桩基挡墙支挡结构极限状态及稳定性初探

桩基挡墙支挡结构极限状态及稳定性初探

刘国祥

刘国祥

重庆中设工程设计股份有限公司高级工程师重庆江北400021

摘要：在铁路、公路等岩土工程建设中，桩基挡墙支挡结构是非常重要的施工内容，对公路的质量安全具有重要的影响。本文以某高速公路填方路堤施工过程中的桩基挡墙支挡结构作为案例，对桩基挡墙支挡结构的极限状态以及稳定性进行系统的研究和探系，并提出可靠的建议，为我国的公路建设提供更多可靠的参考依据。

关键词：桩基；挡墙；支挡结构

桩基挡墙支挡结构在铁路、公路等岩土工程建设过程中，能够有效的对圭坡进行加固，同时还能够保证河流岸壁、基坑边坡等位置的稳定性。因此，对工程基础的稳固性具有非常重要的作用。通过以某山区高速公路桩基挡墙支挡结构的研究，对其建立三维数值模型，并进行现场试验监测和验证，通过对桩基挡墙可能出现的破坏形式进行深入的分析，有效找出确定桩基挡墙支挡结构的极限状态的方法，同时详细分析基稳定性，为铁路、公路等岩土工程的建设，提供更多有效数据。

1、验证数值模型

1.1工程概况

本文选择了位于某省的某高速公路部分路段，作为研究分析的工程安全。这段高速公路路段的原安方案为桥梁方案，但通过实际勘察后发现，由于需要进行隧洞施工，为了能够方便组织隧洞施工以及有效消化洞渣，加快施工进度，同时能够有效消耗相邻路段进行路基挖方施工中产生的弃方，因此改变了原定的桥梁方案，变为填方路基。该路段的主要特点是需要通过狭长的沟谷，具有较为陡峭的横坡，属于高填陡坡路堤。因此在施工过程中，不能直接填筑，而是要先在填方的右侧，设置抗滑支挡结构，形成现浇整体式复合基础，然后通过路堤墙，采用前方隧道的碎石洞渣作为填料对路堤进行填土。同时还要采用桩基挡墙结构，对路堤厂方进行支挡，从而形成长段为75米的路基路段[1]。

1.2设计试验

在进行试验设计时，将钢筋应力计绑在抗滑桩两侧的主筋位置，同时分别布置13根钢筋应力计。在部分应力钢筋应力计时，上部为10根，距为1米，下部为3根，间距为2米，利用这些钢筋应力计对实际施工条件下桩身钢筋的受力状态，进行有效的测量。同时使用土压力盒，对挡土墙墙背不同高度处的压力值，进行有效测量。

1.3建立并验证数值模型

针对案例高速公路路段的典型断面，选择一个桩间距的宽度，利用相关的计算机软件，对桩基挡墙支挡碎石填土路堤建立数值模型，模拟路堤填筑完毕后，在行车荷载的状态下，桩基挡墙支挡结构的受力情况。然后再利用相关的物理力学参数，模拟相关施工顺序，对数值模型进行验证，有效测试出桩基挡墙支挡结构的极限状态和稳定性。

2、分析桩基挡墙支挡结构的极限状态

2.1抗滑桩的极限承载力

在高速公路工程中，随着路面荷载的不断增大，抗滑桩桩身剪力也不断增大，直到达到设计值。通过测试，确定案例公路段的路面荷载为0.129MPa，而抗滑桩桩身最大弯矩处的路面以及最大轴力对应的路面，其荷载分别是0.413MPa和0.716MPa。通过实际测验以及对测验结果的分析可以证明，在桩基挡墙支挡结构中，抗滑桩的抗压能力大于抗弯能力，而抗弯能力则大于抗剪能力[2]。

2.2挡土墙的极限位移情况

挡土墙墙体移位会对岩土工程的质量安全产生非常重要的影响，因此对挡土墙的极限移情况，必须要进行严重的测试，掌握准确的移位数据。在工程施工过程中，使用不同的填料，墙体产生的移位情况各不相同，从而能够有效的使挡土墙后的土体，产生主动土压力。例如，使用密砂填料时，假设挡土墙的高度为H，此时墙体向前的位移至少要达到Δ=0.5%H。

2.3基座混凝土的极限应力

基座混凝土的极限应力，也是影响铁路、公路等岩土工程的重要因素。根据数值模拟的结果来看，基座混凝土应力的主要集中位置是基座的下边缘，所以基座下边缘是检验基座混凝土是否会被压坏的重要控制标准之一。通过对抗滑桩极限承载力、挡土墙极限位移以及基座底部的极限应力对应的路面的均布荷载分别进行计算，再将计算结果进行对比，以路面均布荷载最小的工况作为极限状态，从而有效确定路面的极限均布荷载情况。在案例路段中，通过测试确定极限均布荷载为0.129MPa。

3、分析桩基挡墙支挡结构的稳定性

3.1对稳定性进行计算

采用科学的方法对稳定性进行计算，能够有效的控制桩基挡墙结构的稳定性，使其达到相关的规范要求。以本文选取的某高速公路路段为例，通过计算，确定其设计行车荷载为10.5kPa，支挡结构上滑动力为17.35MN，而倾覆力矩是54.8MN·m。进而计算出其支挡结构的抗滑移和抗倾覆安全系统，有效保证桩基挡墙结构的稳定性。

3.2填土重度产生的影响

在影响支挡结构稳定性的因素中，填土重度是非常重要的一项。桩基挡墙结构的抗滑移和抗倾覆安全系数与填土重度成反比，也就是说，填土重度越大，安全系数越小。这是因为随着填土重度的不断增大，作用于挡土墙上的土压力也会不断增大，便支挡结构的极限承载力是不变的，所以此时稳定性就会下降。因此，要有效提高桩基挡墙结构的稳定性，可以使用轻质填料达到减小墙背土压力的目的，进而提升稳定性。

3.3填土内摩擦角产生的影响

填土内摩擦角越大，支撑结构的抗滑移和抗倾覆安全系统就越大。所以，在施工前必须要对填土进行三轴试验，准确掌握填土的内摩擦角值，进而对施工进行有效的控制，满足桩基挡墙支挡结构的稳定性要求，有效提高桩基挡墙支挡结构的稳定性。

3.4桩间距产生的影响

抗滑桩桩间距越大，抗滑移和抗倾覆的安全系数就会越小。当桩间距范围在4到6米之间时，安全系统减小的幅度较大，而桩间距超过6米之后，安全系统减小的幅度则降低。因此，考虑到安全性，在进行岩土工程建设施工过程中，一般情况下，抗滑桩的桩间距最好不要超过6米[3]。

结束语

良好的桩基挡墙支挡结构，能够从根本上提高铁路、公路等岩土工程的质量以及安全性能。因此，必须要加强对桩基挡墙支挡结构极限状态以及稳定性的研究和分析，从而有效促进我国岩土工程的发展和进步，为我国的社会经济建设提供有力的支持。

参考文献：

[1]王俊杰，赵迪，杨恒.单排桩基-承台-挡墙组合支挡结构设计计算方法[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2017，（4）：63-68.

[2]杨恒.桩基-承台-挡墙组合支挡结构的工作性能及其优化设计方法[D].重庆交通大学，2016.

[3]王俊杰，杨恒.双排桩-承台-挡墙组合结构设计计算方法[J].地下空间与工程学报，2017，（2）：442-452.