一种高速铁路无砟轨道桩板式挡土墙的设计方法技术

一种高速铁路无砟轨道桩板式挡土墙的设计方法，以有效解决了桩板式挡土墙传统设计方法中无法考虑的桩身锚固段地基土层侧向变形时间效应的控制问题。按如下步骤进行：通过地勘手段获得设计工点地基土层的原状土样，进行室内三轴试验测得土样的强度指标c和同时进行室内长期三轴试验测得快速稳定状态对应的状态阈值参数λ；根据所得状态阈值参数λ计算得到桩前地基土的状态强度参数c1和根据所得状态强度参数计算得到桩前地基土变形状态的横向承载力σp1；按传统的锚固桩设计计算方法拟定锚固桩截面尺寸与锚固段长度，计算锚固桩对桩前地基土的侧压力σy；比较地面以下1/3锚固段长度处的σy与σp；进行锚固桩的配筋设计，完成设计流程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及一种高速铁路无砟轨道桩板式挡土墙的设计方法。属岩土工程支挡结构设计

技术介绍
桩板式挡土墙是利用锚固于地基中的锚固段提供抗滑力抵抗填土的侧压力，其主要优点在于墙高不受一般挡墙的高度限制，悬臂段可高达15m，地基承载力的不足可通过锚固段的埋深得以补偿。但是，当锚固桩悬臂段较长时，桩体锚固段微小的侧向变形就会在桩顶处被放大，若墙后土体与挡墙发生协调变形，则挡墙的侧向变形势必会引起路堤的附加沉降。当桩板墙应用于高速铁路无砟轨道路堤支挡时，要求锚固段地基土的变形处于快速稳定状态(变形无时间效应)，控制路基的附加沉降，以满足无砟轨道在少维修条件下的平顺性要求。我国TB10025-2006《铁路路基支挡结构设计规范》规定：桩板墙地面以下锚固段长度1/3处的桩前抗力应不大于地基土横向允许承载力[σH]，并要求桩顶侧向位移小于悬臂段长度的1％，且不宜超过100mm。这一强度及位移控制标准与锚固段地基土的变形状态要求——“快速稳定”状态并不匹配，难以适应无砟轨道条件下高速铁路的要求。因此，研究适用于高速铁路无砟轨道基于变形状态控制的桩板式挡土墙设计方法，是高速铁路路基工程建设亟待解决的关键技术问题。专利技术专利内容本专利技术专利的主要目的是提供一种高速铁路无砟轨道桩板式挡土墙的设计方法，以有效解决了桩板式挡土墙传统设计方法中无法考虑的桩身锚固段地基土层侧向变形时间效应的控制问题。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案如下：本专利技术的一种高速铁路无砟轨道桩板式挡土墙的设计方法，按如下步骤进行：(1)通过地勘手段获得设计工点地基土层的原状土样，进行室内三轴试验测得土样的强度指标c和同时进行室内长期三轴试验测得快速稳定状态对应的状态阈值参数λ，无条件进行室内长期三轴试验时λ取15％；(2)根据所得状态阈值参数λ计算得到桩前地基土的状态强度参数c1和计算公式为：式中—地基土处于第一状态时的状态强度参数，内摩擦角，°；c1—地基土处于第一状态时的状态强度参数，黏聚力，kPa；—地基土实际强度参数，内摩擦角，°；c—地基土实际强度参数，黏聚力，kPa；λ1—处于第一状态时的状态阈值参数；(3)根据所得状态强度参数计算得到桩前地基土变形状态的横向承载力σp1，计算公式为：式中σp1—地基土处于第一状态时的横向承载力，kPa；γ—地基土的重度，kN/m3；y—距地表深度，m；(4)按传统的锚固桩设计计算方法拟定锚固桩截面尺寸与锚固段长度，计算锚固桩对桩前地基土的侧压力σy；(5)比较地面以下1/3锚固段长度处的σy与σp1，若σy≤σp1表明桩前地基土在锚固桩的作用下不会出现有时间效应的变形，可以进行下一步设计计算；若σy>σp1时则需调整桩间距或桩的截面尺寸等参数重新计算，直至满足σy≤σp1；(6)进行锚固桩的配筋设计，完成设计流程。本专利技术的有益效果是，从控制桩前地基土层有时间效应的侧向变形出发，构建新型的桩板墙设计方法，克服了传统设计方法的缺点，可以满足高速铁路无砟轨道的要求。附图说明图1是变形状态强度参数计算简图；图2是工点横断面图；图3是锚固桩对地基土侧应力分布图；图4－1是锚固段剪力分布图；图4－2是锚固段弯矩分布图；图5是桩前地基土侧应力σy与变形状态承载力图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术专利作进一步的详细说明。当高速铁路无砟轨道通过斜坡地基时，常在下坡一侧修建支挡结构，桩板墙是最为常用的选择之一。但是，高速铁路无砟轨道对路基工后沉降值要求极其严格，即要求路基在自重作用及列车荷载作用下的沉降变形没有时间效应。因此，要求桩板墙不能产生有时间效应的侧向变形。传统的桩板墙设计方法是以保证支挡结构稳定为核心目的，并未控制结构是否会出现有时间效应的侧向变形。这将为高速铁路无砟轨道路基的工后沉降控制带来隐患。本专利技术专利从控制桩前地基土层有时间效应的侧向变形出发，构建新型的桩板墙设计方法，克服了传统设计方法的缺点，满足高速铁路无砟轨道的要求。控制无砟轨道桩板式挡土墙的侧向变形时间效应的关键在于控制桩体锚固地段地基土层所受桩体的侧向压力不能超过土层本身“快速稳定”状态所对应的荷载水平阈值，这一阈值可以用极限荷载水平(最大荷载水平)的百分比来表达。针对设计工点，通过地勘手段获得工点地基土层的原状土样，进行室内三轴试验测得土样的强度指标，进行室内长期三轴试验测得“快速稳定”状态对应的状态阈值参数λ，大量的实测表明细粒土的“快速稳定”状态对应的状态阈值参数λ一般为15％，即桩身锚固段作用在土层的侧向压力不超过土层侧向极限承载力(最大侧向荷载水平)的15％时，地基土层的侧向变形处于快速稳定状态，不具有时间效应，满足高速铁路无砟轨道的要求。根据所得状态阈值参数λ计算得到桩前地基土的状态强度参数c1和土体变形状态强度参数的确定是根据摩尔-库仑准则，对极限荷载按荷载水平阈值λ进行折减，从而得到与荷载水平阈值相对应的土体变形状态的强度参数c1和计算简图如图1所示。图1中，实线表示摩尔-库仑抗剪强度线，虚线表示按荷载水平折减后的土体变形状态强度线，由几何关系，可推导出土体变形状态的强度参数c1和由上述公式可以变换得到公式：根据所得状态强度参数c1和计算得到桩前地基土变形状态的横向承载力σp1，计算公式为再按传统的锚固桩设计计算方法拟定锚固桩截面尺寸与锚固段长度，计算锚固桩对桩前地基土的侧压力σy。比较地面以下1/3锚固段长度处(该处桩体给予地基土层的侧向压力最大)的σy与σp1。若σy≤σp1段表明桩前地基土在锚固桩的作用下不会出现有时间效应的变形，可以进行下一步设计计算；若σy>σp1时则需调整桩间距或桩的截面尺寸等参数重新计算，直至满足σy≤σp1。然后进行锚固桩的配筋设计完成设计流程。根据以上推导，本专利技术的一种高速铁路无砟轨道桩板式挡土墙的设计方法，按如下步骤进行：(1)通过地勘手段获得设计工点地基土层的原状土样，进行室内三轴试验测得土样的强度指标c和同时进行室内长期三轴试验测得快速稳定状态对应的状态阈值参数λ(指荷载作用下土样的变形很快稳定，不随时间延长而持续发展，即变形不具有时间效应)对应的状态阈值参数λ，无条件进行室内长期三轴试验时λ取15％，即土体承受荷载不超过最大荷载值的15％时其变形将处于快速稳定状态；(2)根据所得状态阈值参数λ计算得到桩前地基土的状态强度参数c1和计算公式为：式中—地基土处于第一状态时的状态强度参数，内摩擦角，°；c1—地基土处于第一状态时的状态强度参数，黏聚力，kPa；—地基土实际强度参数，内摩擦角，°；c—地基土实际强度参数，黏聚力，kPa；λ1—处于第一状态时的状态阈值参数；(3)根据所得状态强度参数计算得到桩前地基土变形状态的横向承载力σp1，计算公式为：式中σp1—地基土处于第一状态时的横向承载力，kPa；γ—地基土的重度，kN/m3；y—距地表深度，m；(4)按传统的锚固桩设计计算方法拟定锚固桩截面尺寸与锚固段长度，计算锚固桩对桩前地基土的侧压力σy；(5)比较地面以下1/3锚固段长度处的σy与σp1，若σy≤σp1表明桩前地基土在锚固桩的作用下不会出现有时间效应的变形，可以进行下一步设计计算；若σy>σp1时则需调整桩间距或桩的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速铁路无砟轨道桩板式挡土墙的设计方法，按如下步骤进行：(1)通过地勘手段获得设计工点地基土层的原状土样，进行室内三轴试验测得土样的强度指标c和同时进行室内长期三轴试验测得快速稳定状态对应的状态阈值参数λ，无条件进行室内长期三轴试验时λ取15％；(2)根据所得状态阈值参数λ计算得到桩前地基土的状态强度参数c1和计算公式为：式中—地基土处于第一状态时的状态强度参数，内摩擦角，°；c1—地基土处于第一状态时的状态强度参数，黏聚力，kPa；—地基土实际强度参数，内摩擦角，°；c—地基土实际强度参数，黏聚力，kPa；λ1—处于第一状态时的状态阈值参数；(3)根据所得状态强度参数计算得到桩前地基土变形状态的横向承载力σp1，计算公式为：式中σp1—地基土处于第一状态时的横向承载力，kPa；γ—地基土的重度，kN/m3；y—距地表深度，m；(4)按传统的锚固桩设计计算方法拟定锚固桩截面尺寸与锚固段长度，计算锚固桩对桩前地基土的侧压力σy；(5)比较地面以下1/3锚固段长度处的σy与σp1，若σy≤σp1表明桩前地基土在锚固桩的作用下不会出现有时间效应的变形，可以进行下一步设计计算；若σy>;σp1时则需调整桩间距或桩的截面尺寸等参数重新计算，直至满足σy≤σp1；(6)进行锚固桩的配筋设计，完成设计流程。...

【技术特征摘要】
1.一种高速铁路无砟轨道桩板式挡土墙的设计方法，按如下步骤进行：(1)通过地勘手段获得设计工点地基土层的原状土样，进行室内三轴试验测得土样的强度指标c和同时进行室内长期三轴试验测得快速稳定状态对应的状态阈值参数λ，无条件进行室内长期三轴试验时λ取15％；(2)根据所得状态阈值参数λ计算得到桩前地基土的状态强度参数c1和计算公式为：式中—地基土处于第一状态时的状态强度参数，内摩擦角，°；c1—地基土处于第一状态时的状态强度参数，黏聚力，kPa；—地基土实际强度参数，内摩擦角，°；c—地基土实际强度参数，黏聚力，kPa；λ1—处于第一状态时的状态阈值参数；(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：周成，罗强，张良，李安洪，曾永红，姚裕春，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51