在石質邊坡下棚洞回填體材料的優化方案

李 駿

(重慶市交通工程監理咨詢有限責任公司)

在石質邊坡下棚洞回填體材料的優化方案

李 駿

(重慶市交通工程監理咨詢有限責任公司)

本文以某棚洞為依托研究對象，采用有機玻璃棚洞模型進行試驗，提出對棚洞施工中在石質邊坡下回填體材料的優化方案，對以后的棚洞回填體材料的選擇有很好的指導意義。

石質邊坡 棚洞 回填材料 優化方案

1 依托工程情況

本次模型試驗以某棚洞為依托，模型實體結構高度9.8m，寬度1.426m，縱向單元長度9.5×4=38m。棚洞結構采用鋼筋混凝土結構，地系梁截面尺寸為0.75m ×0.5m；斜柱尺寸為1.2m×1.2m，相鄰兩斜柱中心間距9.5m；斜柱頂端設有縱向托梁，托梁為暗梁結構，托梁高度為1.8m，寬度1.0m；曲墻平板厚度為0.8m鋼筋混凝土結構。棚洞所有結構均采用C35鋼筋混凝土結構。

棚洞邊坡巖體從上至下依次為：棚洞結構與邊坡間的回填主要采用干碼片石和耕植土兩種材料。

2 棚洞模型目的和方案

2.1 試驗目的

（1）通過改變圍巖邊坡的坡率和回填體材質的組合變化，選擇合適的回填體材料。

（2） 對棚洞結構未來性態做出預測。

2.2 試驗方案

模型實驗中邊坡、回填體和棚洞結構之間的相互作用關系是本次模型實驗的關鍵技術問題，試驗方案如下:

表3 -1 棚洞結構模型試驗方案

2.3 模型試驗系統

根據實際需要模型的尺寸相似比選用1：25，根據結構內力值選定結構有機玻璃的尺寸，取一聯（4跨）棚洞結構作為模型試驗對象。如下圖所示：

圖1 棚洞結構模型橫斷面圖（單位：mm）

圖2 棚洞結構模型縱斷面圖（單位：mm）

2.4 棚洞邊坡圍巖模擬材料

本次模型實驗采用砂為骨料，以石膏為主要膠結材料，以水泥、石灰、膨潤土等為輔助膠結材料。

2.5 棚洞模型監測方案

本模型試驗目的是確定水平推力對棚洞結構的影響，以及邊坡與棚洞結構間的相互作用關系，監測的主要項目有：（1）邊坡與回填體間的接觸應力監測；（2）棚洞結構與回填體間的接觸應力監測；（3）棚洞曲墻平板結構內力監測；（4）棚洞托梁內力監測；（5）棚洞斜柱內力監測；（6）棚洞地基梁內力監測；（7）棚洞樁基礎頂端水平推力監測；（8）棚洞結構的位移監測。測量儀器的橫斷面布設如圖3-5所示。

圖3 測點橫斷面布置圖

3 棚洞模型數據分析

本次模型實驗數據分析僅選取1：0.3坡率的巖質邊坡，漿砌片石回填和土石回填對比分析。

1）回填體與曲墻平板的接觸應力分析

圖4 曲墻平板接觸應力發展趨勢圖(漿砌片石回填)

圖5 曲墻平板接觸應力發展趨勢圖(土石回填)

在巖質邊坡1:0.3坡率的情況下，采用土石回填引起曲墻平板的接觸應力較大，而采用漿砌片石引起的曲墻平板的接觸應力較小，這是由于結構自身的剛度和回填體剛度，以及回填體體積等因素整體決定的。在巖質邊坡坡率均為1:0.3的情況下，采用漿砌片石回填比采用土石回填引起結構的受力更小，對于結構的受力和安全是有益的。

2）棚洞頂板水平位移分析

圖6 棚洞頂板水平位移發展趨勢圖(漿砌片石回填)

圖7 棚洞頂板水平位移發展趨勢圖(土石回填)

在巖質邊坡坡率1:0.3的情況下，漿砌片石回填引起的水平位移較土石回填引起的水平位移小，主要是因為引起結構水平位移的仍然是回填荷載的水平推力，在巖質邊坡坡率為1:0.3的情況下，采用土石回填引起的側向壓力更大。

3）棚洞結構內力分析因棚洞結構中，斜柱為主要受力對象，故本文以斜柱內力為主要分析對象。

圖8 斜柱表面應力發展趨勢圖

圖9 斜柱表面應力發展趨勢圖

在巖質邊坡坡率1:0.3的情況下，采用漿砌片石回填及土石回填引起的斜柱應力變化規律及應力分布規律基本上相同，在回填完成后，即達到最大值；在應力分布上，斜柱底端外測承受壓應力，內側承受拉力，斜柱頂端外側承受拉應力，內側承受壓應力。在邊坡穩定的情況下，采用土石回填引起斜柱結構應力較采用漿砌片石回填引起的斜柱應力增大50%左右，說明填料對斜柱結構應力具有明顯的影響。

4 結論

本文經過對棚洞模型結構的分類實驗研究，結合相關實驗數據，探討不同回填體形式下棚洞結構的受力情況，可得如下結論：

1) 在巖質邊坡坡率為1:0.3的情況下，采用漿砌片石回填比采用土石回填引起結構的受力更小，對于結構的受力和安全是有益的；

2) 在不同的回填料情況下，棚洞結構內力受力均以斜柱位置處受力最大，中跨位置的斜柱受力大于邊跨位置處的斜柱受力，同根斜柱的上部位置受力大于下部位置的受力，但采用漿砌片石回填料更有益于棚洞結構的受力；

3) 在巖質邊坡坡率為1:0.3的情況下，采用土石回填引起的側向壓力更大，不利于棚洞結構的安全。

[1]交通部公路司和中國工程建設標準化協會公路工程委員會.JTG B01—2003公路工程技術標準.北京：人民交通出版社，2003.

[2]中交第二公路勘察設計研究院.JTG D30—2004公路路基設計規范.北京：人民交通出版社，2004.

[3]重慶交通科研設計院.JTG D70—2004公路隧道設計規范.北京：人民交通出版社，2004.

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1007-6344（2015）05-0288-02