浅谈两种常用边坡支护技术的应用

浅谈两种常用边坡支护技术的应用

0桩板墙、桩基托梁挡土墙在中国西南部山区的铁路建设过程中，高边坡经常存在。为了确保人工开挖形成的高边坡的稳定性，并确保铁路施工和运营的安全，我国采用的桩基防护结构主要包括桩间挡土墙、桩板墙、桩基托梁挡土墙、板椅式挡土墙等。不同的防护结构在收坡、填埋方面发挥了良好的作用，对岩屑边坡的保护作用也取得了良好的效果。随着工程建设的量多、面广,也给既有支挡措施带来了更为严峻的考验,单独的支挡结构已不能承担所有高陡边坡的防护重任,这就需要依照工程实际情况开创更多的结构形式及其理论计算方法,既使工程在造价方面更为经济合理,又能使工程的安全、环保、美观也得到新的提升。本文以腾俊物流专用线货场右侧高陡膨胀土边坡支护为例,对新型桩墙组合结构在膨胀土高边坡支护中的方案的选择和支护结构的力学计算作详细阐述。1新型桩墙组合结构1.1高陡边坡区域化边坡立地条件下的结构形式根据以往的双排桩支护高陡边坡的形式,不论是独立的双排桩,还是板椅式双排桩板墙,都不适合本工况。独立的双排桩结构虽然在收坡和边坡整体稳定性方面能满足要求,但堑顶公路路基右侧桩间土体将处于垂直的临空状态,难以保证堑顶公路的稳定性。板椅式双排桩板墙能满足边坡整体和公路路基稳定性,但由于前后排桩之间的平距达到22m,前后排桩之间的连梁所能发挥的实际作用和工程造价之间极大的不对称性,也使得板椅式双排桩板墙的方案不适用于此工况。为了满足工程实际要求,结合地形地质条件,并将工程造价控制在合理范围内,设计方案采用桩间挡土墙加桩基托梁挡土墙的支护结构形式,目前在国内还没有采用该结构形式支护高陡边坡的先例。具体形式为:在货场右侧,膨胀土开挖坡脚处设桩间挡土墙,最大墙高8m,墙顶以上按永久稳定坡率1∶1.5放坡开挖1级边坡,采用人字形骨架内灌草护坡进行坡面防护,在开挖的1级边坡坡顶设桩基托梁衡重式路肩墙,挡土墙最大墙高8m。边坡支护结构形式与土体破坏模式,见图1。1.2土压力和推力锚固桩和挡土墙的工程结构力学计算包括滑坡推力和土压力计算。为使滑坡推力的计算更符合实际情况,考虑墙后土体的水平土拱效应,即桩体所受的滑坡推力等值于滑坡推力作用于土拱顶面上的力。桩间挡土墙受力为挡土墙和土拱之间的DMNFE土体所形成的滑坡推力和土压力采用桩间挡土墙与桩基托梁式挡土墙相结合的结构形式,前后排桩之间的平距为18~22m,后排桩不在前排桩的土拱范围之内,且前排桩破裂面未延伸至后排桩身处。因此,可以认为前排桩发生的小位移不会影响后排桩,将前排桩和后排桩分开计算考虑水平土工效应,前排桩桩身所受推力大小为潜在滑动面BEQ在DE处的滑坡推力大小。由于土拱本身的土压力也要作用于桩体,故前排桩所受土压力值为ACFB土体形成的土压力大小MN是土体在后排桩被动土压力作用下形成的土体破裂面,依此判断后排桩的悬臂段和锚固段的分界面为MN。后排桩的土压力和推力大小计算模式与前排桩相同,而衡重式路肩墙所受土压力大小的具体计算方法李惠玲将桩间墙和桩体托梁挡土墙分开考虑,分别对桩后土体进行受力分析以计算土压力大小,桩后土楔受力情况,见图3。运用库伦土压力理论,由图3中力矢三角形可知,桩后土楔的重力、桩体对土楔的反力以及破裂面以下的土体对土楔的反力,这三力需闭合,由此得式中:θ为土体破裂角;φ为土体内摩擦角;δ为桩后土体与桩的摩擦角;ψ=(90-δ)。图3中,前、后排桩桩后土楔面积分别为式中:h为前排桩悬臂段桩长;h按土体的实际重度,取断面方向为1延米,可根据土楔的面积计算出土体的重度,并代入式(1)便可计算出结构物所受土压力的大小。2工程实例2.1项目总结2.1.1库需完善公路货场装卸场腾俊物流专用线为新建货场专用线,自昆阳支线中谊村车站读书铺端引出,货场布置了散堆装货物装卸场、站台仓库怕湿货物装卸场、龙门吊笨大货场装卸场。在货场布设范围内右侧紧靠已建成公路,公路高出车站场坪约25m,因此,在货场右侧紧邻已建成公路一侧将形成深路堑、高边坡的路基工程。公路右侧为已建成物流大楼,也使得道路改移方案更为不经济。开挖后货场场坪与已建成公路之间最大达25m左右的高差,平面距离平均为22m。2.1.2地下水地震动工点区地基基底及边坡均为弱膨胀土,地质经过现场勘探和室内试验,确定该边坡的永久稳定坡率为1∶1.5。该区地震动峰值加速度为0.20g,地震动反应谱特征周期0.45秒。岩土体基本物理力学参数,见表1。该区地下水主要类型为孔隙潜水,赋存于第四系各种成因的松散堆积层中。区内第四系沉积层以黏性土为主,其含水性及渗透性较差,仅含少量孔隙水。该高陡边坡坡顶为公路,坡脚为货场,如果边坡在外力作用下产生破坏,将严重影响到铁路货运的运营,其破坏力甚至会波及到铁路正线,且边坡整体发生破坏后,修复工作困难重重。根据《建筑边坡工程技术规范》2.2土压力和滑坡推力通过式(2)、式(3)可计算得桩后土楔的面积,进而计算土体的重度,前后排桩桩后土楔的力矢三角形相同,将各土楔重度和表1中相关参数分别代入式(1)可得前后排桩所受土压力大小。滑坡推力的计算先根据地层参数搜索最危险滑动面,反算最危险滑动面物理力学参数,再运用传递系数法(显示和隐式)计算桩和挡墙所受滑坡推力大小根据表2,选取土压力和滑坡推力中的较大值作为锚固桩和挡土墙所受外力,依此确定重力式路肩墙墙厚为2.66m,衡重式路肩墙墙脚宽2.80m,上墙高3.20m,下墙高4.80m,衡重台宽1.34m。将衡重式路肩墙的水平力转化为作用于后排桩桩体的水平力和弯矩,确定前后排桩的桩身尺寸和配筋2.3稳定验算模型目前的极限平衡计算方法尚不能考虑前排桩间挡土墙和后排桩基托梁挡土墙对边坡的支护作用,难以根据岩土体物理力学参数计算边坡的整体稳定系数。因此,本文运用了MIDASGTS模块对加固后的边坡进行有限元模拟。模型的边界约束X,Y方向位移,桩体约束X,Y方向旋转自由度,考虑0.20g的地震动峰值加速度,计算边坡的整体安全稳定性系数为1.21,满足《建筑边坡工程技术规范》中,在有震工况下边坡稳定系数不小于1.15的要求。3桩基托梁衡重式路肩挡土墙加固支护方案本文依托腾俊物流专用线的高陡边坡的治理实例,一改传统的膨胀土支护方法,通过案例分析和理论计算,得出以下结论:(1)采用桩间挡土墙和桩基托梁衡重式路肩挡土墙相结合的支护方案,很好地解决了膨胀土高陡边坡的支护问题,收坡效果显著。(2)根据库伦土压力理论,分