加筋土高挡墙筋带应力的分布特点研究

雷胜友 惠蕾放 李姗姗

(1.长安大学公路学院,西安 710064;2.西安电子科技大学信息科学研究所,西安 710071)

某过境高速公路K10+841 m处有一个深黄土冲沟,下游是某工厂区,所以该路段修成高填方下的加筋土挡墙结构,这样沟谷填方体的总高度为57.1 m,这在高速公路的建设上实属罕见.对于处于这种特殊地形中的加筋土挡墙,其筋带应力是如何分布的,关于这些方面的报道比较少,因此针对以上问题进行了现场试验工作,其成果可供实际工程参考[1-3].

1 现场试验介绍

加筋土挡墙的筋带为钢筋混凝土串联块,每块的尺寸为250cm(长)×20cm(宽)×6cm(厚),4块串联而成一长段.所用墙面板为钢筋混凝土,正面为矩形,反面为槽型,正面尺寸为100 cm(长)×60 cm(高)×10.5cm(厚),每级挡墙设17层面板,挡墙的基础为0.30m厚的混凝土,面板的预留钢筋与筋带的外露钢筋相焊接.为了便于冲沟排水,沟底设现浇成钢筋混凝土拱涵一座[4].在筋带外露钢筋的上下面处粘贴电阻应变片,测筋带应力和变形.现场量测元件及设备的布设情况如图1所示(注:图中黑块为拉筋带上电阻应变片所在的位置).

图1 筋带上电阻应变片布设情况

2 现场试验结果分析

2.1 筋带应力的分布特点

筋带应力分布如图2所示.由图2(a)可以看出,第1根筋带上的应力全为压应力,且随填土高度的增加而增大,最大值出现在距面板2.5m处,整条筋带的变形为缩短变形.由图2(b)可知第2根筋带上的应力分布呈类似抛物线分布,面板与筋带连接处的应力逐渐由拉力变成压力,且数值越来越大.筋带上应力较大的两点出现在距面板约4 m处和7.5m处.4 m处的为拉应力,7.5m处的为压应力,在整条筋带上,拉应力占优,因此筋带总的变形为拉伸变形.由图2(c)可知,第3根筋带在面板处的应力逐渐变大,最终为拉应力,其它部位的数值为压应力,它们皆随填土高度的增加而变大,筋带上最大压应力出现在距面板约7.5m处.筋带处于缩短状态.由图2(d)看出,第4根筋带上的应力都为压应力,筋带与面板连接处的应力为压应力,随填土高度的增加,数值越来越大.筋带上除7.5m处外,其余各点的应力均为压应力,且数值较大,因此筋带总的变形为缩短变形.从图2(e)可知,对于第5根筋带:面板处的拉力随填土高度的增加越来越大,表现为拉应力.其他测点处的应力为压应力,筋带上压应力最大值出现在距面板约2.5m处,且随填土高度的增加而变大,而距面板约5 m处的压应力随填土高度的增加而变小,这样筋带总的变形为缩短变形.图2(f)所示的第6根筋带位于第二级挡墙顶部,即第二级挡墙高10.5m处.面板处的拉力随填土高度的增加而增加,最终值为100 MPa.其他处的应力值反而变小.图2(g)所示的第7根筋带位于第二级挡墙第16层与第17层面板的连接处.面板处的拉力逐渐变大,最终值为28MPa,筋带上最大拉应力出现在距面板约7.5 m处,其值为67MPa.筋带上的压应力出现在距面板约5m处,筋带总的变形为伸长变形.

为了更清楚区分墙面板与墙后填土体的位移情况,现列出墙面板的位移指向于表1中,从而可以看出,墙面板有离开土体,有压向土体的,其水平向位移并不一致,而是在竖向呈锯齿状.结合表2可以看出,由于填土体的变形比较大,所以墙面板绝对位移还是很大.如果说整个筋带是伸长变形,则与筋带相焊接的墙面板的相对位移方向是向外的,即离开填土体,反之亦然.然而从表2可以看出墙面板还是发生了向外的、较大的水平向位移,从而说明墙后填土体发生的水平向位移还是很大的.由于通过钢筋插销的连接,整个墙面板形成了一个整体,有些面板向内位移,有些则向外位移,从而导致一部分筋带在面板连接处表现为压应力,另一部分表现为拉应力,或在同一条筋带上有拉压应力的存在;另外,由于墙后填土体的差异沉降,导致土层间的差异变形,也会产生筋带上压应力的出现.因此当筋带上的应力不全为拉应力,对于同筋带相粘结的土体,只是反映了土筋之间摩阻力的方向发生变化,从传统意义上讲,潜在的破坏面线就是筋带上应力值最大点的连线,而不考虑拉筋上应力的正负号.当筋带上的最大应力点不止有一个时,说明潜在的破裂面线可能有几条,相近的几个破裂面线形成了破裂带,从这个意义上讲,墙后有潜在的破裂带而不是破裂面,根据筋带上最大应力的分布特点可确定加筋土挡墙破裂面(带)的位置.

表1 各筋带变形列表

表2 加筋土挡墙面板位移

3 结 论

在本文研究的加筋土挡墙中,筋带属于非柔性材料,同常规加筋土挡墙的筋带不同,所以筋带应力分布特点为:全为拉应力,或拉压应力兼有,或全为施压应力,但是可用筋带上最大应力点的位置确定墙后填土潜在破裂面,这个同现有规范不同.

[1］雷胜友.现代加筋土理论与技术[M].北京:人民交通出版社,2006:8.

[2］雷胜友.双面加筋土高挡墙的离心模型试验[J].岩石力学与工程学报,2005,24(3):417-423.

[3］雷胜友.考虑筋材对土体损伤的加筋土强度研究[J].三峡大学学报:自然科学版,2010,32(6):42-46.

[4］雷胜友.V形沟谷钢筋混凝土加筋土挡墙的强度特性分析[J].重庆交通学院学报,2001,20(1):65-68.