在石质边坡下棚洞回填体材料的优化方案

2015-06-28李骏

四川水泥 2015年5期

关键词：斜柱片石土石

李骏

(重庆市交通工程监理咨询有限责任公司)

在石质边坡下棚洞回填体材料的优化方案

李骏

(重庆市交通工程监理咨询有限责任公司)

本文以某棚洞为依托研究对象，采用有机玻璃棚洞模型进行试验，提出对棚洞施工中在石质边坡下回填体材料的优化方案，对以后的棚洞回填体材料的选择有很好的指导意义。

石质边坡棚洞回填材料优化方案

1 依托工程情况

本次模型试验以某棚洞为依托，模型实体结构高度9.8m，宽度1.426m，纵向单元长度9.5×4=38m。棚洞结构采用钢筋混凝土结构，地系梁截面尺寸为0.75m ×0.5m；斜柱尺寸为1.2m×1.2m，相邻两斜柱中心间距9.5m；斜柱顶端设有纵向托梁，托梁为暗梁结构，托梁高度为1.8m，宽度1.0m；曲墙平板厚度为0.8m钢筋混凝土结构。棚洞所有结构均采用C35钢筋混凝土结构。

棚洞边坡岩体从上至下依次为：棚洞结构与边坡间的回填主要采用干码片石和耕植土两种材料。

2 棚洞模型目的和方案

2.1 试验目的

（1）通过改变围岩边坡的坡率和回填体材质的组合变化，选择合适的回填体材料。

（2）对棚洞结构未来性态做出预测。

2.2 试验方案

模型实验中边坡、回填体和棚洞结构之间的相互作用关系是本次模型实验的关键技术问题，试验方案如下:

表3 -1 棚洞结构模型试验方案

2.3 模型试验系统

根据实际需要模型的尺寸相似比选用1：25，根据结构内力值选定结构有机玻璃的尺寸，取一联（4跨）棚洞结构作为模型试验对象。如下图所示：

图1 棚洞结构模型横断面图（单位：mm）

图2 棚洞结构模型纵断面图（单位：mm）

2.4 棚洞边坡围岩模拟材料

本次模型实验采用砂为骨料，以石膏为主要胶结材料，以水泥、石灰、膨润土等为辅助胶结材料。

2.5 棚洞模型监测方案

本模型试验目的是确定水平推力对棚洞结构的影响，以及边坡与棚洞结构间的相互作用关系，监测的主要项目有：（1）边坡与回填体间的接触应力监测；（2）棚洞结构与回填体间的接触应力监测；（3）棚洞曲墙平板结构内力监测；（4）棚洞托梁内力监测；（5）棚洞斜柱内力监测；（6）棚洞地基梁内力监测；（7）棚洞桩基础顶端水平推力监测；（8）棚洞结构的位移监测。测量仪器的横断面布设如图3-5所示。

图3 测点横断面布置图

3 棚洞模型数据分析

本次模型实验数据分析仅选取1：0.3坡率的岩质边坡，浆砌片石回填和土石回填对比分析。

1）回填体与曲墙平板的接触应力分析

图4 曲墙平板接触应力发展趋势图(浆砌片石回填)

图5 曲墙平板接触应力发展趋势图(土石回填)

在岩质边坡1:0.3坡率的情况下，采用土石回填引起曲墙平板的接触应力较大，而采用浆砌片石引起的曲墙平板的接触应力较小，这是由于结构自身的刚度和回填体刚度，以及回填体体积等因素整体决定的。在岩质边坡坡率均为1:0.3的情况下，采用浆砌片石回填比采用土石回填引起结构的受力更小，对于结构的受力和安全是有益的。

2）棚洞顶板水平位移分析

图6 棚洞顶板水平位移发展趋势图(浆砌片石回填)

图7 棚洞顶板水平位移发展趋势图(土石回填)

在岩质边坡坡率1:0.3的情况下，浆砌片石回填引起的水平位移较土石回填引起的水平位移小，主要是因为引起结构水平位移的仍然是回填荷载的水平推力，在岩质边坡坡率为1:0.3的情况下，采用土石回填引起的侧向压力更大。

3）棚洞结构内力分析因棚洞结构中，斜柱为主要受力对象，故本文以斜柱内力为主要分析对象。

图8 斜柱表面应力发展趋势图

图9 斜柱表面应力发展趋势图

在岩质边坡坡率1:0.3的情况下，采用浆砌片石回填及土石回填引起的斜柱应力变化规律及应力分布规律基本上相同，在回填完成后，即达到最大值；在应力分布上，斜柱底端外测承受压应力，内侧承受拉力，斜柱顶端外侧承受拉应力，内侧承受压应力。在边坡稳定的情况下，采用土石回填引起斜柱结构应力较采用浆砌片石回填引起的斜柱应力增大50%左右，说明填料对斜柱结构应力具有明显的影响。