某直立式挡土墙加筋体填土支挡结构设计

李 尧

(中铁二院工程集团有限责任公司土建二院, 四川成都 610031)

某直立式挡土墙加筋体填土支挡结构设计

李 尧

(中铁二院工程集团有限责任公司土建二院, 四川成都 610031)

褔厦铁路厦门北站DK242+693～DK243+127段线上式站台与线侧下式站房之间采用悬臂式、扶壁式加筋体填土支挡结构，最大设计墙高13m。墙背采用包裹式加筋体填土，挡土墙地基采用旋喷桩加固。新型悬臂式、扶壁式挡土墙加筋体填土支挡结构综合了悬臂式、扶壁式挡土墙和加筋体填土两者的优点，有效地解决了空间狭小、高差大、压实标准要求高、变形要求严格、需设置直立挡墙地段收坡困难的难题。

悬臂式； 扶壁式； 挡土墙； 加筋体填土

褔厦铁路厦门北站属浅丘、坡洪积地貌，地势低缓，起伏不大。该段地表主要上覆第四系粉质黏土，硬塑状，土质不均匀，含5%～20%的石英质砂砾，厚2～10m不等，分布于浅丘地表。下伏黑云母花岗岩，中粒花岗结构，块状构造，主要矿物成份为石英、长石、黑云母等。岩体构造节理和风化节理均不发育，风化厚度大 。段内地表水较发育，主要由大气降雨补给。地下水以第四系土层中的孔隙潜水为主，水量充沛，水位埋深浅，花岗岩风化层中裂隙水较发育，具弱～中等硫酸型酸性侵蚀及弱～中等溶出型侵蚀，属H1环境。本段地震基本烈度为Ⅶ度。

1 设计方案比选

设计方案比选时，对桩板墙、直立式挡土墙加筋体支挡结构进行比较。由于在场坪边设置管廊，管廊底高程为11.884m，管廊底较站台面低11.266m。站房布置的房屋结构柱及雨棚柱中心线直接位于站台的边缘线上，而房屋结构柱及雨棚柱均为桩基础加承台。锚固桩施工对管廊、房屋结构柱及雨棚柱施工干扰较大，采用直立式挡土墙加筋体支挡结构对设置管廊施工干扰较小，且站房整体建筑美观协调等因素，故设计采用直立式挡土墙加筋体支挡结构方案。

2 设计及检算

设计及检算以扶壁式挡土墙为例进行说明。

2.1 填料物理学指标选取

墙背采用花岗岩全风化层W4作为填料填筑，填料需满足C组填料要求(扶壁式挡土墙肋板范围加筋土采用级配碎石填筑)，按照《铁路路基支档结构设计规范》表3.2.11，填土物理力学指标采用φ=35°, γ=20kN/m3。

2.2 土压力计算

在地面水平墙背竖直条件下，采用朗肯理论公式进行土压力计算，水平土压力为Ex=653.54kN，竖向荷载包括力臂板自重力，底板自重，地面均布荷载自重力，填土的自重力，竖向荷载ΣG=2559kN。

2.3 稳定性检算

按照《铁路路基支档结构设计规范》进行抗倾覆稳定检算、抗滑稳定性检算、地基承载力检算。扶壁式挡土墙稳定性检算检算结果见表1。

表1 扶壁式挡土墙稳定性检算

2.4 结构设计

本设计悬臂式挡墙墙高采用10m，扶壁式墙高采用H=13m，扶壁间距采用8m，扶壁宽度取扶壁间距的1/6,扶壁两端墙面板悬挑长度为0.41扶壁净距。

按照《铁路路基支档结构设计规范》、《铁路工程设计技术手册路基》进行墙身内力计算，根据墙身内力计算结果进行墙身钢筋混凝土配筋设计。

2.5 加筋体填土设计

填料应分层填筑压实，填料压实标准应满足相应部位的压实标准。压实方式可采用振动式压路机或重型碾压机械充分碾压，较重的碾压机械距悬臂式挡土墙的距离不应小于1.5m，挡墙后1.0～1.5m范围内宜采用小型机械压实或人工夯实达到设计要求的密实度，碾压顺序为：拉筋中部-尾部-前部。填料中最大粒径不大于7.5cm，且不大于单层填料压实厚度的1/3。

2.6 地基设计

2.6.1 整体稳定性检算

采用圆弧破裂面法检算加筋体填土整体稳定性，在天然地基工况下，整体稳定系数为Fs=1.157<1.25，不能满足设计要求；采用复合地基处理后，整体稳定系数为Fs=1.603。

2.6.2 地基承载力检算

根据表一检算结果，挡墙地基承载力为288.53kPa，天然地基承载力为180kPa，需采用复合地基加固处理提高承载力。

2.7 主要工程措施

2.7.1 挡墙基底处理

直立式加筋体填土支挡结构基底为花岗岩全风化，地基承载力为180kPa，不能满足设计要求需要进行地基加固处理提高承载力，本工点地基加固采用CFG桩进行处理能够满足设计要求，但由于站台、雨棚桩基承台等施工相互干扰，施工空间狭小，大型机械设备无法施工，故挡土墙底板下地基采用旋喷桩进行加固，桩直径0.5m，桩间距1.4m，采用正方形布置，桩长为10.5m。桩顶铺设0.6m厚碎石垫层夹两层抗拉强度不小于80kN/m的双向土工格栅加固，碎石垫层顶浇灌一层0.1m厚C15素混凝土垫层，要求复合地基承载力悬臂式挡墙段基底不小于300kPa，扶壁式挡墙段基底不小于400kPa。

2.7.2 挡墙后加筋体

挡墙后加筋体施工同加筋土挡墙，包裹式加筋体填土的拉筋采用双向土工格栅，拉筋长度为10.0～15.5m,拉筋间距0.6m。土工格栅拉筋抗拉强度不小于80kN/m。靠近挡墙侧包裹0.5m宽填土后回折长度不小于2.0m，顶部两层不小于3.0m。扶壁式挡土墙加筋体填土支挡结构代表性横断面见图1。

图1 扶壁式挡土墙加筋体填土支挡结构代表性横断面

3 现场测试

3.1 测试目的及内容

测试墙后填土施工过程中及工后的挡墙与填土力学响应，包括墙身及墙身以下地基的侧向(水平)变形、墙身应变、主筋受力、墙背土压力、墙底土压力、墙后填土及土中筋带的应变，分析墙后挡墙、填土与筋带的相互作用。

测试内容包括挡墙的侧向变形，挡墙底板上、下的土压力，挡墙立壁上的土压力及应力应变，墙后土体中的筋带拉力和土中应变。

3.2 测试结果

(1)扶壁式挡墙立壁迎土面的土压力分布不完全符合朗肯、库伦等经典土压力理论，并不呈现出典型的从上到下线性增加的三角形分布，而是先增加后减小，在距墙顶约2/3墙高处达到最大值，之后减小(图2)。

图2 立壁迎土面土压力沿高度分布曲线

(2)踵板上方墙后土体中靠立壁近的筋带受压，较远的筋带受拉。受拉与受压的分界约在墙后4.5～7.5m范围内。筋带的平均应变为1320με。筋带应变变化曲线见图3。

图3 筋带应变变化曲线

4 工程体会

(1)福厦铁路厦门北站直立式挡土墙加筋体填土支挡结构，最大设计墙高13m，属于超规范特殊设计，挡墙后采用加筋体填土，通过筋带改善填土物理学指标，取得了成功，对今后站台与站房之间直立收坡类似工程均有较大的借鉴和指导意义。

(2)通过基底压应力检算，悬臂式、扶壁式挡土墙加筋体填土支挡结构基底承载力要求较高，需要通过地基处理提高基底压应力满足设计检算要求。地基处理可采用CFG桩措施加固，为避免施工干扰，提高施工效率，地基处理应提前安排施工，节省工程投资。

(3)扶壁式挡墙立壁迎土面的土压力分布不完全符合朗肯、库伦等经典土压力理论，土压力先增加后减小，在距墙顶约2/3墙高处达到最大值，之后减小；踵板上方墙后土体中靠立壁近的筋带受压，较远的筋带受拉。受拉与受压的分界约在墙后4.5～7.5m范围内，对今后类似工程设计优化设计计算模型具有指导意义。

李尧(1981～)，男，大学本科，工程师，主要从事铁路设计工作。

TU94+2

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[定稿日期]2015-03-20