加筋土高擋墻筋帶應(yīng)力的分布特點(diǎn)研究

雷勝友 惠蕾放 李?yuàn)檴?/p>

(1.長安大學(xué)公路學(xué)院,西安 710064;2.西安電子科技大學(xué)信息科學(xué)研究所,西安 710071)

某過境高速公路K10+841 m處有一個(gè)深黃土沖溝,下游是某工廠區(qū),所以該路段修成高填方下的加筋土擋墻結(jié)構(gòu),這樣溝谷填方體的總高度為57.1 m,這在高速公路的建設(shè)上實(shí)屬罕見.對(duì)于處于這種特殊地形中的加筋土擋墻,其筋帶應(yīng)力是如何分布的,關(guān)于這些方面的報(bào)道比較少,因此針對(duì)以上問題進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)工作,其成果可供實(shí)際工程參考[1-3].

1 現(xiàn)場試驗(yàn)介紹

加筋土擋墻的筋帶為鋼筋混凝土串聯(lián)塊,每塊的尺寸為250cm(長)×20cm(寬)×6cm(厚),4塊串聯(lián)而成一長段.所用墻面板為鋼筋混凝土,正面為矩形,反面為槽型,正面尺寸為100 cm(長)×60 cm(高)×10.5cm(厚),每級(jí)擋墻設(shè)17層面板,擋墻的基礎(chǔ)為0.30m厚的混凝土,面板的預(yù)留鋼筋與筋帶的外露鋼筋相焊接.為了便于沖溝排水,溝底設(shè)現(xiàn)澆成鋼筋混凝土拱涵一座[4].在筋帶外露鋼筋的上下面處粘貼電阻應(yīng)變片,測筋帶應(yīng)力和變形.現(xiàn)場量測元件及設(shè)備的布設(shè)情況如圖1所示(注:圖中黑塊為拉筋帶上電阻應(yīng)變片所在的位置).

圖1 筋帶上電阻應(yīng)變片布設(shè)情況

2 現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 筋帶應(yīng)力的分布特點(diǎn)

筋帶應(yīng)力分布如圖2所示.由圖2(a)可以看出,第1根筋帶上的應(yīng)力全為壓應(yīng)力,且隨填土高度的增加而增大,最大值出現(xiàn)在距面板2.5m處,整條筋帶的變形為縮短變形.由圖2(b)可知第2根筋帶上的應(yīng)力分布呈類似拋物線分布,面板與筋帶連接處的應(yīng)力逐漸由拉力變成壓力,且數(shù)值越來越大.筋帶上應(yīng)力較大的兩點(diǎn)出現(xiàn)在距面板約4 m處和7.5m處.4 m處的為拉應(yīng)力,7.5m處的為壓應(yīng)力,在整條筋帶上,拉應(yīng)力占優(yōu),因此筋帶總的變形為拉伸變形.由圖2(c)可知,第3根筋帶在面板處的應(yīng)力逐漸變大,最終為拉應(yīng)力,其它部位的數(shù)值為壓應(yīng)力,它們皆隨填土高度的增加而變大,筋帶上最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在距面板約7.5m處.筋帶處于縮短狀態(tài).由圖2(d)看出,第4根筋帶上的應(yīng)力都為壓應(yīng)力,筋帶與面板連接處的應(yīng)力為壓應(yīng)力,隨填土高度的增加,數(shù)值越來越大.筋帶上除7.5m處外,其余各點(diǎn)的應(yīng)力均為壓應(yīng)力,且數(shù)值較大,因此筋帶總的變形為縮短變形.從圖2(e)可知,對(duì)于第5根筋帶:面板處的拉力隨填土高度的增加越來越大,表現(xiàn)為拉應(yīng)力.其他測點(diǎn)處的應(yīng)力為壓應(yīng)力,筋帶上壓應(yīng)力最大值出現(xiàn)在距面板約2.5m處,且隨填土高度的增加而變大,而距面板約5 m處的壓應(yīng)力隨填土高度的增加而變小,這樣筋帶總的變形為縮短變形.圖2(f)所示的第6根筋帶位于第二級(jí)擋墻頂部,即第二級(jí)擋墻高10.5m處.面板處的拉力隨填土高度的增加而增加,最終值為100 MPa.其他處的應(yīng)力值反而變小.圖2(g)所示的第7根筋帶位于第二級(jí)擋墻第16層與第17層面板的連接處.面板處的拉力逐漸變大,最終值為28MPa,筋帶上最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在距面板約7.5 m處,其值為67MPa.筋帶上的壓應(yīng)力出現(xiàn)在距面板約5m處,筋帶總的變形為伸長變形.

為了更清楚區(qū)分墻面板與墻后填土體的位移情況,現(xiàn)列出墻面板的位移指向于表1中,從而可以看出,墻面板有離開土體,有壓向土體的,其水平向位移并不一致,而是在豎向呈鋸齒狀.結(jié)合表2可以看出,由于填土體的變形比較大,所以墻面板絕對(duì)位移還是很大.如果說整個(gè)筋帶是伸長變形,則與筋帶相焊接的墻面板的相對(duì)位移方向是向外的,即離開填土體,反之亦然.然而從表2可以看出墻面板還是發(fā)生了向外的、較大的水平向位移,從而說明墻后填土體發(fā)生的水平向位移還是很大的.由于通過鋼筋插銷的連接,整個(gè)墻面板形成了一個(gè)整體,有些面板向內(nèi)位移,有些則向外位移,從而導(dǎo)致一部分筋帶在面板連接處表現(xiàn)為壓應(yīng)力,另一部分表現(xiàn)為拉應(yīng)力,或在同一條筋帶上有拉壓應(yīng)力的存在;另外,由于墻后填土體的差異沉降,導(dǎo)致土層間的差異變形,也會(huì)產(chǎn)生筋帶上壓應(yīng)力的出現(xiàn).因此當(dāng)筋帶上的應(yīng)力不全為拉應(yīng)力,對(duì)于同筋帶相粘結(jié)的土體,只是反映了土筋之間摩阻力的方向發(fā)生變化,從傳統(tǒng)意義上講,潛在的破壞面線就是筋帶上應(yīng)力值最大點(diǎn)的連線,而不考慮拉筋上應(yīng)力的正負(fù)號(hào).當(dāng)筋帶上的最大應(yīng)力點(diǎn)不止有一個(gè)時(shí),說明潛在的破裂面線可能有幾條,相近的幾個(gè)破裂面線形成了破裂帶,從這個(gè)意義上講,墻后有潛在的破裂帶而不是破裂面,根據(jù)筋帶上最大應(yīng)力的分布特點(diǎn)可確定加筋土擋墻破裂面(帶)的位置.

表1 各筋帶變形列表

表2 加筋土擋墻面板位移

3 結(jié) 論

在本文研究的加筋土擋墻中,筋帶屬于非柔性材料,同常規(guī)加筋土擋墻的筋帶不同,所以筋帶應(yīng)力分布特點(diǎn)為:全為拉應(yīng)力,或拉壓應(yīng)力兼有,或全為施壓應(yīng)力,但是可用筋帶上最大應(yīng)力點(diǎn)的位置確定墻后填土潛在破裂面,這個(gè)同現(xiàn)有規(guī)范不同.

[1］雷勝友.現(xiàn)代加筋土理論與技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2006:8.

[2］雷勝友.雙面加筋土高擋墻的離心模型試驗(yàn)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005,24(3):417-423.

[3］雷勝友.考慮筋材對(duì)土體損傷的加筋土強(qiáng)度研究[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,32(6):42-46.

[4］雷勝友.V形溝谷鋼筋混凝土加筋土擋墻的強(qiáng)度特性分析[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào),2001,20(1):65-68.