时间：2013-11-29 分类：矿业
摘要：针对天津港区内某重载铁路软土地基条件下侵限路基，分析了软土地基条件下各种病害问题及其原因，研究设计采用钢筋混凝土悬臂式挡土墙支挡结构，采用双向水泥搅拌桩进行地基处理。钢筋混凝土悬臂式挡土墙占地少、美观、施工周期短，造价适中，便于施工过程控制及管理，能较好的满足工程实际要求。
关键词:钢筋混凝土悬臂式挡墙，复合地基，设计
1引言
悬臂式挡土墙作为挡土墙结构的主要形式之一，主要作用为支撑天然边坡或人工填土边坡，以保持土体稳定。其具有断面简单，施工方便，墙身断面小等优点。一般情况下，墙高6m以内采用悬臂式，6m以上采用扶壁式，适合于缺乏石料及地震地区。现已越来越多的使用在公路、铁路、城市道路支档、防护工程设计中[1]。但位于深厚层软弱地基下的挡土墙病害发生率较高，如何采用合理、切合实际的结构设计是设计人员面临的问题之一。
2工程概述
天津港区某货运铁路工程设计为国铁I级双线，线路以路基填方的形式穿过港区内某段环保渠，渠深1.5m，水深1.0m左右。为尽可能少侵占渠道、并满足美观和环保的要求，经技术经济方案比选，采用钢筋混凝土悬臂式挡土墙支挡结构，挡墙基底由于地处天津港深厚层软弱地层，为确保结构稳定及沉降满足要求，采用复合地基加固处理，钢筋混凝土悬臂式挡土墙结合复合地基形式能够较好地满足工程实际要求。
3悬臂式挡土墙设计
悬臂式挡土墙由立壁(墙板)和墙底板(包括墙趾板和墙踵板)组成，呈似\"L\"形，具有三个悬臂，即立壁、墙趾板和墙踵板（图2）。挡土墙高度由路基填土高度确定，而其他部位的尺寸既要满足结构稳定性要求，也要满足设计规范的要求，设计流程如图1。各部位设计要点如下：
图1悬臂式挡土墙设计流程图
1）、立壁的墙背和墙面具体坡度根据立臂的强度和刚度要求确定，当挡土墙墙高不大时，立臂可做成等厚度。墙顶的厚度通常不小于20cm。
2）、墙踵板长度由墙身抗滑稳定验算和刚度确定，且不小于30cm；墙趾板的长度应根据全墙的倾覆稳定、基底应力（即地基承载力）和偏心距等条件来确定，其厚度可与墙踵板相同。浸水地区挡土墙不宜设倾斜基底。
3）、悬臂式挡土墙主要依靠墙踵板以上的土体重量挡土，基础埋深不小于1m。当悬臂式挡土墙的抗滑移、抗倾覆不能满足要求时，可适当增大墙趾板尺寸或墙踵板尺寸。
4)、钢筋混凝土挡土墙分段长度为10m，段间设置沉降缝和伸缩缝。本工程采用的悬臂式挡土墙结构和钢筋断面尺寸见图2。
图2悬臂式挡墙构造图
4复合地基设计
工程实际中，悬臂式挡土墙在软土地基条件下常出现各种病害（表1），其主要原因在于软土天然地基承载力低，工程性质差，难以满足挡土墙稳定和沉降的要求，必须进行地基处理。而复合地基种类繁多，其中钻孔灌注桩、高压旋喷桩等造价较高，施工周期长，使用较少；CFG桩成桩周期长且成桩过程难控制，难以达到预期效果。而水泥搅拌桩施工成本相对较低、易于操作和施工控制，是采用较多的形式。
表1软土地基条件下悬臂式挡土墙常见病害及原因统计表
常见病害原因分析
挡土墙基底出现不均匀沉降挡土墙局部地基承载力不够
复合地基桩身强度没有达到设计值
挡土墙接缝处出现较大错台
挡土墙接缝处因变形过大而挤碎
挡土墙整体下沉，变形过大复合地基桩长不够，下卧层变形过大
挡土墙向外倾斜或滑移，发生破坏挡土墙墙趾部分地基承载力不够，施工时缺少验槽措施
挡土墙身周围未处理或处理范围过小，被动土压力过大
路基填土未按要求施工，填料不符合设计要求
施工荷载过大
根据现场地质勘察资料，软土的主要物理性质指标情况见表2：
表2软土的主要物理性质指标表
埋藏
深度
m土层名称天然
状态天然
含水量
w/%容重
kN/m3孔隙比
e压缩
模量
MPa固结快剪
凝聚力C/kPa内摩擦角
Φ/（°）
0~10冲填土流塑51.617.51.4352.326.32.3
10~16粉土中密27.719.10.8407.756.023.0
16~18.5粉质粘土软塑30.519.10.9293.5620.16.6
18.5~20粉土中密27.719.10.8407.756.023.0
按照规范要求并结合理正软件检算，本设计采用双向水泥搅拌桩加固，桩径0.5m，桩间距1.0m，加固深度12.5m。双向水泥搅拌桩体抗剪强度为300kPa，桩身强度大于1.2MPa。试块标准养护28d立方体无侧限抗压强度应不小于1.0MPa，单桩承载力不小于180kN，复合地基承载力不小于150kPa[3]，能够较好的满足悬臂式挡土墙对地基承载力的要求[2]。
5结构验算
钢筋混凝土悬臂式挡土墙设计，包括墙身构造设计、墙身截面尺寸的拟定、结构稳定性和基底应力验算以及墙身配筋计算、裂缝配筋计算、裂缝开展宽度验算等[4]。本工程结构验算时，包括有地震和无地震情况下的无荷、双线单荷、双线双荷等共8种情况。采用理正岩土工程计算分析系列软件5.5版，设计得到墙体的具体尺寸见图3。#p#分页标题#e#
图3悬臂式挡土墙验算图
本工程采用的墙身尺寸及物理参数见表3。
表3墙身尺寸及物理参数
墙身尺寸取值物理参数取值
墙身总高/m5.000挡土墙类型抗震区浸水挡土墙
墙顶宽/m0.500墙后填土类型单层填土
面坡倾斜坡度1:m1:0.000墙后填土内摩擦角/(°)35.000
背坡倾斜坡度1:m1:0.000墙后填土粘聚力/kPa0.000
墙趾悬挑长DL/m0.900墙后填土容重/kN•m-320.000
墙趾根部高DH/m0.500墙背与墙后填土摩擦角/(°)17.500
墙趾端部高DHD/m0.500地震烈度设计烈度7度
墙踵悬挑长DL1/m1.800面侧地震动水压力系数1.000
墙踵根部高DH1/m0.500背侧地震动水压力系数1.000
墙踵端部高DH2/m0.500地基土容重/kN•m-317.500
－修正后地基土容许承载力/kPa180kPa
加腋类型不加腋墙底摩擦系数0.450
面坡腋宽rB1/m－地基浮力系数1.000
面坡腋高rH1/m－水上地震角/(°)1.50
背坡腋宽rB2/m－水下地震角/(°)2.50
背坡腋高rH2/m－水平地震系数/(°)0.10
是否采用防滑凸榫－混凝土强度等级C45
防滑凸榫尺寸BT1/m－钢筋级别HRB400
防滑凸榫尺寸BT/m－裂缝计算钢筋直径/mm18
防滑凸榫尺寸HT/m－钢筋合力点到外皮距离/mm82
墙趾埋深/m1.000抗剪腹筋级别HRB335
经分析验算，在所有荷载都作用的情况下，墙底抗滑力131.611kN，滑移力97.752kN，挡土墙抗滑稳定系数Kc为1.346，不小于1.300[1]；而双线单荷的情况下抗倾覆安全系数最不利，抗倾覆力矩419.150kN•m，倾覆力矩142.141kN•m，挡土墙抗倾覆稳定系数K0为2.949不小于1.600[1]，均满足规范要求。地震时无荷载的情况下作用于基底的合力偏心距验算最不利，其验算值为0.26，满足支挡规范要求土质地基e不应大于B/6；地基最大压应力为108.943小于150.000kPa，满足复合地基承载力条件。
墙趾和踵板截面剪力最不利情况为地震时所有荷载都作用，截面抗剪验算满足，不需要配抗剪腹筋。截面弯矩分别为37.314kN•m和78.748kN•m，配筋面积均为1125mm2，可满足实际要求。立墙截面剪力最不利情况为地震时所有荷载都作用，在距离墙顶4.5m处的截面剪力为130.429kN，截面抗剪验算满足，不需要配抗剪腹筋。截面弯矩为193.458kN•m，配筋面积为1561mm2。裂缝已控制在允许宽度以内，以上配筋面积为满足控制裂缝控制条件后的面积。
经验算，钢筋混凝土悬臂式挡土墙的墙身构造设计、结构稳定性和基底应力以及墙身配筋、裂缝配筋、裂缝开展宽度等均满足相关规范和工程实际要求。
6结语
1）在支挡结构设计中，不但要考虑地震和浸水等条件的影响，同时也应充分考虑到软土地基自身特点和挡土墙常见病害，因地制宜，采取安全合理的支挡措施和复合地基形式。
2）采用双向水泥搅拌桩加固悬臂式挡土墙地基，具有施工操作简单，优化投资成本、便于施工控制的优点。但应加强设计及施工控制管理，确保挡土墙安全。
3）设计的钢筋混凝土悬臂式挡土墙占地少，简洁美观，工期快，较好的满足了工程实际需要和尽量少侵占防洪渠的实际要求，为同类型工况下钢筋混凝土悬臂式挡土墙设计提供了经验和参考。
参考文献
[1]中华人民共和国铁道部,TB10025-2006铁路路基支挡结构设计规范.2006.
[2]中华人民共和国铁道部,TB10106-2010铁路工程地基处理基础规程.2010.
[3]叶书麟.地基处理工程实例应用手册[K].北京:中国建筑工业出版社,1998.
[4]尉希成,周美玲.支挡结构设计手册(第二版)[K].北京:中国建筑工业出版社,2004.
