边环境复杂,土层自稳性较差等特点,综合考虑多方因素后,采用桩基托梁扶壁式挡土墙加固,介绍该结构的设计及施工技术。

关键词：边坡；设计；桩基托梁；挡墙

中图分类号：S611文献标识码： A

1.工程概况

边坡位于云南省曲靖市某矿进场公路的K1+743.00m~K1+822.00m段，边坡长约80.00m，坡高12.10~17.50m，为填方土质边坡，坡顶标高1851.10m~1848.40m，坡顶内侧进场公路，道路宽度8.60m。

2 边坡工程地质条件

2.1地形地貌

研究区属中等切割程度的中山丘陵地貌，海拔一般标高1805～2000m，补木河自南向北自场地东侧流过。拟建场区最低点位于场区东侧的补木河谷，海拔标高1805m左右，最高点位于场区西南侧，海拔标高2000m左右，相对最大高差200m。

2.2地质构造

拟建场地位于格宗向斜西翼，格宗向斜轴线长约6km。向北倾伏，倾伏角5～20°，场地内岩层产状约在91°∠21°左右。

2.3地层岩性

场地地层结构为：上覆第四季坡残积含砾粘土，下伏三叠系下统飞仙关组（T1f）的互层状泥质粉砂岩，为一套碎屑岩，交错层理、斜层理发育。分布于拟建场区区各处。按由新到老的顺序描述如下

（1）含砾粘土（Q4al+pl）：褐、褐黄色，褐色，硬塑状，局部可塑状，切口无光泽，无摇振反应，干强度中等-高，含约5-10%的泥质粉砂岩角砾及铁质结核，粒径2-18mm，表层多为约0.20m的耕植土。厚度分布不均，厚度在0-12.70米左右。土石工程等级属Ⅱ类普通土。

（2）泥质粉砂岩夹砂质泥岩（T1f）：由褐、紫灰、紫红色薄-中厚层状泥质粉砂岩间夹薄层状的砂质泥岩和泥质条带组成，偶夹紫灰色薄层状细粒砂岩。其强风化层厚度较大，据钻探揭示，强风化带岩芯较破碎，软硬互层，且多呈散体状，土石工程分级为Ⅳ级，类别为软石。

弱风化带岩芯一般呈饼状及短柱状，岩体呈碎块状～大块状，但埋藏较深。弱风化泥质粉砂岩的土石工程等级为Ⅳ级，类别为软石。

2.4地下水

拟建场区属中等-强烈切割程度的中山地段。大气降水及地下水排泄条件较好，钻孔内基本未见地下水。因场地地形高差较大，地形坡度较陡，有利于地表水或地下水的排泄，大气降水多沿地面以坡面漫流的形式排至场外。场区地下水贫乏，水文地质条件简单。

3 设计依据和执行的主要技术标准

建设方提供的图件、报告和现行相关规程、规范及设计图集。

4 边坡治理设计

4.1 岩土参数选取

依据岩土工程勘察报告和同类场地工程经验,并充分考虑土体的不均匀性等因素，边坡治理设计所需岩土体参数见表1。

表1 岩土设计参数一览表

边坡安全等级为一级。结构合理使用年限为50年。边坡设计安全系数1.35，砂浆与锚孔粘结强度180kN，荷载分项系数1.30。

4.2 设计方案

K1+743m~K1+822m段边坡以填土边坡为主，坡顶为进场公路，边坡最大高度17.50m（标高1849.80m），根据现场地质条件，采用单纯的锚拉桩、重力式挡墙均难对该边坡进行有效支挡。经过对场地地质条件和地形条件的综合分析，设计对该段边坡采用桩基托梁＋衡重式挡墙的支护形式，梁为双桩承台，共16根桩，8个承台，挡墙高度9m，设计剖面见图1。

图1 设计剖面见

桩顶托梁和冠梁设计为一体，梁截面尺寸为3000mm（宽）×1500mm（高）×10000mm（长），桩及桩顶托梁为现浇，现浇混凝土强度均为C40，桩身设计两排高强度钢绞线锚索。

桩及冠梁和联系梁纵向钢筋为HRB400钢筋，箍筋采用HPB300钢筋。

桩基开挖采用人工方式，嵌入中等风化深度大于6m。桩间挡板按200mm进行考虑，坡顶坡脚设置排水截水沟。

5.计算方式与结果

锚拉桩基托梁挡墙计算方式采用桩顶上部挡墙和下部锚拉桩分开计算的方式进行，先计算上部挡墙，在计算挡墙传递到桩顶的水平力、弯矩和竖向压力。

5.1重力式挡墙

重力式挡墙采用衡重式挡墙，单独对托梁顶部挡墙进行计算，墙高9m。计算过程中应严格控制挡墙基底宽度、墙趾和墙踵压力，一般基底宽度不宜大于3.00m，通过调整墙面坡坡比尽量让墙趾和墙踵压力平衡。

本设计挡墙计算结果为：

Ea=147.23kN ，Ex=145.30kN，Ey=-23.76kN，作用点高度 Zy=2.47(m)，墙身截面积 = 22.02m2，重量 = 506.66kN，衡重台上填料重 = 84.34kN ；

重心坐标(1.75,-1.35)(相对于墙面坡上角点)，基础底面宽度 B = 2.670 m ，偏心距 e = -0.14m；

基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 1.476m；

基底压应力: 趾部=178.48 kPa,踵部=344.03kPa；最大应力与最小应力之比 = 178.48 / 344.03 = 0.519。

5.2锚拉桩

锚拉桩首先计算桩顶所受挡墙作用的外加荷载，因此桩顶内力计算衡重式挡墙传到托梁上的每延米的水平推力，竖向力和弯距计算。衡重式挡墙传到托梁上的每延米的水平推力，竖向力和弯距计算。

水平推力：E=（EXI+EX2）×1.35＝（73.77 kN +75.24 kN）×1.35＝202.5kN；

竖向力：N=（169.34kN+130.31 kN +84.35 kN +506.67 kN）×1.35＝1337.27kN；

弯距：M=1337.27 kN×-0.141m＝-188.55kN.m(指向坡内侧)；

取托梁计算尺寸为1.5m×3.0m×10m，桩的计算不考虑梁底的支承和摩擦，认为挡墙的水平推理和竖向力及弯距通过托梁全部传至桩顶。

根据以上桩顶外加力，设计桩身尺寸采用1.50m*2.00m。桩身配筋结果为，桩纵筋采用67根32mm直径HRB400钢筋，并根据弯矩图变截面设计；箍筋采用4根直径12mm HRB300钢筋，箍筋间距 150mm，桩身嵌入中等风化长度为6.0m，锚索两排，采用10束φ15.2 mm高强度钢丝绳，锚固段长度分别为8.5m。

6.结果分析

各种工况条件下本边坡稳定性计算、结构强度等均满足国家相关规范要求，支护后边坡安全系数大于1.35，设计达到了预期效果。

7.结论及建议

（1）本边坡设计为锚索+抗滑桩+托梁+挡墙方案可行。

（2）本设计对地质地形条件复杂的填方边坡提供了一种新型支挡组合形式。

（3）根据计算方式，桩基托梁和挡墙是分开计算的，实际工程施工中托梁和挡墙是整体施工的，施工后工程效果和和可靠性需要进一步工程验证。

（4）建议对施工完成的挡墙施工完毕后应委托有资质的单位进行边坡变形监测工作，时间不小于二年。

（5）该边坡支护形式一般用于地形地质条件复杂地段，抗滑桩嵌入中等风化岩面的襟边宽度较难保证，建议施工中应加强对抗滑柱襟边宽度的监测和控制。