柱板式锚索挡土墙墙背土压力的分布规律

2012-09-25柳晓春张景涛

城市道桥与防洪 2012年1期

柳晓春，张景涛

（中国联合工程公司规划市政设计研究院，浙江杭州 310014）

0 前言

支挡结构是岩土工程中的一个重要的组成部分，随着我国国民经济水平的提高与基本建设的不断发展，以及支挡结构技术水平的提高和减少环境破坏、节约用地观念的加强等，支挡结构在岩土工程中的使用越来越广泛，所占的比重也越来越大。长期以来重力式挡土墙在支挡工程中一直占有主导地位，然而，由于其截面大、圬工数量多、施工进度缓慢，在地形困难、石料缺乏地区应用不便，其使用上的缺点也是明显的。因此，研究引进和推广新型、轻型支挡结构，一直是岩土工程技术人员在工程实践中的一个重要内容[2]。新型、轻型支挡结构例如：悬臂式、扶臂式、锚杆式、加筋土式、锚碇板式等新类型的挡土墙，以及抗滑桩、桩板式墙、土钉墙、锚索桩等新型的支挡结构迅速得到推广运用。这些新型支挡结构具有结构轻、施工快捷、便于预制和机械化施工、节省材料和劳力、造价低等优点。

本文所研究柱板式锚索挡土墙，属于轻型支挡结构的一种联合运用，在公路，以及边坡工程[3]中运用较为广泛。本文主要通过埋设土压力盒，现场实测的方法，研究分析了柱板式锚索挡土墙墙背土压力的分布规律。

1 工程试验概况

测试工点为湖南某高速公路挡土墙。选取监测断面路基位于强风化破碎岩层上。采用半填半挖路基边坡支挡技术进行支护。

2 元件埋设

断面埋设的观测设备有:钢弦式土压力盒5个，测斜管3根，钢筋计9根，锚索应变计1 5个，R M M S-2 0 1型锚索测力计2个。（本文只对所涉及土压力数据进行分析）

3 柱板式锚索挡土墙墙背土压力分布和变化情况

柱板式锚索挡土墙墙背填土工作结束以后，按要求以一定的观测频率，对土压力进行持续观测。柱板式锚索挡土墙土压力测点布置如图1、图2所示，表1和图3为填土工作结束以后，实测土压力随时间变化及稳定情况，图4为柱板式锚索挡土墙墙背土压力随深度变化及分布情况。

图1 监测元件布置正视图（单位：cm）

从表1以及图4可以看出，填土结束以后的开始阶段，台背土压力随时间有较大变化，但经过2个月以后，除测点2 8外其余各测点的土压力基本上已趋于稳定。

结合图3及表1中的数据，可以发现：

（1）柱板式锚索挡土墙墙背填土完成后，土压力与填土深度并非线性关系。

图2 监测元件布置侧视图

表1 柱板式锚索挡土墙实测土压力随时间变化和稳定情况一览表

（2）从墙背土压力随深度分布曲线变化具体规律看，曲线大致呈B字型，土压力从墙的顶部处逐渐增大，在距填土顶面约 1/3高度处土压力达到最大值，1/3高度以下土压力反而有所减小。这是由于填土受地面摩擦力的影响，地面承担了一部分土压力从而导致挡板所受压力的减小。

图4 柱板式锚索挡土墙实测土压力随时间变化情况曲线图

（3）此外，对照土压力测点布置图2，我们发现墙背土压力随深度分布曲线，土压力的两个峰值分别出现在3.25m及6.25m处，恰好位于上下两排锚索张拉的位置，说明锚索的张拉对柱板式锚索挡土墙这一轻型支挡结构墙背土压力分布的影响是非常大的。

4 与其它工点实测土压力的比较

柱板式锚索挡土墙测试得到的土压力分布的主要特征就是非线性分布特征，以及锚索对墙背土压力的显著影响。实际上早在1943年，太沙基在其所著的《理论土力学》一书中，就已经指出了土压力的非线性分布性质。其后在许多学者的土压力试验中[4][5]，也证实了这一特点，图5是伏尔加水电站船闸闸墙上观测得到的土压力分布图，墙后填土为砂土，土压力从墙的顶部处逐渐增大，到墙高的1/3处左右，土压力达到最大，随后土压力又逐渐减少，该挡土墙三次测试结果（在不同时期），土压力的图形基本相同[6]。

将图5与实测土压力比较后可发现，两者的分布形式比较接近，都是非线性分布，底部土压力有所减小。而且随时间变化土压力随深度分布形状基本不变。

又如在湖南某码头挡土墙实测的土压力分布中，也同样观测到土压力的非线性分布。实际上土压力沿墙高的分布与墙背面边坡的开挖坡度，填土的性质，挡墙的位移等因素有关。

某些相关试验也表明,土压力沿墙高的分布,与挡土墙的位移方式有关。当挡墙的位移是以墙踵为中心,朝偏离填土的方向相对转动时,或朝填土方向相对转动时,墙背面的土压力沿墙高的分布为线性分布,土压力分布图形为三角形；当挡墙位移以墙顶为中心,朝偏离填土的方向相对转动时,墙背面的土压力沿墙高的分布为非线性,土压力分布图形为曲线形；当挡墙的位移是朝偏离填土的方向水平位移时,墙背面的土压力沿墙高的分布为非线性,土压力分布为曲线形。