桩板墙在铁路建设应用.doc

桩板墙施工关键技术探讨摘要：结合汾离高速公路十四合同段地形情况，阐述了桩板墙上部增加锚定板防护的工艺原理及施工关键技术，同时提出两点改进措施墙后填土及反滤层施工技术和增加锚定板防护以保持墙体稳定，并对其经济和社会效益进行分析，为今后同类型工程施工提供了科学参考。关键词：桩板墙，施工，关键技术引言在山岭陡峭、地形复杂的地区，高等级公路通过的地段会造成大量的高填深挖，深挖方会造成大量弃方，容易造成环境污染，高填方又会带来路基放坡远，增加工程占地。且山岭地区一般含有较厚的上覆松散土，其力学性质差，边坡稳定较差，自然状况下，很容易产生垮塌和滑移等局部变形。因横坡较陡且地基承载力较低，路堤无法放坡或修筑挡土墙，可采用桩板墙进行支挡。采用桩板墙开挖面小，可减少路基土方挖填，减少路基放坡，大大节约了工程占地，起到了经济相环保的作用。青岛银川网道主干线山西省汾阳至离石段第十四合同段，采用桩板墙进行边坡治理，在施工中通过不断地学习借鉴和摸索总结，抓住了施工关键环节，保证了施工质量，最终掌握了桩板墙施工技巧，为今后同类型工程施工提供了科学参考。1 工程概况由我公司承建的青岛一银川国道主干线山西省汾阳至离石段第十四合同段，起止桩号为K58 +700 - K63十700，地处吕粱地区离石境内，属山岭区，路线所经地区地形支离破碎，沟壑纵横；K62 +547一K63 +630段地形横坡550 750，路中线右侧10 m-25 m为700 - 800陡坎，陡坎高度15 m-20 m，右侧坡脚局部形成陡壁，且路线右侧与218国道相邻。该段中部及右幅右侧设置为桩板式挡土墙，桩体共计211根，桩体截面尺寸1.5 mx2.5 m，桩身采用C25钢筋混凝土浇筑，共计混凝土15 750 m3；安装挡土板2 820块。2 主要研究过程及方法1)施工准备及施工组织，进行技术交底，编制施工组织设计及专项施工方案。2)施工现场进行试桩，从桩基开挖、护壁浇筑、钢筋绑扎、混凝土浇筑、挡土板安装、墙后填筑各个环节进行过程控制，确保人员、设备配制有序。3)根据试验工艺参叛，组织大面积施工，加强施工过程质量控制及安全控制。4)通过对关键技术的完善、改进和总结，使之达到成本和质量最优。预应力锚索桩板墙是支撑路基填土或边坡土体，防止填土或土体变形失稳的支挡结构，是山区进行铁路建设中所不可缺少的工程措施，随着我国铁路建设的发展，高等级铁路建设向山区转移。目前山区高等级铁路的设计从经济角度考虑大部本者挖、填平衡的原则，而在我国山区面积比重较大的地区，就不可避免地使用大量的山区挡土墙来稳定路堑边坡和填方路堤，传统重力式挡土墙已不能满足现在工程需求，随着预应力锚索技术逐步成熟，锚固技术应用在路堤挡墙就变得理所当然。目前，预应力锚索桩板板墙工程应用较多，但这种结构的理论研究落后于应用实践，缺乏系统和深入的研究，设计理论还不成熟。3 工艺原理桩板式挡墙由抗滑桩和挡土板组合而成，抗滑桩部分锚入地下，其截面为矩形，部分伸出地表，其截面形式为T形，挡土板为预铺平板。作用于桩板式挡墙上的荷载，主要为墙后土体的侧压力、土体表面的附加荷载以及抗滑桩地下锚固段的土层反力。设置桩板墙后，桩顶处可能产生较大的水平位移，因此在桩的上部增加锚定板防护，即在距桩顶2m6m，10 m处桩截面中央预埋一根q32钢筋（每隔4m设置），以便与拉杆焊接，与锚定板连接，共同平衡桩体受力，改变桩板墙怂臂受力的状况，使得桩内弯矩大大减小，提高墙体的稳定性。目前，路堑预应力锚索桩板墙应用研究中存在的主要问题：1)土压力的分布与大小、土拱效应等。2)预应力锚锁桩板墙内力计算和结构设计方法不成熟，有待于进一步研究。3)施工中桩身位移、内力变化情况及其与土压力的关系。4)关于预应力锚索桩板墙结构不同构件的最佳组合问题。5)预应力锚索桩扳墙填土-桩板-锚索-稳定岩土体相互作用原理和长期有效性有待于进一步研究。6)预应力锚索桩板墙结构体系的破坏模式及应对措施，4 关键技术及改进措施1)采用挖孔桩结合护壁隔桩施工，以少扰动或不扰动周边土体为主，对抗滑桩锁口进行加固，在四周布置监测点，认真观测井壁变形，确保安全。2)抗滑桩施工中应安排合理，工序紧凑，当开挖遇到不良地段后，调整护壁形式，将每节护壁的高度由1.5 m减少到1m甚至50 cm，尺寸将护壁钢筋由单层增加为双层，护壁厚 度由20 cm增加为30 cm挖好后支模板立即浇筑护壁混凝土，并且在混凝土中掺入学强剂；护壁模板拆除后加强观测，如果有问题应及时补强，以防坍塌。3)桩板墙墙身混凝土应连续浇筑，不留施工缝，如果必须间歇而又超过下层混凝土凝结时间时，应立即停止浇筑，以施工缝处理。所有钢筋的加工、安装和质量验收等均符合施：工规范有关规定。4)挡土板安装时，应竖向起吊，两头挂有绳索，对准墙身两侧划好的放样线，将挡土板正确就位，虚防止与墙身相撞，必要时，在两侧和中间设斜模支承，确保挡土板的稳定。安装要求板面平整，外形轮廓清晰，线条顺直，各部尺寸符合要求。5)在施工中增加锚定板防护。即在距桩顶2m，6m，10 m处桩截面中央预埋一根032钢筋（每隔4m设置），以便与拉杆焊接，与锚定板连接，保持墙体稳定，减少桩体位移。6)墙后填筑。安装挡土板后，从基底开始以1:1坡度夯填土方，使墙体完全不受土的推力，填至下层锚定板拉杆标高以上20 cm后，挖下层拉杆及锚定板坑，安装下层拉杆及锚定板。然后填土，夯填至下层锚定板以上l m左右，拧紧墙身下层拉杆的螺帽，使下层锚定板能承受一定的抗拔力。再进行三角区的填土，墙面系开始承受水平土医力。即顺序，依次进行一往复填土至全部完成，使锚定板在施工过程中就能发挥其抗拔力，来平衡填土对墙背的水平推力。 三角区，施工时，每层土方碾压完成后根据反滤层宽度进行裁边，然后进行反滤层施工，反滤层采用50 cm砂砾进行回填。靠近墙面系1m以内的填土，以及拉杆、锚定板以上50 cm厚的填土，碾压均采用小型手扶式电动夯机夯实，每层夯实厚度10 cm。预应力锚索桩板墙是一种新型轻型支挡结构。近年来,在公路、铁路、水利工程建设中的边坡加固工程中得到广泛应用,随着高速公路、铁路的快速发展,该结构用于路堤路肩支挡结构工程应用也相当广泛。目前还没有形成成熟设计计算方法,甚至在相关手册中也没有明确。本文从应用研究出发,利用理论分析、数值计算、原型试验等多种方法研究锚索桩板墙设计计算方法,这一研究具有重要的实践意义和理论价值。 结合山区支挡结构的研究课题的研究和预应力锚索桩板墙应用实践,可以得出以下结论:考虑施工工况的动态设计计算方法是比较合理的计算方法,其工况可以分为填土工况(记作A工况)、锚索工况(记作B工况)。提出基于Winkler假定的弹性地基梁理论的有限差分法计算模型,可以计算多层地基、变截面桩、桩上设置多排锚索等情况下桩的内力。编制了相应的计算程序,与初参数法及三角级数法相比,其使预应力锚索桩板墙设计计算更加合理、方便、灵活,易于推广应用。根据现场测试结果,桩上设置锚索,锚索起到限制桩的位移和调整桩身弯矩分布的效果,它与锚索在桩上设置位置及锚索张拉时机和张拉力的大小有关。根据现场测试结果,桩上设置锚索改变原来土压力的分布和大小，根据实测弯矩及位移，通过反演分析的方法分析不同工况下土压力分布模式及大小，并与实测土压力对比分析,提出了不同工况条件下预应力锚索桩板墙的物理力学模型。总结了桩板墙设计步骤及施工工艺,其中填土部分锚索的施工方法按填土与锚索施工的先后顺序可以分为三种：先填后锚、先锚后填和填锚结合。分析归纳了预应力锚索桩板墙的破坏模式，可分为四种破坏模式：锚索与桩的连接部位破坏、锚索体破坏、桩体破坏和整体破坏 通过对预应力锚索桩板墙设计计算方法研究及各工况下桩内力及土压力分布规律的研究，为设计施工提供参考性结论,进一步指导工程实践。该施工技术为松散岩土体和滑坡整治工程施工积累了成功的经验，为预应力锚索施工奠定了坚实的基础。采用悬臂、吊篮施工方法，操作简便，拆迁容易，节约了大量的脚手架费用，经济效益显著，和原设计方案一跨过河或一桥加防护进行经济比较节省了投资，也为单位创造了良好的社会效益。铁路或公路以深路堑方式通过山丘地段，在以往的设计和施工中一般采用重力式路堑挡土墙或抗滑桩加固边坡，但对于岩层走向与线路夹角小于35度，岩层间夹有软弱夹层时，采取上述加固办法很难保证路堑边坡的稳定，但采取预应力锚索桩板墙加固岩层走向与线路夹角在10350之间高且陡的路堑边坡收到很好的效果，为此，收集了以往的预应力锚索桩的施工经验，以及在渝怀铁路现有预应力锚索桩板墙施工的实践中获得的锚索桩板墙工艺及实测的技术参数，经总结形成本工法。1王乾坤.预应力锚索桩板墙的实际应用J.云南交通科技.2003，19（4）:6-10.2蔡虹.预应力锚索桩板墙在渝怀铁路的应用D.合肥工业大学硕士学位论文.20033张朋.预应力锚索在高填方锚索桩板墙工程中的应用研究D.桂林理工大学硕士学位论文2011.4陈新泽，唐辉明，杨有成.抗滑桩加固边坡优化探讨J.路基工程.2008（4）:46-48.5蒋良潍.松散斜坡体锚、桩加固作用机理与工程应用研究D.成都理工大学博士学位论文.2006预应力锚索桩板墙是一种新型的高边坡支挡结构，在岩土工程领域获得了较快发展，使得整治高陡滑坡成为可能。如图1.1所示，其结构设计思路是：在抗滑桩的悬臂段张拉若干根拉索，并将拉索的内端锚固在稳定的地层内或者锚固在抗滑桩后面预设的稳定短桩上，拉索外端则在桩面处锚固，使原来的抗滑桩由悬臂挡土结构改变为下端弹性支承于岩土层内，而悬臂段有多个弹性支点的受力结构，于是桩身内力变小，进而可以截面尺寸和桩件埋深，节约工程造价。这种桩-锚-板结合的新结构使高陡边坡支挡结构的设计又前进了一大步并显示出安全可靠，经济适用等特点，现已在铁路，公路厦其它工程中有了大量成功运用。预应力锚素桩板墙是一种新型的高边坡支挡结构，由锚固桩发展演变而来-是由桩、锚索、桩问挡土板、填土或者桩后岩土体组成的，是一座由块体结构与杆件系统组成的复杂结构物，是桩与岩土锚固手段的综合应用，锚索的一端锚固在稳定地层内，另一段锁定在桩上，施加预应力后在桩上产生横向拉力作用。锚索预应力的作用有效地改善了悬臂桩的受力及变形状态，可以减小桩的内力，减小桩截面面积显示出安全可靠，经济适用等特点，在岩土工程领域获得了较快发展，使得整治高陡滑坡成为可能，并且越来越被广大工程技术人员所接受，w已在铁路、公路及其它工程中有了大量成功运用。但是作为新结构，其理论研究远远滞后于工程应用。对于边坡的上挡加固防护工程，国内外许多部门机构都进行了系统的研究，取得了丰硕的科研成果，特别是对抗滑桩、锚索桩、锚索框架粱等在滑坡治理加固中的设计、计算、使用等问题进行了深入研究：对于锚索加固边坡的机理及其受力特性也作过大量研究，并形成了一整套相对成熟的设计计算使用理论。在桩与岩土锚固手段的综合应用预应力锚索桩板墙这种高陡坡地的新型支挡工程结构的理论研究方面，也有人对其受力计算方法作过初步的探讨，但对某些方面问题的研究如锚索拉力的计算、锚索预应力大小与受到填方土压力的关系、长期锚固作用下锚索预应力的损失规律，预应力大小对加固效果的影响等均不是很深A，而这些问题又是合理设计该支挡结构的关键，所以在系统性研究方面是明显滞后于其工程应用需隶的。问题研究的意义：由于高与12m的支挡结构其受力模式和计算方法规范中都没有规定，在实际应用常常要依靠工程经验，设计时往往缺乏一般的依据。结合西部交通建设科技项目山区支挡结构研究的研究课题，本文针对高于12m的预应力锚索桩板墙进行深入系统的研究，其目的是研究结构受力及其变化规律，提出该结构受力机理，总结桩板墙结构设计计算模型，为以后类似下程的科研、设汁、施工作指导，具有理论意义和应用价值。5预应力锚索桩板墙经典设计情况 预应力锚索桩板墙是一种复杂的桩、土及锚索相互作用体系，它的最终受力状况与整个路堤锚索桩板墙的旄工过程紧密相关。桩板墙的设计计算，由于受施工工况的影响，要找出最不利工况，并且对工况进行控制，使桩板墙达到安全且经济，要考虑桩一土一锚索体系的变形协调初始填土阶段，桩的内力计算中仪考虑填土土压力的作用，相当于地面以下弹性嵌固的悬臂桩。在这个阶段中，随着填土面的增高，桩后土体在超载作用下开始变形，桩及桩后的扳在士压力作用下发生变位。因此，由于填土土压力不但与填料的特性有关，而且与桩和地基的刚度有关，桩的内力计算也与此有关。 预应力锚锁桩板墙在施工过程中由于锚索预应力施加，由于桩、板后填土存在，填土必然要产生弹性抗力，使原先桩、板后土压力随之变化，因而与普通的悬臂桩的计算截然不同。 此后，第二次填方阶段，由于增设锚索并施加锚索预应力，需要考虑锚索与桩共同作用下填土桩与锚索的受力变化。桩的内力计算中不仅要考虑填土压力的作用，还要考虑旌加的锚索预应力变化的影响，类似于地面以下弹性嵌固，地面以上锚索位置增加弹性支点的桩。在这个阶段随着填土高度的增加，桩后土压力继续增大，桩身位移增大，锚索随之仲长，锚索拉力增加。由于锚索的存在限制了桩和填土的位移，桩后土压力的分布模式和大小均改变。路堤锚索桩板墙设计计算应考虑以下三种工况：1)锚索桩扳墙在无锚索的情况下，填土增高时的计算（桩只承受土压力）；2)锚索桩板墙在有填土（或同时兼有锚索力）时旌加锚索力时的计算（主动施加锚索力引起土压力及其它锚索力的变化）：3)锚索桩板墙在有填土（或同时有锚索力作用）的情况下，填土高度再增加时的计算（填土荷载引起土压力及锚索力的变化，锚索力被动地增加）8 预应力锚索转板墙的应用研究现状预应力锚索桩板墙支挡结构是随着锚固技术的发展而发展起来的。岩体锚固技术奉质是充分利用锚索具有较大刚度和强度的力学特性来加强或加固软弱破碎的岩体，与此同时调动、发挥岩体的自稳能力，最终达到工程结构物稳定的目的。预应力锚索桩板墙，是在山体或土层中，通过钻孔、穿索、注浆，将锚索一端固定于深部稳定的岩上层中，另一段与钢筋混凝上悬臂桩相连，在桩面上，通过张拉产生的预应力，使桩扳、土体、预应力锚素体三者相互制约，从而形成内力平衡的稳定结构，达到稳定坡体的目的。目前，在公路和铁路上的应用，一般是将预应力锚索与普通抗滑桩结合起来组成锚索抗滑桩来支挡路堑边坡滑动体，正是在滑坡体治理方面的成功应用，近年来，许多单位在陡坡路堤填方中开始试验锚索桩扳墙，用于处理地基承载力不够，挡墙高或填方坡角太陡的路堤路肩式