续辰

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

0 引言

近年来国家对中西部路网的建设越来越重视，要求加密西部路网，适当超前建设。该背景下，黄土地区建设工程大量增加，高陡边坡及受限路基也随之大量出现。但黄土地区边坡极易失稳破坏，给边坡支挡工程带来了较大困难。在这种情况下，传统支挡结构已无法较好满足支护要求，椅式桩板墙在控制路基边坡变形上效果更好，更能提高路基边坡的稳定性，保证路基边坡的安全。

椅式桩板墙由双排抗滑桩发展而来，其受力变形计算机理仍主要参考深基坑支护[1]，研究主要集中于对双排支护及抗滑桩的计算模型分析应用上。张玲[2]考虑前后桩的相互作用，基于欧拉伯努利双层梁理论建立了桩身分段挠曲度方程，结合实际工程验证了计算模型的可行性。续辰[3]结合FLAC3D数值软件分析了膨胀土地区加锚双排桩支护结构的受力变形特性，讨论了不同内摩擦角和粘聚力情况下桩身水平位移的变化规律。

当前研究主要集中于悬臂桩板墙上，对椅式桩板墙研究较少，仅部分学者对其展开了研究与分析。李婷[4]针对土质高边坡地段填方路基椅式桩板墙开展模型试验，得到了桩后土压力的分布形式；廖超[5]采用数值模拟研究了椅式桩板墙的横梁设置位置、横向桩间距及主桩锚固长度等关键参数对结构内力的影响。

根据上述研究可知：椅式桩板墙作为组合式双排支挡结构的一种，支挡效果较好，工程性价比高，已得到了广泛应用。但黄土地区陡坡路基较多，椅式桩板墙的整体稳定性及差异沉降控制较难，计算涉及的桩土相互作用仍相当复杂并成为现今路基设计的一大难题。因此，本文依托神朔铁路小半径曲线改造工程，结合改造段受限路基的改造方案，利用MIDAS GTS NXS软件进行分析，对K148受限路基改造采用椅式桩板墙及悬臂桩板墙两种方案进行比选，分析采用椅式桩板墙方案的优势，对路堑椅式桩板墙的设计施工具有一定的指导意义和实用价值。

1 工程应用实例分析

1.1 工程概况

神朔铁路是为开发神府东胜煤田而修建的运煤专用铁路，随着列车提速、货运列车数量增大及重载列车数量的不断增多，小半径曲线的钢轨磨耗问题日趋严重。故针对神朔铁路小半径曲线进行精细改造，工程平面示意图见图1。其中K148+630-K148+960改造段傍山而行，北侧紧邻国道G338，改造段线路上方为一高压电塔，线路距离高压铁塔直线距离60.63m，本地段为挖方段，如直接放坡将涉及到高压铁塔的拆除与还建。故该段落采用路堑支挡结构进行支挡收坡。

图1 工程平面示意图

1.2 地质概况

根据工程地质调绘、室内试验，神朔铁路K148+630-K148+960 改造段地层主要为第四系上更新统风积层（Q3eol）砂质黄土；下伏基岩主要为奥陶系中统（O2ls）石灰岩。地下水主要为岩溶水，对混凝土结构一般不具侵蚀性。

1.3 设计原则

通过对K148+766-K148+786段路堑边坡稳定性及坡上高压电塔的影响进行研究，该段设计中应遵循以下设计原则：

（1）保障路堑边坡的安全稳定及铁路安全营运；

（2）由于路基右侧有一高压铁塔且路堑边坡高达45m，无法放坡支护，故需设置支挡结构避免拆除高压铁塔并稳固坡脚；

（3）由于该工程为既有线改造工程，故需保障支护方案技术可行，确保既有线运营及施工的安全。

1.4 设计方案

1.4.1 路堑桩板墙方案

方案一：初步拟定路基面右侧采用C35路堑钢筋混凝土椅式桩板墙收坡。桩身截面为2.25m×2.5m，桩长18m，悬臂段为6m，锚固段为12m，桩顶设置3m平台。自平台起按照1∶1.25进行放坡，边坡高7.5m，采用孔窗式护坡。坡脚外5m设置天沟。

1.4.2 路堑椅式桩板墙方案

方案二：初步拟定路基面右侧采用C35路堑钢筋混凝土矩形椅式桩板墙收坡。前后桩桩身截面均为2.25m×2.5m。前桩桩长18m，悬臂段6m，锚固段12m；后桩桩长24m，悬臂段6m，锚固段18m；前后桩采用宽2.5m，高1.5m的连梁进行连接。自平台起按照1∶1.25进行放坡，坡脚外5m设置天沟。设计方案对比见图2。

图2 设计方案对比

2 桩板墙及椅式桩板墙计算模型建立

设计检算中，常将桩板墙等效为平面抗滑桩模型来进行受力分析，且对于数值仿真计算来说运用二维计算模型较为简洁高效。故本文创建桩板墙及椅式桩板墙二维计算模型进行计算。将支挡结构用1D结构单元进行模拟，边坡采用喷射混凝土进行模拟，桩端视为铰接。

3 计算结果分析

3.1 椅式桩板墙方案结果分析

椅式桩板墙方案计算结果云图见图3。由图3计算结果可知：

图3 椅式桩板墙方案计算结果云图

（1）当路基支挡结构施工完成后，边坡整体最大水平位移为-25.46mm，出现在椅式桩板墙后桩桩顶附近；

（2）边坡整体呈现一个从基底发生并延伸至地面的圆弧剪切滑动面；

（3）椅式桩前后桩桩身水平位移均随着桩体深度增加而减小，桩身最大水平位移均出现在桩顶，前桩最大桩身水平位移为-22.43mm，后桩最大桩身水平位移为-25.46mm；

（4）边坡整体稳定性系数为1.63，高压铁塔位置处位移为-9.78mm。

3.2 悬臂桩板墙方案结果分析

悬臂桩板墙方案计算结果云图见图4。由图4计算结果可知：

图4 悬臂桩板墙方案计算结果云图

（1）当路基支挡结构施工完成后，边坡整体最大水平位移为-43.93mm，出现在桩板墙桩顶附近；

（2）边坡整体呈现一个从基底发生并延伸至地面的圆弧剪切滑动面；

（3）桩板墙桩身水平位移随着桩体深度增加而减小，桩身最大水平位移出现在桩顶，桩最大桩身水平位移为-43.93mm；

（4）边坡整体稳定性系数为1.34，高压铁塔位置处位移为-14.60mm。

3.3 方案比选分析

不同设计方案下桩身水平位移对比见图5。

图5 不同设计方案下桩身水平位移对比

由图5可知：

（1）两种方案桩身水平位移都随着桩体深度的增加而减小，且桩身最大水平位移均出现在桩顶；

（2）对比前后桩桩身水平位移发现，后桩桩身水平位移大于前桩，在支挡体系中承担主要作用，且由于连梁的存在，使得前后桩顶附近的位移被有效的约束；

（3）对比两种方案的桩身水平位移可以发现，椅式桩板墙支挡效果较好，桩身整体水平位移较单一桩板墙方案减小72.55%。故椅式桩板墙的支挡效果要优于单一桩板墙。

4 结束语

本文依托具体工程，结合岩土分析软件进行数值建模，对比分析了两种设计方案的优劣，得到结论如下：椅式桩板墙支挡方案的边坡整体稳定性比单一桩板墙支挡方案高；相较桩板墙收坡效果更好，边坡整体水平位移及桩身水平位移更小；相较桩板墙支挡结构对坡上高压电塔影响更小，更能保障高压电塔的安全稳定性。

综上所述，椅式桩板墙在受限路基的支挡中有着独特的优越性，其稳定性更好，桩身内力位移较小，有着较强的收坡功能，是一种较好的重型支挡结构。