肖勇
广州安茂铁路工程咨询有限公司 广东广州 510600
摘要：为了确保挖孔桩工程施工过程中的作业人员安全和周边环境安全，本文通过对护壁施工中的相关应力简析，归结圆形护壁强度与稳定性验算方法，并以某涉及铁路工程的轨道架空桩基实例进行验证，供相关工程参考。
关键词：挖孔护壁；侧压力；圆壁内力；强度及稳定性
0 引言
顾名思义，人工挖孔桩指的就是通过人工挖掘成孔，再孔内浇筑混凝土而形成的桩。其成桩工艺具备操作简便、场地适应性强、对周围环境影响小等优点，在各类建筑工程的施工中得到广泛采用。由于人工挖孔桩属于地下作业，成孔过程中如果发生护壁坡坏或崩塌，除会造成人身安全事故外，还会威胁邻近建筑物、构筑物以及交通运输的安全。因此，护壁的强度与稳定显得尤其重要。
1 护壁施工
本文讨论护壁为混凝土结构，采用人工掘进方式分节段循环施工来形成桩孔护壁，具体涉及的主要内容如下所述。
1.1 护壁工序流程
首节段桩孔开挖→钢筋绑扎、模板支护→混凝土浇筑→拆模、定位检查→下一节段循环至终孔
1.2 施工重要环节
1)人工挖孔桩从上至下逐层进行开挖，护壁单节高度一般为100cm；
2)护壁一般采用细石混凝土，并根据地质、气温等情况测试掺用外加剂；
3)混凝土终凝并有一定强后拆除护壁内模，一般在24h以后进行；
4)混凝土浇注前严格定位模板，脱模后再检查护壁，及时纠正发生的位移或歪斜，及时修复裂损的护壁。
2 护壁验算方法
2.1 相关应力简析
1)土体自重应力
地基任意深度z处的竖向自重应力等于单位面积上的土柱重量，除了作用在水平面上的竖向自重应力外，还存在作用在竖直面上的水平自重应力[1]，即：
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如遇有地面荷载作用，应力就要做出相应调整；若计算应力点在地下水位以下，还应加上静水压力，但此时地下水以下土层按土的有效重度取值，不透水层不存在水的浮力。
2)静止土压力
设计时，护壁外围土压力采用静止土压力，可以看作是土体自重应力的水平分量。
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4)护壁结构内力
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图1 圆形护壁径向受力状态
圆形护壁外侧径向均布力为土体自重形成的侧压力和地下水压力。护壁结构设计时，一般按地下最深段的静止土压力及地下水的最大侧压力来计算确定。
护壁厚度时(为圆形护壁半径），为薄壁圆筒，按材料力学计算其环向应力为：
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3 工程应用
某工程涉I级铁路，列车荷载为ZKH活载，轨道架空桩设于线路侧，两线间采用孔径为1800mm的人工挖孔桩，护壁厚150mm、C30混凝土灌注，以全风化粉砂质泥岩为桩端持力层，其地质情况如图所示。
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图2 地质情况图
考虑到荷载的影响，将铁路轨道荷载和列车荷载简化为等效的均布静荷载，作用在路基面上的单位荷载标准值取q=66.87kN/m2 [5]。
3.1 强度验算
依据结构设计原理，取受力最大处计算，即最深段护壁来进行强度验算。
1)静止土压力，由公式(1)第2式和公式(2)得：
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依公式(7)利用电子表格分层段计算，结果见表1：
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结果表明，护壁整体稳定性满足要求。
当地表无均布荷载时，表列护壁重应增加临界深度(换算土柱3.6m)的护壁重，此时上部护壁重大于摩阻力，则孔口及上部的护壁稳定性差。因此，施工中应做好护壁地面锁口和上下节护壁的接茬工作，并将上节护壁纵向钢筋插入下节护壁内，使上下护壁钢筋连接；另外，成孔时孔壁保持一定粗糙面，浇筑护壁混凝土时注意振捣密实，以提高护壁外侧摩阻力，能有效防止护壁脱落事故的发生。
4 结语
人工挖孔桩护壁作为保障工程方案顺利实施的重要构件，做好护壁的验算工作可以在技术上保障孔壁的安全性。从上述方法及算例看，验算需结合现场情况做出判定，一是地质条件，二是参数取值，计算过程中应予以注重。
参考文献
[1]杨太生,胡兴福.地基与基础[M].北京:中国建筑工业出版社，2004.
[2]岳进.人工挖孔桩护壁设计[J].岳阳师范学院学报（自然科学版）,2002,15(4):75-78.
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[5]TB1001—2016.铁路路基设计规范[S].