柱板式錨索擋土墻墻背土壓力的分布規(guī)律

柳曉春，張景濤

（中國聯(lián)合工程公司規(guī)劃市政設(shè)計研究院，浙江杭州 310014）

0 前言

支擋結(jié)構(gòu)是巖土工程中的一個重要的組成部分，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)水平的提高與基本建設(shè)的不斷發(fā)展，以及支擋結(jié)構(gòu)技術(shù)水平的提高和減少環(huán)境破壞、節(jié)約用地觀念的加強(qiáng)等，支擋結(jié)構(gòu)在巖土工程中的使用越來越廣泛，所占的比重也越來越大。長期以來重力式擋土墻在支擋工程中一直占有主導(dǎo)地位，然而，由于其截面大、圬工數(shù)量多、施工進(jìn)度緩慢，在地形困難、石料缺乏地區(qū)應(yīng)用不便，其使用上的缺點(diǎn)也是明顯的。因此，研究引進(jìn)和推廣新型、輕型支擋結(jié)構(gòu)，一直是巖土工程技術(shù)人員在工程實(shí)踐中的一個重要內(nèi)容[2]。新型、輕型支擋結(jié)構(gòu)例如：懸臂式、扶臂式、錨桿式、加筋土式、錨碇板式等新類型的擋土墻，以及抗滑樁、樁板式墻、土釘墻、錨索樁等新型的支擋結(jié)構(gòu)迅速得到推廣運(yùn)用。這些新型支擋結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)輕、施工快捷、便于預(yù)制和機(jī)械化施工、節(jié)省材料和勞力、造價低等優(yōu)點(diǎn)。

本文所研究柱板式錨索擋土墻，屬于輕型支擋結(jié)構(gòu)的一種聯(lián)合運(yùn)用，在公路，以及邊坡工程[3]中運(yùn)用較為廣泛。本文主要通過埋設(shè)土壓力盒，現(xiàn)場實(shí)測的方法，研究分析了柱板式錨索擋土墻墻背土壓力的分布規(guī)律。

1 工程試驗概況

測試工點(diǎn)為湖南某高速公路擋土墻。選取監(jiān)測斷面路基位于強(qiáng)風(fēng)化破碎巖層上。采用半填半挖路基邊坡支擋技術(shù)進(jìn)行支護(hù)。

2 元件埋設(shè)

斷面埋設(shè)的觀測設(shè)備有:鋼弦式土壓力盒5個，測斜管3根，鋼筋計9根，錨索應(yīng)變計1 5個，R M M S-2 0 1型錨索測力計2個。（本文只對所涉及土壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析）

3 柱板式錨索擋土墻墻背土壓力分布和變化情況

柱板式錨索擋土墻墻背填土工作結(jié)束以后，按要求以一定的觀測頻率，對土壓力進(jìn)行持續(xù)觀測。柱板式錨索擋土墻土壓力測點(diǎn)布置如圖1、圖2所示，表1和圖3為填土工作結(jié)束以后，實(shí)測土壓力隨時間變化及穩(wěn)定情況，圖4為柱板式錨索擋土墻墻背土壓力隨深度變化及分布情況。

圖1 監(jiān)測元件布置正視圖（單位：cm）

從表1以及圖4可以看出，填土結(jié)束以后的開始階段，臺背土壓力隨時間有較大變化，但經(jīng)過2個月以后，除測點(diǎn)2 8外其余各測點(diǎn)的土壓力基本上已趨于穩(wěn)定。

結(jié)合圖3及表1中的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)：

（1）柱板式錨索擋土墻墻背填土完成后，土壓力與填土深度并非線性關(guān)系。

圖2 監(jiān)測元件布置側(cè)視圖

表1 柱板式錨索擋土墻實(shí)測土壓力隨時間變化和穩(wěn)定情況一覽表

（2）從墻背土壓力隨深度分布曲線變化具體規(guī)律看，曲線大致呈B字型，土壓力從墻的頂部處逐漸增大，在距填土頂面約 1/3高度處土壓力達(dá)到最大值，1/3高度以下土壓力反而有所減小。這是由于填土受地面摩擦力的影響，地面承擔(dān)了一部分土壓力從而導(dǎo)致?lián)醢逅軌毫Φ臏p小。

圖4 柱板式錨索擋土墻實(shí)測土壓力隨時間變化情況曲線圖

（3）此外，對照土壓力測點(diǎn)布置圖2，我們發(fā)現(xiàn)墻背土壓力隨深度分布曲線，土壓力的兩個峰值分別出現(xiàn)在3.25m及6.25m處，恰好位于上下兩排錨索張拉的位置，說明錨索的張拉對柱板式錨索擋土墻這一輕型支擋結(jié)構(gòu)墻背土壓力分布的影響是非常大的。

4 與其它工點(diǎn)實(shí)測土壓力的比較

柱板式錨索擋土墻測試得到的土壓力分布的主要特征就是非線性分布特征，以及錨索對墻背土壓力的顯著影響。實(shí)際上早在1943年，太沙基在其所著的《理論土力學(xué)》一書中，就已經(jīng)指出了土壓力的非線性分布性質(zhì)。其后在許多學(xué)者的土壓力試驗中[4][5]，也證實(shí)了這一特點(diǎn)，圖5是伏爾加水電站船閘閘墻上觀測得到的土壓力分布圖，墻后填土為砂土，土壓力從墻的頂部處逐漸增大，到墻高的1/3處左右，土壓力達(dá)到最大，隨后土壓力又逐漸減少，該擋土墻三次測試結(jié)果（在不同時期），土壓力的圖形基本相同[6]。

將圖5與實(shí)測土壓力比較后可發(fā)現(xiàn)，兩者的分布形式比較接近，都是非線性分布，底部土壓力有所減小。而且隨時間變化土壓力隨深度分布形狀基本不變。

又如在湖南某碼頭擋土墻實(shí)測的土壓力分布中，也同樣觀測到土壓力的非線性分布。實(shí)際上土壓力沿墻高的分布與墻背面邊坡的開挖坡度，填土的性質(zhì)，擋墻的位移等因素有關(guān)。

某些相關(guān)試驗也表明,土壓力沿墻高的分布,與擋土墻的位移方式有關(guān)。當(dāng)擋墻的位移是以墻踵為中心,朝偏離填土的方向相對轉(zhuǎn)動時,或朝填土方向相對轉(zhuǎn)動時,墻背面的土壓力沿墻高的分布為線性分布,土壓力分布圖形為三角形；當(dāng)擋墻位移以墻頂為中心,朝偏離填土的方向相對轉(zhuǎn)動時,墻背面的土壓力沿墻高的分布為非線性,土壓力分布圖形為曲線形；當(dāng)擋墻的位移是朝偏離填土的方向水平位移時,墻背面的土壓力沿墻高的分布為非線性,土壓力分布為曲線形。

5 結(jié)論

柱板式錨索擋土墻墻背填土完成后，土壓力與填土深度并非線性關(guān)系；墻背土壓力隨深度分布曲線大致呈B字型，土壓力從墻的頂部處逐漸增大，在距填土頂面約1/3高度處土壓力達(dá)到最大值，1/3高度以下土壓力反而有所減小；錨索的張拉對柱板式錨索擋土墻這一輕型支擋結(jié)構(gòu)墻背土壓力分布的影響較為顯著。

[1]柳曉春.柱板式錨索擋土墻的試驗研究與數(shù)值分析[D].長沙：中南大學(xué)，2007

[2]中國巖土錨固工程協(xié)會，巖土錨固工程[J].1998年以后各期.

[3]崔政權(quán)，李寧.邊坡工程——理論與實(shí)踐的最新發(fā)展[M].北京:中國水利電力出版社，1999：83-89.

[4]楊果林，黃向京.不同氣候條件膨脹土路堤土壓力的變化規(guī)律試驗研究[J].巖土工程學(xué)報，2005,27(8):948-955.

[5]阮波,冷伍明,李亮，土壓力非線性分布的研究.長沙鐵道學(xué)院學(xué)報[J].2001,19(4):73-76.

[6]顧念慈.擋土墻土壓力計算[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,2001：145-158.