格構(gòu)式錨桿擋墻體系中格構(gòu)梁跨度影響因素

俞美華 寧萬輝

(1.湖北地環(huán)巖土工程有限公司，湖北 荊州 434000； 2.武漢鐵路局荊門橋工段，湖北 宜昌 443000)

1 概述

格構(gòu)式錨桿擋墻由錨桿和縱橫梁組成邊坡永久性支護結(jié)構(gòu)，不僅能夠嚴(yán)格控制邊坡坡體的變形，還能在格構(gòu)梁內(nèi)噴播植草，美化環(huán)境，在鐵路、公路、水利、市政等各行業(yè)應(yīng)用廣泛。近年來格構(gòu)梁的跨度，即縱梁的跨度根據(jù)規(guī)范及經(jīng)驗取值，跨度一般為3 m～5 m，2 m或6 m的跨度一般較少采用?？缍热≈挡缓侠恚粌H會增加工程造價，還會釀出工程質(zhì)量事故。本文從三個方面，即格構(gòu)梁設(shè)計、群錨效應(yīng)及巖土體擠壓效應(yīng)綜合確定跨度的最優(yōu)值。

2 格構(gòu)梁設(shè)計的影響

格構(gòu)梁內(nèi)力(彎矩的作用較大)一般要求結(jié)構(gòu)相同處越均勻越好，因此設(shè)計時以此為準(zhǔn)則。格構(gòu)梁的跨度對其內(nèi)力分布有重要影響，內(nèi)力計算決定著它的配筋，配筋滿足與否又決定著整個體系對邊坡的加固情況，因此，分析格構(gòu)梁的跨度有其必要性。為了研究格構(gòu)梁跨度對其內(nèi)力的影響，以平面體系為研究對象，需建立如下參數(shù)模型，如表1所示。

表1 研究格構(gòu)梁跨度對內(nèi)力影響時彈性地基梁計算模型參數(shù)

建立以上模型，采用理正軟件進行計算與分析。

格構(gòu)梁自由段的長度，按照已有的研究成果，取0.3L。這樣得出的模型平面圖見圖1。

如圖1所示，錨桿作用力簡化成節(jié)點處的集中力。為了便于描述格構(gòu)梁內(nèi)力，將模型平面圖的各部位稱謂進行統(tǒng)一，如圖2所示。

計算時采用彈性半無限空間地基模型，不考慮梁的自重，荷載與活載的分項系數(shù)均設(shè)為1。計算結(jié)果見表2及圖3。

表2 各跨度時格構(gòu)梁的內(nèi)力

由表2可知，邊支座的正彎矩要大于跨中的負彎矩絕對值，配筋時應(yīng)按照最大彎矩來合理配筋。格構(gòu)的彎矩值隨著跨度的增大而增大，剪力值不敏感。而且隨著跨度從2 m增大到4 m，邊支座的彎矩和中支座的彎矩值逐漸接近；從4 m再增大到6 m，邊支座的彎矩和中支座的彎矩值逐漸拉開。2 m跨度時梁支座的彎矩幅度相差5%，4 m跨度時彎矩幅度相差0.3%，6 m跨度時彎矩幅度相差1.8%。因此，從圖1～圖3可看出當(dāng)格構(gòu)跨度為4 m時，支座彎矩分配最均勻，同時自由段的長度可取1.2 m。

3 群錨效應(yīng)的影響

錨桿的間距即格構(gòu)梁的跨度，作為錨桿設(shè)計的重要環(huán)節(jié)之一，對格構(gòu)式錨桿擋墻設(shè)計影響重大。如果錨桿間距過大較為稀疏，則單根錨桿的錨固力過大，由此造成應(yīng)力集中現(xiàn)象；如果錨桿間距過小較為密集，又會發(fā)生群錨效應(yīng)而降低單根錨索錨固的作用。

群錨效應(yīng)就是因為巖土體內(nèi)部的應(yīng)力場疊加而形成的，工程實踐中為了減小群錨效應(yīng)，一般以剪應(yīng)力的影響范圍來確定錨桿的間距[1]。

結(jié)合多年理論與實踐研究，各國對錨桿的最小間距都做出了部分規(guī)定：日本規(guī)定最小間距在1.5 m以上；美國規(guī)定最小間距取內(nèi)錨固段直徑的6倍以上；我國規(guī)范也規(guī)定錨桿的最小間距不得小于1.5 m。

同時在日本建筑標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(1974)的規(guī)范中明確規(guī)定，群錨ls最小間距應(yīng)滿足(見式(1))：

(1)

式中：r——錨固段的平均半徑，m；

l——錨固段長度,m；

ls——錨桿最小間距。

對于錨桿最大間距，也應(yīng)做出限制，結(jié)合我國多個工程分析研究，錨桿的最大間距，文獻[1]建議一般間距不宜大于4 m。

由以上內(nèi)容可知，錨桿間距一般要大于最小錨桿間距l(xiāng)s，不宜大于4 m。

4 巖土體擠壓效應(yīng)的影響

錨桿在被加固邊坡巖土體中會形成一定厚度的擠壓帶。從邊坡穩(wěn)定性的角度出發(fā)，它既要求潛在滑面落在擠壓帶以內(nèi)，又要求具有較厚的擠壓帶。根據(jù)錨固力在巖土中的擴散傳遞可知，擠壓帶的厚度主要取決于錨桿長度及其間距，其厚度一般應(yīng)為2/3錨桿長考慮[2]。有試驗結(jié)果表明，巖土體受擠壓作用沿格構(gòu)梁底部和錨固段中部呈倒錐形破壞，角度為60°～90°[3]。假定格構(gòu)梁寬度a范圍內(nèi)壓力均勻分布(如圖4所示)，則格構(gòu)梁間距S可由式(2)求出，錨桿總長度等于擠壓帶厚度、兩端擠壓錐厚度及錨固段1/2長度之和。錨固段長度為L0，L0一般為(0.3～0.5)L[4]，且L0≤10 m。

(2)

式中：L——錨桿總長度，m；

a——格構(gòu)梁壓力均勻分布寬度，m；

S——格構(gòu)梁間距。

應(yīng)力愈大的錨桿，由于局部巖土體受力大，錨索長，故取較小值，反之則取較大值。工程應(yīng)用中若能準(zhǔn)確的判斷擠壓錐的擴散角度以及擠壓帶的厚度，則按上述理論分析可得到較合理的格構(gòu)梁跨度。在缺乏確切數(shù)據(jù)的情況下及正確指導(dǎo)方法的時候，建議格構(gòu)梁跨度在(2.5～5.0)m范圍內(nèi)取值。

5 結(jié)語

綜合以上格構(gòu)梁自身設(shè)計的影響、群錨效應(yīng)的影響及巖土體擠壓效應(yīng)的影響三方面對格構(gòu)梁跨度進行研究時得出：在不具備實驗條件及無法獲得正確數(shù)據(jù)的前提下，根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗參數(shù)，格構(gòu)梁的跨度建議在3 m～5 m范圍內(nèi)尋求最優(yōu)值。