水位变化对锚索桩板墙的影响

2011-05-04蓝文兵

铁道建筑 2011年9期

蓝文兵

(云南省交通规划设计研究院，昆明 650011)

1 锚索桩板墙

锚索桩板墙是目前在港口、交通、水利、路桥等生命线工程中的一种常见的构筑物，主要由混凝土桩、混凝土挡土板、预应力拉索三部分组成。锚索桩板墙主要修建于滑坡体上，用于防止滑动体的滑动。经常见到路基沿河侧的锚索桩板墙由于水位变化造成的破坏，以至于阻断交通。

锚索桩板墙应用于水位变化区域时，水位的变化会对挡墙产生一定的影响。水位变化有两种情况:骤变和缓变。所谓骤变一般是指挡墙前水位变化很快，挡墙后滑坡内自由面或渗流浸润线滞后于挡墙前水位变化;所谓缓变是指在挡墙前水位变化过程中，挡墙后土体内的自由面与挡墙前水位变化基本上同步。缓变对挡墙的影响主要集中在土体含水量的变化对抗剪强度参数的影响，以及水位变化造成影响区域内土体重度发生相应变化。骤变除了会造成上述影响外，还会由于挡墙内外及挡墙土体不同位置的水头差导致渗透力的形成，使挡墙稳定性的变化更为复杂化。

2 数值分析

某公路段的锚索桩板墙处在一水库回水的影响范围内，此锚索桩板墙长192 m，距水库大坝坝址约2 km，全长范围内公路路基均为半填半挖。此段锚索桩板墙设置两排锚索的桩有18根，设置三排锚索的桩有31根，桩间净距4 m。第一排锚索距桩顶4 m，第二排锚索距桩顶7 m，第三排锚索距桩顶10.2 m。三排锚索倾角均为15°，锚索采用6φ15.2预应力钢绞线，钢绞线为1860 MPa的高强度低松弛预应力钢绞线。桩身及挡土板采用C30混凝土。考虑到锚索桩板墙的受力特点，现取受力最不利的33号桩进行分析，此桩设置有三排锚索。33号桩处的道路横断面见图1。

图1 33号桩处道路横断面(单位:cm)

利用MIDAS软件建立有限元模型，桩身周围土模拟为纵向和横向两个水平方向的弹性支承，其弹簧系数Ki=miHiSib1(kN/m)(其中m值为非岩石地基水平向抗力系数的比例系数，Hi为各节点距土表面的距离，Si=1 m)，桩底为竖向支承。

桩边长b=1.25 m，桩的计算宽度b1=kkf(b+1)=1.0×1.0×2.25=2.25 m(k=1.0，kf=1.0)

33号桩处锚索锚固土体为褐黄、褐灰色碎石土，石质为砂岩、玄武岩、灰岩，砾砂充填。中密，稍湿～饱和，容许承载力300～350 kPa。考虑水位变化对土壤承载力造成的影响，地下水会使土壤结构受到破坏，黏结力失效，当土的含水量比最佳含水量大2%时，黏性土的内摩擦角可降低30%～60%，黏聚力可降低10% ～50%，土壤浸没水中时 mi=20 000 kN/m4，无水时mi=40 000 kN/m4，水位线以上土重度 γ1=19 kN/m3，内摩擦角 φ1=35°，水位线以下土取其浮重度 γ2=10.5 kN/m3，内摩擦角 φ2=17°，水的重度 γw=10 kN/m3。

车辆荷载在挡土墙后填土的破坏楼体上引起的土侧压力，根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)以换算土层厚度计算。

挡土墙高15.3 m时，其计算长度B=13+15.3×tan30°=21.83 m，路基宽度 l0=17 m。B×l0面积内车轮总重力Σ G=4×550=2 200 kN，则等代均布土层厚度 h=Σ G/(Bl0γ1)=0.312 m。

3 计算结果

3.1 锚索受力随水位变化

从表1可以看出，各排锚索的拉力随水位的上升均增加，最下一排(第一排)锚索的拉力随水位的上升增加较上面两排快。水位上升到5 m与最初不考虑水的影响时相比，第一排锚索拉力增幅36%，第三排锚索拉力增幅21%。水位上升到5 m后由于水位骤降形成的墙前后水头差致使第一排锚索拉力增幅达15%，第三排锚索拉力增幅7%。