預(yù)應(yīng)力錨索柱板墻現(xiàn)場動態(tài)測試研究

馬興峰，李志勇，董城

(1.衡桂高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南衡陽421001;2.湖南省交通科學(xué)研究院，湖南長沙410015)

0 前言

柱板墻由于其對地基的承載力要求較低，對基底的寬度要求較小，在結(jié)合錨桿與錨索的作用時還能夠達到一般擋墻難以達到的高度，因此，在山區(qū)地質(zhì)地形條件復(fù)雜的公路建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用［1-6］。隨著交通量增大，車輛荷載的重型化，汽車載重量的加大，以及行駛速度的提高，使交通運輸呈現(xiàn)出“大流量、重載和渠化交通”的特點。使得車輛運載能力快速提高的同時也相應(yīng)地增加了作用在支擋結(jié)構(gòu)上的壓力。這樣會使其服務(wù)能力顯著降低。因此，必須正確認識和了解動荷載對支擋結(jié)構(gòu)的影響。

目前，對于動荷載對路基與路面的破壞作用已有大量的實驗進行了證明，而動荷載對支擋結(jié)構(gòu)的影響則一直沒有引起重視［3］。行駛在路面上的車輛對路面結(jié)構(gòu)施加大小和位置都隨機變化的動力荷載，并且該種荷載的變化還與路面表面狀況(主要為不平整度)、車輛結(jié)構(gòu)特性、懸架系統(tǒng)、車速、載重等因素密切相關(guān)。作用在支擋結(jié)構(gòu)上的壓力也必然會隨著路面荷載的變化而發(fā)生變化。本著提高支擋結(jié)構(gòu)使用性能的目的，以預(yù)應(yīng)力錨索柱板墻為研究對象，進行試驗研究。本次實驗擬通過一定規(guī)模的現(xiàn)場監(jiān)測來確定各種影響，為分析重型運動車輛對預(yù)應(yīng)力錨索柱板墻的損傷破壞機理提供依據(jù)。

1 實驗概況

試驗采用動土壓力盒進行測試，測試儀器采用DH5935動態(tài)應(yīng)變儀進行動態(tài)數(shù)據(jù)的收集，并利用動土壓力傳感器直接測得應(yīng)變值。試驗車輛采用三軸10輪的“東風(fēng)”重型普通貨車(EQ1166G2)，后軸為雙輪，外輪距2.05 m，內(nèi)輪距1.60 m，前軸輪距1.90 m，后兩軸軸距1.30 m，前軸與最近后軸軸距5.90 m。試驗時，車輛載重采用空載、滿載、超載情況下不同車速、不同車道進行試驗。具體試驗情況見表1，測試元件布置如圖1。

表1 影響因素組合表

2 測試結(jié)果與分析

2.1 不同載重下動應(yīng)變變化規(guī)律

為考慮不同載重下行車荷載對路基與擋墻的動力影響情況，在本次測試中將車輛行駛在超車道上進行試驗，選取車速70 km/h滿載時作為典型代表進行分析。其他車速下的測試結(jié)果類似。由于材料的阻尼以及測試儀器的靈敏度原因，深于2.0 m的原件測不到明顯的波形，故僅將有明顯波形的測試結(jié)果進行分析，具體試驗結(jié)果見圖2～圖5。

圖1 測試元件布置圖(單位:m)

圖2 不同載重下路面下0．5 m路基動應(yīng)變時程曲線

圖3 不同載重下路面下1．5 m路基動應(yīng)變時程曲線

圖4 不同載重預(yù)應(yīng)力錨索柱板墻頂下0．25 m動應(yīng)變時程曲線

圖5 不同載重預(yù)應(yīng)力錨索柱板墻頂下1．25 m動應(yīng)變時程曲線

測試表明:①前輪通過時動應(yīng)變峰值明顯小于后輪通過時的動應(yīng)變峰值;②載重越大，動應(yīng)變峰值也越大。超載的動應(yīng)變峰值最大，滿載時的次之，空載的最小;③擋土墻上的動應(yīng)變方向在墻頂處與其它位置是相反的。在墻頂處朝著減小的方向振動，在其他位置朝著增加的方向振動。說明在行車荷載的作用下，在墻頂處，墻面與填料之間存在脫離的趨勢，而墻下一定范圍內(nèi)墻面與填料之間接觸得更加緊密。

2.2 不同速度下動應(yīng)變變化規(guī)律

為考慮不同車速下汽車動荷載對路基與擋墻的影響，在本次測試中以汽車滿載情況下，分別以50、70、90 km/h三檔進行測試。測試結(jié)果見圖6、圖7。

圖6 不同速度下路面下0．5 m路基動應(yīng)變時程曲線

圖7 不同速度預(yù)應(yīng)力錨索柱板墻頂下0．25 m動應(yīng)變時程曲線

測試表明:車速從50 km/h增加到70 km/h時，路基與擋墻的動應(yīng)變略有減小，基本保持不變。從70 km/h增加到90 km/h時，動應(yīng)變略有增加，但增加量很小。由此可以看出，汽車速度變化對擋土墻和路基的動應(yīng)變變化的影響相當小，故在進行擋土墻的設(shè)計時可以不考慮車速的影響。

2.3 車輛行駛在不同車道下動應(yīng)變變化規(guī)律

在本次動載試驗中，測試擋土墻的動應(yīng)變變化規(guī)律時主要將車輛以70 km/h行駛在超車道上進行試驗。測試結(jié)果見圖8、圖9。從圖中可以看出:當汽車行駛在超車道時，對擋墻的動態(tài)響應(yīng)規(guī)律均與汽車行駛在行車道上的規(guī)律相似，但前者引起的應(yīng)變峰值遠小于后者引起的應(yīng)變峰值。

圖8 汽車行駛在超車道時路基動應(yīng)變時程曲線

圖9 汽車行駛在超車道時預(yù)應(yīng)力錨索柱板墻動應(yīng)變時程曲線

從圖10中可以看出，汽車行駛在不同車道時，在超車道上對擋土墻的動態(tài)影響遠小于在行車道上對擋土墻的影響。因此，在進行該類擋土墻的設(shè)計時主要考慮與擋土墻鄰近的動荷載的作用。

圖10 汽車在不同車道時動應(yīng)變峰值隨深度變化曲線

3 結(jié)語

本文對重型車輛在不同載重、不同車速、行駛在不同車道時對預(yù)應(yīng)力錨索柱板墻的動態(tài)響應(yīng)情況進行了測試，主要得出了以下幾點:

1)隨著車輛載重的增加，動荷載在擋土墻中引起的動應(yīng)變都顯著增加，后輪的影響大于前輪影響。這表明汽車荷載的增加是引起擋土墻破壞的重要原因。

2)汽車速度的增加，對擋土墻的作用有所加強，但對其動應(yīng)力的影響較小。

3)汽車在超車道上行駛時，對擋土墻的影響程度遠小于在行車道上行駛時的影響。故在進行此類擋土墻的設(shè)計計算時，應(yīng)主要考慮汽車荷載以及在行車道上的動荷載的作用。

［1］俞琛，李昉.預(yù)應(yīng)力錨索柱板墻的設(shè)計原理、施工與經(jīng)濟分析［J］.鐵道標準設(shè)計，2003(10).

［2］李國正，陳新.錨拉式樁板墻結(jié)構(gòu)模型試驗和數(shù)值模擬研究［J］.西南民族大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2005，31(1):94-98.

［3］富海鷹，何昌榮.新型預(yù)應(yīng)力錨拉式樁板墻的原型觀測分析［J］.巖土工程學(xué)報，2005，27(9):1050-1054.

［4］尉希成，周美玲.支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［5］顧尉慈.擋土墻土壓力計算手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.

［6］李海光.新型支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計與工程實例［M］.北京:人民交通出版社，2004.