水位變化對錨索樁板墻的影響

2011-05-04 08:42:02藍文兵

鐵道建筑 2011年9期

藍文兵

(云南省交通規劃設計研究院，昆明 650011)

1 錨索樁板墻

錨索樁板墻是目前在港口、交通、水利、路橋等生命線工程中的一種常見的構筑物，主要由混凝土樁、混凝土擋土板、預應力拉索三部分組成。錨索樁板墻主要修建于滑坡體上，用于防止滑動體的滑動。經常見到路基沿河側的錨索樁板墻由于水位變化造成的破壞，以至于阻斷交通。

錨索樁板墻應用于水位變化區域時，水位的變化會對擋墻產生一定的影響。水位變化有兩種情況:驟變和緩變。所謂驟變一般是指擋墻前水位變化很快，擋墻后滑坡內自由面或滲流浸潤線滯后于擋墻前水位變化;所謂緩變是指在擋墻前水位變化過程中，擋墻后土體內的自由面與擋墻前水位變化基本上同步。緩變對擋墻的影響主要集中在土體含水量的變化對抗剪強度參數的影響，以及水位變化造成影響區域內土體重度發生相應變化。驟變除了會造成上述影響外，還會由于擋墻內外及擋墻土體不同位置的水頭差導致滲透力的形成，使擋墻穩定性的變化更為復雜化。

2 數值分析

某公路段的錨索樁板墻處在一水庫回水的影響范圍內，此錨索樁板墻長192 m，距水庫大壩壩址約2 km，全長范圍內公路路基均為半填半挖。此段錨索樁板墻設置兩排錨索的樁有18根，設置三排錨索的樁有31根，樁間凈距4 m。第一排錨索距樁頂4 m，第二排錨索距樁頂7 m，第三排錨索距樁頂10.2 m。三排錨索傾角均為15°，錨索采用6φ15.2預應力鋼絞線，鋼絞線為1860 MPa的高強度低松弛預應力鋼絞線。樁身及擋土板采用C30混凝土。考慮到錨索樁板墻的受力特點，現取受力最不利的33號樁進行分析，此樁設置有三排錨索。33號樁處的道路橫斷面見圖1。

圖1 33號樁處道路橫斷面(單位:cm)

利用MIDAS軟件建立有限元模型，樁身周圍土模擬為縱向和橫向兩個水平方向的彈性支承，其彈簧系數Ki=miHiSib1(kN/m)(其中m值為非巖石地基水平向抗力系數的比例系數，Hi為各節點距土表面的距離，Si=1 m)，樁底為豎向支承。

樁邊長b=1.25 m，樁的計算寬度b1=kkf(b+1)=1.0×1.0×2.25=2.25 m(k=1.0，kf=1.0)

33號樁處錨索錨固土體為褐黃、褐灰色碎石土，石質為砂巖、玄武巖、灰巖，礫砂充填。中密，稍濕～飽和，容許承載力300～350 kPa。考慮水位變化對土壤承載力造成的影響，地下水會使土壤結構受到破壞，黏結力失效，當土的含水量比最佳含水量大2%時，黏性土的內摩擦角可降低30%～60%，黏聚力可降低10% ～50%，土壤浸沒水中時 mi=20 000 kN/m4，無水時mi=40 000 kN/m4，水位線以上土重度 γ1=19 kN/m3，內摩擦角 φ1=35°，水位線以下土取其浮重度 γ2=10.5 kN/m3，內摩擦角 φ2=17°，水的重度 γw=10 kN/m3。

車輛荷載在擋土墻后填土的破壞樓體上引起的土側壓力，根據《公路橋涵設計通用規范》(JTG D60—2004)以換算土層厚度計算。

擋土墻高15.3 m時，其計算長度B=13+15.3×tan30°=21.83 m，路基寬度 l0=17 m。B×l0面積內車輪總重力Σ G=4×550=2 200 kN，則等代均布土層厚度 h=Σ G/(Bl0γ1)=0.312 m。

3 計算結果

3.1 錨索受力隨水位變化

從表1可以看出，各排錨索的拉力隨水位的上升均增加，最下一排(第一排)錨索的拉力隨水位的上升增加較上面兩排快。水位上升到5 m與最初不考慮水的影響時相比，第一排錨索拉力增幅36%，第三排錨索拉力增幅21%。水位上升到5 m后由于水位驟降形成的墻前后水頭差致使第一排錨索拉力增幅達15%，第三排錨索拉力增幅7%。