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公路高大加筋擋墻設計方案的研究

10-31 22:06:11  瀏覽次數:886次  欄目:交通工程
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  加筋土擋墻的修建高度在不斷增加,高度加筋土擋墻(高度超過20m)在工程實踐中的應用也在逐步增多。但中國《公路加筋土工程設計規范》(JTJ015-91)〔1〕因高大加筋土擋墻的現場測試資料可借鑒利用的資料太少,而無法作有關規定或論述;另外1997年美觀聯邦公路局最新出版的加筋土設計與施工指南也未對特高大加筋土擋墻的設計于施工進行專門論述。由于這些原因導致工程技術人員在設計高大加筋土擋墻是沿用一般高度的加筋土擋墻設計理論與方法,要么使有的方面過于保守,要么使有的方面不安全。為滿足工程設計的實際需要,對于高大加筋土擋墻的研究已迫在眉睫。

  1.試驗研究概況

  筆者進行了室內模型試驗和現場原型高大加筋土擋墻的試驗研究,對高大加筋土擋墻的垂直土壓力、側向土壓力和筋帶拉力進行了測試分析。

  原型墻為云南楚大高速公路1號高大加筋土路肩墻。該墻總高度43.75m,后因測試導線被破壞,其測試部分高度為H=30.75m筋帶水平間距(Sr)與豎直間距(Sy)均為0.5m,填料為碎石土,其等效內摩擦角=35°,容量γ=20kn/m3,mɑ=tg(45°-2)=0.5206,Kц=0.271,如圖1所示。室內模型墻是對1號加筋土擋墻按1:15所修。

  2.高大加筋土擋墻設計方法

  2.1墻背破裂面的型式

  現有的設計規范的設計方法都不能反映破裂面與填料性質之間的關系,利用極限荷載法求出的理論破裂面則能反映出破裂面幾何尺寸h1、h2、b與填料性質的關系。用極限荷載法所求得的破裂面幾何尺寸間圖2

  對于路堤墻,H1=H+H2,H為墻高(m)ho為車輛荷載的等價土厚度(m),Hz為加筋體上路堤填土高度Hf的等價荷載高度,即衡載(cm);γ分別為填料的容重(KN/m3)和摩阻角(°)

  2.2筋帶拉力計算方法

  根據試驗研究和能量方法,在極限荷載法得出的破裂面基礎上,推導得埋深hì處拉筋的拉力Tì計算式如下

  (KN);Kì為測壓系數;hì為計算來臨的拉筋距墻頂距離(埋深)(m);Sr、Sy分別為拉筋距墻頂(埋深)(m);ì為計算拉筋的層位號(從上至下),且ì=hì/Sy;b為破裂體頂寬(m);GAì為車輛荷載分布在第ì層表面的垂直壓應力(KPa);其余符號意義同前。

  2.3垂直土壓力

  在室內模型試驗中,下層垂直土壓力平均較理論土柱壓力值小39%。為此,從安全角度考慮,建議在計算時,上部1/3墻高范圍內垂直土壓力按rhì理論值折減30%,即垂直土壓力可用式(6)、(7)計算

  這一“土拱”現象使得靠筋帶與土體之間摩擦來穩定土體的加筋土擋墻來說,是不利的。也就是說,在高大加筋土擋墻的設計時,底部筋帶與土體的摩擦力要進行折減,才能安全地確定筋帶的長度。同時,這一“土拱”現象對于高填土下的涵洞卻是非常有利的,即按土柱壓力rhì計算高填土涵洞頂的垂直壓力過于安全。

  由式(6)、(7)計算可得本研究的理論計算值,與原型墻實測結果和土柱壓力rhì的對比分析見表1.由表1可知,本研究推薦的垂直土壓力計算方法所計算的垂直土壓力于實測垂直土壓力相比較是合理的,與rhì理論計算值相比則更接近實測值,同時它也是安全的。

  在現場原型墻的測試資料還表明;垂直土壓力曲線在兩個臺階分層高度處,也有兩個臺階,這反映了由于加載形式的變化對垂直壓力所產生的影響,即由于分臺階使土柱壓力所產生的變化,這種變化使得下層土壓力相對上層土壓力增長速率減小,這有利于整個路堤的穩定。

  2.4面板后側壓力計算

  由室內模型試驗得到面板側壓力與筋帶最大拉力之比約為0.8,則由此可得到面板側壓力計算式

  根據1號原型墻的有關參數按式(8)、(9)所得的面板側壓力計算值與原型墻的現場實測值的對比見表2.計算時

  由表2可知,本研究推薦的理論計算方法所得到的側向土壓力與實測值相比,又能更好的接近實測值,由此證明本研究提出的計算式基本可行。

  (1)面板實測側壓力在上部1/3墻高范圍內隨墻高的增加呈線性增長;在中部1/3墻高范圍內面板側壓力隨墻高依然增長,但增長速率趨緩;在下部1/3墻高范圍內面板側壓力隨墻高增加反而減小,這反映了拉筋在替在破裂體整體受力過程中所起的作用。

  (2)如表2所示,在接近分臺階處,隨墻高的增加,土體側壓力均有一個突變性減少的過程,這說明分臺處的水泥穩定碎石墊層在使其整體受力過程中是起到了顯著作用的。即上一臺路堤只是相當于整體荷載在下一臺加筋體上,使得下一臺側壓力并非隨墻高而直線增長,這有利于減少側壓力,從而達到增大墻高,增加加筋土擋墻穩定性的目的。

  2.5筋帶長度計算

  2.5.1加筋帶活動區長度LHì

  加筋體中活動區與穩定區的分界面采用如圖2所示的簡化破裂面,其幾何尺寸見式(1),所以深度hì活動區加筋長度LHì為

  2.5.2加筋錨固長度

  加筋土擋墻要保持其內部穩定性,除滿足加筋不被拉斷外(截面積要求),尚需要滿足加筋帶不被拔出。若設加筋帶在穩定區的錨固長度為LA,則其抗拔力為

  對于路肩墻,加筋帶上的垂直壓力式為

  當hì>H/3時

  對于一般加筋土擋墻而言,最上層部分加筋帶總長度LS不得小于0.7H;底部拉筋長度LD不得小于0.4H,并不小于3m.對于高大加筋土擋墻,底部拉筋長度不得小于0.5H.

  2.6其他

  高大加筋土擋墻的筋帶數量計算、外部穩定性分析及地基承載力分析等與一般加筋土擋墻相似,此處不再贅述。

  3.結語

  在測試研究的基礎上,根據理論分析提出了高大加筋土擋墻的合理破裂面形式,建立了筋帶拉力計算式與面板后側壓力、垂直土壓力與筋帶錨固長度等計算方法,據此編制了計算分析的CAD軟件。

  筆者提出的高大加筋土擋墻設計計算方法,在經云南省楚大高速公路43.75m高加筋土擋墻設計和其他幾段加筋土擋墻(含①陡坡地段加筋土擋墻;②回填土地基加筋土擋墻;③軟弱地基加筋土擋墻;④河灘地段加筋土擋墻;⑤頂錨式基礎上的加筋土擋墻;⑥雙面高大加筋土擋墻等)的設計試用,所建工程已經過三個雨季的考驗是成功的。

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