门架式桩板墙在路基边坡中的设计及应用

　　摘 要：如今，公路基础设施建设变得越来越完善，公路交通网络再不断扩大，公路建设项目越来越多，在公路建设中所应用的边坡支挡措施变得多样化，常常会应用到挡土墙支撑结构。挡土墙在公路边坡支护方面有着重要的应用，不但能够有效维持边坡整体的稳固性，而且还能够切实降低工程用地，能够有效减少路基土石工程量，对加快工程建设进程有着关键性的作用。现阶段的边坡支护形式较多，例如桩板墙、重力式挡墙、悬臂式挡墙支护以及扶壁式挡墙等。

　　关键词：门架式桩板墙;支挡防护;有限元分析;工程设计

　　0 引言

　　现阶段，在公路工程建设中面临着很多难题，在边坡挖方环节如果应用常规支挡防护方式，那么很难达到工程的实际要求，在这种背景下门架式桩板墙支护方式被提出和应用。基于此，这篇文章主要以某项工程为例对门架式桩板墙的设计和应用进行了分析，并通过利用有限元软件MIDAS展开了相应的模拟分析，并对门架式板桩墙应用的可行性展开了有效的论证，希望能够为相关的工程设计带来有利的参考依据。

　　1 工程概况分析

　　1.1 项目介绍

　　本文主要某段公路工程对门架式桩板墙的设计及应用进行了深入的分析。在此工程中路基主要是以挖方形式施工，挖方深度为10～12米。在此工程右侧14.5米处是大型养殖场，在左侧10米处是居民住宅区。如果采用常规的路基开挖方式，则很可能造成左右两侧建筑结构的破坏，甚至可能威胁到居民安全。

　　1.2 地质条件分析

　　通过实地调查发现，作业区域地质条件主要如下：人工填筑土层工程性质特别差，层位变化的程度大，其厚度大约处于0.5～4.1米;冲积黄土状粉土的工程性质适中，层位相对较为稳定，其厚度大约处于2.4～4.6米;冲击卵石层工程性质相对比较好，层位相对较为稳定，厚度较大，大约处于9.2～11.4米的范围;下覆白垩系下统河口群泥岩的工程性质良好，层位稳定。

　　2 支护方案对比分析

　　2.1 重力式挡土墙

　　重力式挡土墙的整体形势较为简单，应用频率高，主要是凭借自重维持平衡;如果挡土墙的高度较高，那么需要保证墙高不能超过12米，墙身占地面积较大，这主要是为了保证墙体整体的稳定性并具有良好的抗弯能力。因为挡土墙需要埋深，如果在此路段应用重力式挡土墙方案，那么在部分区域的挡土墙的高度很可能需要超过12米，而且墙体截面尺寸非常大;由于路基的两侧存在既有建筑物，并不具备临时基坑的开挖条件，因此这种方案不适用。

　　2.2 预应力锚索桩板墙

　　在这种支护方案中的支挡结构物主要是由预应力锚索、挡土板以及钢筋混凝土抗滑桩三个部分构成，能够有效保证边坡整体支撑结构的平衡。与重力式挡土墙相比，开挖施工量小，占地面积小，桩顶水平位移小。但是，在此路段的右侧为高层建筑，如果使用预应力锚索钻孔很有可能造成建筑桩基础的破坏。

　　2.3 门架式桩板墙

　　由于在此路段的边坡支护具有一定的特殊性，为能够有效降低装板墙装顶水平位移，那么则需要对其结构构件受力进行科学优化。将钢管横撑科学的设置在桩板墙的桩顶，用门架式装板墙替代悬臂式桩板墙，通过这种方式有效强化了结构整体的稳固性，而且还可实现对桩顶水平位移的有效控制。

　　3 门架式桩板墙的结构分析

　　3.1 荷载和组合的计算分析

　　如果在工程中应用门架式装板墙结构，那么一定要对结构所需要承受的荷载进行有效的计算，其荷载是来自多方面的，主要包括地震作用、地面超载、填土侧压力、填土重力、墙顶有效荷载，以及车辆或者是人群而产生的土侧压力等其它多方面的内容。在进行荷载组合的过程中需要依据相关了规范要求，例如在进行荷载偶然组合、基本组合以及长期组合确定的过程中需要严格按照《公路路基设计规范》中的相关要求和规定，在进行各种荷载组合系数确定的过程中同样需要依据《公路路基设计规范》的相关规范取值。在此环节中务必要保障计算荷载及组合的合理性。

　　3.2 有限元模型

　　有限元模型分析的环节同样十分关键和重要，对门架式桩板墙的应用有着重要的影响。在进行门架型桩板墙确定的过程中需要充分考虑施工可行性、墙后土压力分布等其他重要的因素。在此项工程项目中最终应用的是1.8米的C30钢筋混凝土圆形灌注桩，而且每两根之间相距4米，对于其上部的撑杆所应用的是钢筋混凝土，其外径是0.9米。在门架式挡土墙标准单元格选择过程中需要充分结合门架式挡板墙的结构的整体情况和特点，然后再进行空间模型的构建，在此环节主要利用有限元软件MIDAS，然后对所建立的空间模型展开有效计算，主要利用梁单元对结构单元进行有效模拟。

　　3.3 静力分析

　　在此项工程中对于门架式桩板墙有着非常高的要求，主要是因为其周边环境较为特殊，位于其左侧的为清真大寺，位于右侧的则是高层居民楼。因此门架式桩板墙静力分析的过程中需要对支挡结构的稳定性和承载力展开全面有效的验算，除此之外还需要对门架式桩板墙结构变形展开全面有效的计算，务必要切实保证计算结果的准确性和有效性。通过相关的计算得出结果为，桩顶最大水平变形为6毫米，撑杆最大变形上挠为6毫米，桩身的最大变形应为2.5厘米。

　　4 门架式桩板墙设计应用

　　在此项工程中路基地层下部区域是白垩系下统河口群泥岩，处于中间区域的是卵石夹层，处于地层上方区域的部分则是覆黄土状粉土。为了保障施工的安全性，加快项目建设进程，在此路段所应用的桩板墙桩基主要采用的是圆柱设计，所应用的是机械挖孔方式，将纵向冠梁科学的设置在桩顶上，处于路基两侧的桩基主要采用的是对称设置方式。通过对结构的计算，所使用的桩基截面为圆形，其半径为0.9米，桩的长度为20米，中心间距为4米，所使用的浇筑材料主要是C30混凝土。钢管横撑所采用的主要是高强度钢管，厚度大约为8毫米，其直径为0.9米，其与桩基的连接方式主要是法兰盘连接，桩顶横冠的截面为矩形，其长度和宽度分别为1.8米、1.5米。桩间土应用的主要是挡土板支挡，挡土板的高度为1.5米，厚度为0.5米，长度处于1.27～2.27米的范围内，所使用的浇筑材料主要是C30混凝土。在施工过程中主要把挡土板科学的安装在桩基的中间位置，等到其达到规定的强度之后，在进行桩间土地的开挖，在此环节中需要分段分节进行，当向下开挖1.5米之后，就需要现浇一节挡土板。在此项公路工程为城市路段，为了保证道路整体的美观性，那么需要使用C20混凝土在挡土板和桩基外表面中间进行浇筑，在浇筑环节还需使用钢模板立模施工，这样能够有效保障外表面的平整美观。

　　利用MIDAS软件进行门架式桩板墙空间模型的创建，并对结果进行有效的计算和分析，桩基是截面为圆形的受压构件，需要对其正截面承载力进行有效计算，然后再依据其对纵向受力主机进行科学的配置和安装;另外，还需要对其进行裂缝宽度进行验算。因为桩基通常需要承受较大的剪力，再进行截面受剪承载力计算的过程中需要将其圆形截面等效成矩形截面，然后再依据计算结果对受剪螺旋筋进行科学设置。在进行钢管混凝土撑杆承载力计算的过程中需要使其处于复杂应力状态下。

　　5 结束语

　　门架式桩板墙实质上是对传统桩板墙的创新，在顶部增设了钢管横撑，在实际应用中具有良好的桩板墙高度设置优势，能够有效保障结构整体的稳定性，还可有效实现对桩顶位移的控制。门架式桩板墙在应用中有效减小了工程临时开挖范围和占地面积，而且受力更加科学合理。

　　参考文献：

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　　推荐阅读：公路工程档案资料管理现状及信息化管理创新的思路探讨

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文章名称： 门架式桩板墙在路基边坡中的设计及应用

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