CN103306295A - 刚架桩支挡结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及陡坡填方段建设领域，具体提供了一种刚架桩支挡结构，包括多个并排成列的h型桩，h型桩包括外侧锚固桩、内侧锚固桩和横梁，内侧锚固桩的桩顶和外侧锚固桩的桩身通过横梁相连接，相邻外侧锚固桩通过挡土板相连接，外侧锚固桩穿过岩土体锚固于稳定地基内，内侧锚固桩和横梁均埋置于岩土体内，外侧锚固桩设置于陡坡的外侧，内侧锚固桩设置于陡坡的内侧。本发明优化现有h型桩的设计，使其具有更高的刚度及良好的水平抗力，在陡坡高填方地段可承受更高的土压力或下滑力，具有更高的安全性与可靠度，有效解决了困扰陡坡高填方支挡结构困难的难题。

Description

刚架桩支挡结构

技术领域

本发明涉及铁路、公路以及其它场坪陡坡高填方地段工程建设领域，具体涉及一种用于陡坡高填地段的刚架桩支挡结构。

背景技术

在山区修建铁路、公路、场坪等工程时，受地形、线型、车站、地面附着物等因素影响，难以避免出现陡坡高填方路基。在荷载、降水等因素作用下，陡坡路基极易发生沿斜坡滑动破坏的现象。为确保陡坡路基的稳定，施工时多在填方外侧采用抗滑桩、锚索桩、h型桩、锚杆挡墙等支挡结构加固。然而陡坡高填方段土压力或下滑力巨大，上述支挡结构仍存在一些问题：抗滑桩悬壁端大于8m时，结构承受弯矩迅速增加，导致桩截面尺寸大，结构配筋率高；h型桩采用钢筋砼结构，横梁受压，结构安全性及耐久性好，但存在外侧桩长度大、横梁以上悬壁端长度大等缺点，现有技术一般通过提高横梁与桩的连接点标高来克服上述缺点，但会出现外侧桩、横梁露出地面情况，影响结构美观；锚杆挡墙、锚索桩等利用钢筋、钢铰线等抵抗水平力，虽然充分发挥了钢材的抗拉强度，但由于工程设计寿命一般大于50年，钢材在空气、地下水及气温变化等诸多因素影响下，尤其是与砼结构衔接的端头位置容易产生锈蚀，甚至影响结构安全。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种刚架桩支挡结构，在现有技术中h型桩的基础上进行了优化设计，减小支挡结构尺寸的同时有效提高其可靠性。

本发明提供了一种刚架桩支挡结构，包括多个横向间隔排列的h型桩，h型桩包括外侧锚固桩、内侧锚固桩和横梁，内侧锚固桩的桩顶和外侧锚固桩的桩身通过横梁相连接，相邻外侧锚固桩通过挡土板相连接。外侧锚固桩穿过岩土体锚固于稳定地基内，内侧锚固桩和横梁均埋置于岩土体内，内侧锚固桩的桩长可大幅减少，碳化环境条件明显改善同时美化了环境。外侧锚固桩设置于陡坡的外侧，内侧锚固桩设置于陡坡的内侧，外侧锚固桩与横梁联接支点位置自由度较大，在内侧锚固桩水平力作用下，外侧锚固桩的弯矩、剪力及位移有效减少，内力分布更加合理，配筋率大大降低，结构合理性更优。

所述挡土板设置于外侧锚固桩地面线以上部分桩身的内侧。所述挡土板通过固定桩设置于外侧锚固桩的外侧。所述挡土板与外侧锚固桩形成桩板墙结构。

所述刚架桩支挡结构前端h型桩的前侧或后端的h型桩的后侧设置有挡墙或桩板墙。当陡坡高填方地段纵向前后方向存在不适用h型桩的填方较小段时，采用桩板墙或挡墙等支挡结构作为过渡衔挡结构。

所述外侧锚固桩的锚固段深度为桩长的1/2~1/3、桩径的1.5~5倍，使外侧锚固桩稳定锚固于稳定地基内，保证刚架桩支挡结构的稳定性。

所述外侧锚固桩的悬臂端长度不大于15m，刚架桩外侧高度过大时带来较大的工程风险，同时桩基长度、截面尺寸增加等亦变得不经济，需将悬臂端长度控制在一定范围内。

所述外侧锚固桩的横梁以上自由端的长度不小于2.5~3m（依据不同基床设计标准而确定），不大于6m，保证不侵入基床结构的同时降低外侧桩弯矩，充分发挥刚架优势。

所述外侧锚固桩的桩体截面为矩形，内侧锚固桩的桩体截面为矩形或梯形。当陡坡由岩石组成时，可充分发挥其抗剪强度，将内侧锚固桩大幅度缩短，截面做成梯形，可大幅度降低工程费用。内侧锚固桩的桩体截面尺寸不小于外侧锚固桩的桩体截面尺寸，内侧锚固桩依据桩顶标高按同一等高线结合地形灵活布置。

本发明优化现有h型桩的设计，具有更高的刚度及良好的水平抗力，在陡坡高填方地段可承受更高的土压力或下滑力，具有更高的安全性与可靠度，有效解决了困扰陡坡高填方支挡结构困难的难题。本发明主要采用钢筋混凝土结构，相对于锚索（杆）结构、锚索抗滑桩结构等具有更好的耐久性。本发明的内侧锚固桩设置于岩土体内，有效减少桩长节约成本的同时明显改善碳化环境条件。内侧锚固桩与岩土体共同作用，充分发挥岩土体本身的抗剪强度，提高支挡结构本身的刚度。当陡坡为岩石时，将内侧锚固桩的截面设计为梯形，进一步降低工程费用。由于内侧锚固桩提供的水平力，外侧锚固桩与横梁连接支点位置可选择的范围自由度更大，可有效减少外侧桩的弯矩、剪力及位移，使内力分布更加合理，配筋率大大降低。本发明通过在相邻的外侧锚固桩设置挡土板，进一步提高支挡结构的横向抗力。在陡坡填方不适合安装h形状的位置设置挡墙或者桩板墙作为过渡衔档结构，提高支挡结构的可靠性。内侧锚固桩和横梁均埋置于岩土体中，消除了现有技术中h型桩结构外侧桩与横梁露出地面影响工程美观的问题。

附图说明

图1为本发明示意图

图2为本发明侧视图

其中，1-外侧锚固桩，2-内侧锚固桩，3-横梁，4-挡土板，5-挡墙，6-桩板墙，7-锚固桩。

具体实施方式

下面参照说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

本发明提供了一种刚架桩支挡结构，包括多个横向间隔成列的h型桩，h型桩包括外侧锚固桩1、内侧锚固桩2和横梁3，内侧锚固桩2的桩顶和外侧锚固桩1的桩身通过横梁3相连接，相邻外侧锚固桩1通过挡土板4相连接，外侧锚固桩1穿过岩土体锚固于稳定地基内，内侧锚固桩2和横梁3均埋置于岩土体内，外侧锚固桩1设置于陡坡的外侧，内侧锚固桩2设置于陡坡的内侧。挡土板4设置于外侧锚固桩1地面线以上部分桩身的内侧。挡土板4通过固定桩设置于外侧锚固桩1的外侧。刚架桩支挡结构前端h型桩的前侧或后端的h型桩后侧设置有挡墙5或桩板墙6。外侧锚固桩1 的锚固段深度为桩长的1/2~1/3、桩径的1.5~5倍。外侧锚固桩1的悬臂端长度不大于15m。外侧锚固桩1的横梁3以上自由端的长度不小于2.5~3m，不大于6m。外侧锚固桩1的桩体截面为矩形，内侧锚固桩2的桩体截面为矩形或梯形，内侧锚固桩2的桩体截面尺寸不小于外侧锚固桩1的桩体截面尺寸。

施工前，首先进行刚架桩结构模型设计。陡坡地段刚架桩的承受荷载主要有列车荷载、刚架上方填筑土方均布荷载、结构自重、土压力、滑体下滑力、地震作用等。为计算方便，土压力原则上可采用郎肯土压力计算，界面复杂时可采用库仑土压力计算。刚架桩外侧锚固桩1穿过岩土体锚固于稳定地基内，内侧锚固桩2均埋置于岩土体范围内，二者采用横梁3连接，原则上采用平面框架模型计算。一般地段内外侧锚固桩基锚固段均按弹性地基梁考虑（岩石地段内侧采用短桩除外），桩端约束条件可根据岩土条件选择自由端或铰支端。土层地基按m法计算，较完整岩层地基按K法计算。

从目前工程应用、安全、视觉美观等角度考虑，刚架桩外侧高度过大时带来较大的工程风险，同时桩基长度、截面尺寸增加等亦变得不经济。综合上述分析，外侧锚固桩1悬臂端长度原则上不宜大于15m。外侧锚固桩1必须锚固于稳定的地基中，锚固段深度原则上为桩长的1/2～1/3，桩径的1.5～5倍。为充分发挥内侧锚固桩2的抗力，内侧锚固桩2原则上应埋置于地面以下，桩长据桩周岩土条件、刚架整体受力情况计算确定。岩石地段可充分利用岩体抗剪强度，从而大幅度缩短内侧锚固桩2的桩长，桩长可根据岩体抗剪强度、地形条件、土压力或下滑力等综合计算确定。同时内侧锚固桩2需根据桩顶标高在同一等高线下结合地形灵活布置。

刚架桩支挡结构设计应充分考虑铁路、公路基床结构的影响，原则上不侵入基床结构。刚架桩支挡结构应用于铁路陡坡路基时，横梁3以上自由端长度一般不宜小于2.5～3m（依据不同基床设计标准而确定）。同时为降低外侧锚固桩1弯矩，充分发挥h型桩的优势，横梁3以上自由端长度亦不宜大于6m。横梁3宽度应与外侧锚固桩1保持一致，以方便施工。横梁3承受荷载较小，梁高应满足构造要求。陡坡地段桩基施工多以人工挖孔为主，外侧锚固桩1和内侧锚固桩2的桩体截面尺寸原则上以矩形截面为主；岩石地段内侧锚固桩2可采用梯形截面，充分发挥岩土体自身的抗剪强度，与h型桩共同承受荷载。内侧锚固桩2的截面尺寸原则上不宜小于外侧锚固桩1的截面尺寸。各桩体的具体结构尺寸依据内侧锚固桩2桩顶、外侧锚固桩1与横梁联3接节点处的位移等作为控制参数确定。

施工时，首先在陡坡上挖设台阶，设置横梁3以下的分层建筑，再在外侧锚固桩1的指定位置钻孔。安装设计要求完成造孔后，在孔内放入钢筋笼，再注浆至横梁3的底面标高，同时在外侧锚固桩1的指定位置安装挡土板4。接着填筑路堤至横梁3的顶面标高，在横梁3的填料区域外侧设置临时支护。然后在内侧锚固桩2的指定位置钻孔，安装设计要求完成造孔后，在孔内放入钢筋笼，再注浆至横梁3的底面标高。然后在横梁3的指定位置挖槽，完成横梁3的浇筑施工。接着完成外侧锚固桩1的施工，即完成外侧锚固桩1桩顶至横梁3顶面的部分桩体的施工，同时在该部分外侧锚固桩1的指定位置安装挡土板4。完成横梁3以上部分填料，即横梁3以上的分层建筑。若刚架桩支挡结构纵向前后方向存在填方较小段，采用桩板墙6、挡墙5等支挡结构作为过渡衔挡结构，桩板墙6由锚固桩7和挡土板4共同组成。如图所示，刚架桩支挡结构的一端设置挡墙5，另一端依次设置有桩板墙6和挡墙5。锚固桩7和外侧锚固桩1共同作用，与挡土板4形成桩板墙6，防止桩体之间的土体滑出。最后在刚架桩支挡结构的填方顶面设置排水沟等相关设施，即完成刚架桩支档的施工。

本发明中的外侧锚固桩1、内侧锚固桩2和横梁3作为受力共同体，岩土体内的部分主动抵抗滑坡推力，外侧锚固桩1和内侧锚固桩2因变形产生的内力通过外侧锚固桩1传递到稳定地层内。外侧锚固桩1和内侧锚固桩2之间岩土体与桩体外侧的岩土体共同作用，抵抗滑坡推力。内侧锚固桩2埋置于岩土体内，与岩土体形成桩土一体化结构，充分发挥岩土体本身的抗剪强度，抵抗滑坡推力。外侧锚固桩1、锚固桩7和挡土板4共同作用，形成桩板墙6，抵抗滑坡推力。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种刚架桩支挡结构，包括多个横向间隔排列的h型桩，h型桩包括外侧锚固桩（1）、内侧锚固桩（2）和横梁（3），内侧锚固桩（2）的桩顶和外侧锚固桩（1）的桩身通过横梁（3）相连接，相邻外侧锚固桩（1）通过挡土板（4）相连接，其特征在于外侧锚固桩（1）穿过岩土体锚固于稳定地基内，内侧锚固桩（2）和横梁（3）均埋置于岩土体内，外侧锚固桩（1）设置于陡坡的外侧，内侧锚固桩（2）设置于陡坡的内侧。

2.根据权利要求1所述的刚架桩支挡结构，其特征在于挡土板（4）设置于外侧锚固桩（1）地面线以上部分桩身的内侧。

3.根据权利要求1所述的刚架桩支挡结构，其特征在于挡土板（4）通过固定桩设置于外侧锚固桩（1）的外侧。

4.根据权利要求1所述的刚架桩支挡结构，其特征在于刚架桩支挡结构前端h型桩的前侧或后端h型桩的后侧设置有挡墙（5）或桩板墙（6）。

5.根据权利要求1所述的刚架桩支挡结构，其特征在于外侧锚固桩（1）的锚固段深度为桩长的1/2~1/3、桩径的1.5~5倍。

6.根据权利要求5所述的刚架桩支挡结构，其特征在于外侧锚固桩（1）的悬臂端长度不大于15m。

7.根据权利要求6所述的刚架桩支挡结构，其特征在于外侧锚固桩（1）的横梁（3）以上自由端的长度不小于2.5~3m，不大于6m。

8.根据权利要求1所述的刚架桩支挡结构，其特征在于外侧锚固桩（1）的桩体截面为矩形，内侧锚固桩（2）的桩体截面为矩形或梯形，内侧锚固桩（2）的桩体截面尺寸不小于外侧锚固桩（1）的桩体截面尺寸。

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