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摘　要　通过对工程设计方案的比选分析,阐述了桩板式U型槽结构在膨胀岩土中应用的优势,以及桩板式U型槽结构的主要计算方法。

关键词　桩板式U型槽结构　膨胀岩土　 “双向”受荷桩

 

1 前言

      近年来我国轨道交通发展的规模和速度,居于世界前列,目前有10多个城市已拥有了城市轨道交通运营,一些城市正在施工建设,更多的城市也在规划轨道交通。由于城市中道路密集土地昂贵,所以,城市轨道工程和市政工程,在下穿城市道路及地铁出入段线的两端,大都采用了结构简单、易于施工、占地面积小的U型槽结构形式,尤其在城市地铁设计中为保持同地下区间整体道床的顺接,节约土地、减少拆迁,基本上都使用了U型槽结构。

      为适应成都地铁建设中所遇到的膨胀岩土特性遂研究采用了桩板式U型槽结构。

2 地形地质概况

      成都地铁2号线一期工程CZ8标段位于成都市外东老成渝路北边,处于成都平原与龙泉山低山丘陵过渡带的成都东部台地、岷江Ⅲ级阶地,属膨胀土地带。地形起伏较大,地面高程510.30~532.71 m,相对高差22.41 m。出入段线为地铁地下区间进入车辆段的过渡段,线路长384 m,为挖方,挖高0~8 m结构基底位于(4-2)粘土、(5-5)全风化泥质砂岩、(5-6)强风化泥质砂岩中。

      (1) (4-2)粘土:黄、褐黄色,硬塑,网状裂隙发育,层厚2.9~7.5m;根据其地质单元膨胀土统计数据,自由膨胀率(Fs) =29% ~82%,膨胀力为11.0~340.1 kPa,膨胀潜势为弱—中,地基胀缩等级为I~II级。

      (2) (5-5)全风化泥质砂岩:红褐、紫红色全风化呈砂状,硬塑;内摩擦角标准值为22.6°;压缩系数标准值为0.14 MPa-1;压缩模量标准值为8.36MPa;膨胀力建议采用值为70.1 kPa。

      (3) (5-6)强风化泥质砂岩:红褐、紫红色柱状结构,中—厚层状构造,节理裂隙发育,夹泥质团块。层位顶板埋深5.0~13.0 m,层厚1.7~12.m;膨胀力建议采用值为70.1 kPa。

      以上膨胀土具有遇水软化、膨胀、崩解及失水开裂收缩的特性,工程中应予特别注意。成都大气影响急剧深度为1.35 m,大气影响深度为3.0 m。

3　工程方案分析

      (1)出入段线路基出地下区间后,即迅速下穿老成渝公路进入车辆段,而路基两边正线要预留2期延长线的四线并行不等高位置;加之该段路基一侧受老成渝公路限制,另一侧民房密集、拆迁量巨大,线路间距只能采用最小值,要求其结构既能克服平面上的限制,又可抵抗基底较大的膨胀力。

      (2)基于上述考虑,出入段线采用U型槽结构,两侧正线预留2期延长线采用桩板式结构,四线关系见图1。

      (3)设计最初方案是考虑在(4-2)粘土基底段采用1.2 m×1.2 m梅花形布置的CFG桩加固,以保持基底刚度的连续及均匀过渡,并将槽底两侧的底板延长1.0~1.5m,以通过填土的重力克服基底膨胀力,同时基底铺设0.4 m厚的混凝土底层及两侧设排水盲沟,保持基底含水率的相对稳定的综合处理方式见图2。但该方案当U型槽高度H>4 m时基本可解决槽底膨胀力问题,而当U型槽高度H<4 m时则还需配合其他措施(如:基底换填等)处理,施工繁琐,且其最大的问题是同2期预留工程形成干扰,故综合处理方案未予采用。

      (4)因整体道床对变形要求严格,设计决定在U型槽底设挖孔桩来克服基底岩土的膨胀力,同时在附加力大于0.2倍土体自重力的范围内抵抗土体的压缩变形。为此,槽底挖孔桩是“双向”受荷桩,暂且把这种结构命名为“桩板式U型槽结构”(图1)。桩板式U型槽结构在国内尚无使用先例,因此对结构计算进行了较多的工作。

4 工程结构计算

4.1 基坑施工与边墙计算

      基坑采用放坡开挖、锚喷网支护,墙背采用开挖土掺7%的石灰改良土回填,并对地表进行绿化防护。边墙土压力按库仑理论计算,不再考虑膨胀力及内摩擦角折减。

4.2 底板计算

      (1) U型槽底板直接承受列车动荷载影响,设计采用Midas桥梁设计软件,按5 m为一跨, 30 m为一块板的连续梁建模,分别按有荷无膨胀力、有荷有膨胀力、无荷无膨胀力、无荷有膨胀力四种情况进行检算。结果显示为底板顶部、底部最大弯距分别出现在无荷有膨胀力、有荷无膨胀力两种情况时,据此计算纵向配筋,横向按边墙计算配筋。

      (2)裂缝最大宽度计算按《规范》[1]第8.1.3-3节内容进行,裂缝最大宽度限值按第3.3.4条采用0.2 mm;经计算满足要求。

      (3)冲切计算参照《规范》[2]第8.4.7节有关内容进行,分无荷有膨胀力、有荷无膨胀力两种情况检算,均满足要求。

4.3 桩身计算[3]

      因桩身基本位于粘土和全风化泥质砂岩中,桩底基本位于全风化、强风化泥质砂岩中,故受压、受拉时分别按端承式摩擦桩、摩擦桩进行设计。计算结果显示,桩身纵向配筋不受控制,按最小配筋率0.2%配筋即可,而桩长受抗拔控制。

5 结语

      (1)本文根据工程基本情况和结构形式的分析,阐述了在成都地铁膨胀岩土地层中采用结构简单、易于施工、占地少的桩板式U型槽结构的优势。

      (2)本文可为成都地铁和其它地下工程类似结构的设计提供借鉴和参考。

 

参考文献:

[1]混凝土结构设计规范(GB50010-2002).北京:中国建筑工业出版社.

[2]建筑地基基础设计规范(GB50007-2002).北京:中国建筑工业出版社.

[3]李海光等.新型支挡结构设计与工程实例.北京:人民交通出版社,2004. 1.收稿日期: 2008-02-28