加筋高擋墻的結(jié)構(gòu)形式對水平位移的影響分析

摘 要：為研究結(jié)構(gòu)形式對加筋高擋墻的水平位移的影響，對不同臺階高度、錯臺寬度、坡腳及護腳的加筋高擋墻進行數(shù)值模擬分析。結(jié)果表明，加筋能夠大大減小擋土墻的水平位移；單級墻高的減小對墻面水平位移的減小作用不大；多級擋土墻應(yīng)設(shè)置寬度3m左右的錯臺，防止墻體從上到下水平位移持續(xù)增大；擋土墻坡度對擋墻水平位移影響較大，一般宜采用70?～80?；擋土墻應(yīng)在墻趾處設(shè)置護腳，避免擋墻從底部滑出破壞。

關(guān)鍵詞：ADINA；加筋擋土墻；水平位移

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.087

0 引言

現(xiàn)代加筋土擋墻的設(shè)計多以強度控制為主，對整體變形的控制僅用安全系數(shù)>1.0來保證。隨著工程建設(shè)的發(fā)展，施工條件和地形地質(zhì)條件更復(fù)雜，修建的擋土墻規(guī)模也越來越大，無疑增加了設(shè)計和施工的難度。而國內(nèi)外由于加筋土擋墻水平位移過大導(dǎo)致?lián)鯄κХ€(wěn)的事故并不鮮見。因此，對于加筋土擋墻設(shè)計，在強度控制的同時，必須同時兼顧變形控制，使變形既不影響結(jié)構(gòu)正常使用，又不會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)[1-2]。

目前，很多學(xué)者都對影響加筋土擋墻水平位移的因素做了分析和研究，取得了一些成果。文獻[3][4]分析了加筋長度、加筋間距與加筋體剛度對加筋土擋墻性能的影響。何偉[5]還用灰關(guān)聯(lián)法對各影響因素進行了敏感性分析，結(jié)果顯示加筋的豎向間距與擋墻高度對加筋擋土墻水平位移影響最大，其他因素影響次之。

呂鵬等認(rèn)為，擋墻頂外荷載的大小及位置對水平位移的影響也較大[6]。廖知勇[7]等，得出在荷載作用下?lián)鯄γ嫠轿灰蒲貕Ω叱史础癝”形曲線分布，最大值位于中下部。王家全等[8]還對加筋土擋墻的工后長期水平位移做了現(xiàn)場試驗研究。

對擋土墻結(jié)構(gòu)形式方面的研究，相對較少。陳強等[9]認(rèn)為要保證合理的臺階寬度，防止臺階處出現(xiàn)應(yīng)力和位移集中現(xiàn)象。楊廣慶[10]認(rèn)為，過大的臺階寬度對雙級加筋土擋墻基底垂直應(yīng)力的減載效果不明顯。

因此，本文以廣西河池機場加筋土高擋墻為例，用ADINA建立模型，分析其水平位移分布和變化規(guī)律，探討加筋土擋墻結(jié)構(gòu)形式對擋墻水平位移的影響，據(jù)此對加筋土擋墻結(jié)構(gòu)設(shè)計提出一些建議。

1 工程概況

河池機場位于桂西北的丘陵山區(qū)，機場所處地形非常復(fù)雜，屬于喀斯特緩坡低山地貌，自然高差在100m～210m，自然坡度最大處達到60?。邊坡填筑標(biāo)段，廣泛分布的煤矸石就地取材作為擋土墻填料。

擋土墻為四級高擋墻，總高60m，每級各15m，錯臺寬3m，坡度70°。采用鋼塑土工格柵加筋，豎向加筋間距為0.4m，從上至下各級擋墻中格柵的鋪設(shè)長度依次為25m，30m，37m，45m。擋墻護腳采用毛石混凝土砌筑，以坡腳為軸線向外5m、向內(nèi)3m挖至基巖，并以鋼筋錨桿與基巖面連接。擋墻為筋材返包式，僅用聚丙烯長絲針刺無紡?fù)凉げ挤窗参锿磷o面，再用鋼筋網(wǎng)罩固定[11]。

2 數(shù)值計算模型及參數(shù)

利用ADINA軟件建立加筋土擋墻的二維有限元分析模型，見圖1。

基巖、強夯層、填土均采用Mohr-Coulomb材料，墻趾處護腳材料參數(shù)取與基巖相同，土工格柵采用線彈性rebar單元，計算時將格柵與土體自動耦合，控制接觸節(jié)點的自由度。材料參數(shù)見下表1。

3 加筋土高擋墻的水平位移分析

3.1 水平位移分布

任意墻高下?lián)跬翂γ嫣幩轿灰谱畲?，因此墻面水平位移最能代表水平位移沿墻高的分布。圖2為同時刻加筋和不加筋擋土墻墻面處水平位移豎向分布。（T=118，不加筋擋土墻破壞，T=148，加筋土擋墻完工。）

同時刻（T=118）加筋土擋墻和不加筋擋土墻墻面最大水平位移Xmax分別為10.77cm和49.66cm，加筋后擋墻水平位移減小幅度達78.3%，說明加筋可以大大減小擋土墻的水平位移。不加筋擋土墻Xmax位于墻趾處，而加筋土擋墻Xmax上移至約1/3墻高處，說明墻體內(nèi)的筋材約束了土體的水平位移。

不加筋擋土墻墻面位移在墻趾附近產(chǎn)生突變，而沿著墻高向上，加筋擋土墻墻面水平位移X值大小先增大再逐漸減小，整體來看，加筋擋土墻在中下部的水平位移較大，說明加筋還能使墻體內(nèi)部水平位移分布協(xié)調(diào)化。

3.2 擋土墻結(jié)構(gòu)對水平位移的影響分析

以實際工程設(shè)計的加筋擋土墻形式作為基礎(chǔ)，控制變量，分析擋墻形式對擋土墻水平變形的影響。

（1）擋墻臺階高度H。分別取單級臺階高度H=10m，12m，15m，20m，計算該加筋高擋墻（總高60m）的墻面水平位移。從表2看出：單級臺階高度的減小，擋土墻的水平位移也減小，但減小效果不明顯。圖3可以看出，臺階高度變化，但墻面最大水平位移的位置基本不變，始終在最下級擋墻臺階附近，而且在錯臺處均有水平位移的突變（從上向下變小），說明錯臺具有卸荷作用，避免水平位移連續(xù)增大。

（2）臺階寬度D。圖4為臺階寬度D分別為1m～5m時的墻面水平位移分布圖。由圖可見，在擋墻中下部水平位移均較大，且隨著臺階寬度的增大，水平位移逐漸減小，但減小的幅度越來越小。

（3）坡角∠A。圖5為擋土墻墻面水平位移與坡角的關(guān)系曲線。由圖可知：坡角對墻面的水平位移的影響較大，坡角增大，水平位移明顯增加。

（4）護腳設(shè)置。原設(shè)計中，在墻趾處設(shè)置有漿砌石護腳，對比無護腳時擋墻的水平位移發(fā)現(xiàn)：墻趾護腳對減小墻體的水平位移的作用顯著，水平位移減小幅度高達23%。因此，在擋土墻墻趾處設(shè)置護腳，能夠減小擋墻水平位移，阻止擋墻沿墻趾處滑出破壞。

4 結(jié)論

變形控制在加筋土擋墻的設(shè)計中必不可少，對比分析了加筋與不加筋擋土墻的水平位移分布，以及單級墻高、錯臺寬度、坡角及墻趾護腳設(shè)置等結(jié)構(gòu)設(shè)計對加筋擋土墻的水平位移的影響，得出以下結(jié)論：endprint

（1）加筋能夠大大減小擋土墻的水平位移，協(xié)調(diào)墻內(nèi)的水平位移。擋墻中下部水平位移較大，應(yīng)對中下部墻體加固，例如提高加筋材料剛度，增加加筋長度等。

（2）單級臺階的減小能夠減小墻面的水平位移，但減小幅度不大，當(dāng)擋土墻較高時，宜結(jié)合施工的難易程度采用合理的臺階高度分級設(shè)置，一般單級臺高不宜超過15m。

（3）多級擋土墻錯臺寬度以3m左右為宜。既可防止墻體從上至下水平位移持續(xù)增大，破裂面貫通破壞，同時也可作為排水設(shè)施的平臺。

（4）擋土墻坡角對擋墻的水平位移影響很大，一般取70?～80?為宜。

（5）在擋土墻局部關(guān)鍵部位墻趾處設(shè)置護腳，能夠控制整體水平位移，避免擋墻在墻趾處滑出破壞。

參考文獻：

[1]楊廣慶，周敏娟，張保儉.加筋土擋土墻水平位移研究[J].巖土力學(xué)與工程學(xué)報，2005（07）：1248-1252.

[2]侯春嬌.土工格柵加筋擋土墻數(shù)值分析與優(yōu)化設(shè)計[D].楊凌.西北農(nóng)林科技大學(xué)，2012.

[3]何燕清，陳福全.軟土地基上加筋土擋墻的性能及其影響因素[J].山東交通學(xué)院學(xué)報，2015，12（04）：47-55.

[4]孔繁盛.加筋土擋墻合理布筋方式數(shù)值模擬分析[J].道路工程，2015（09）：36-38.

[5]何偉.加筋土擋墻變形計算研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2016.

[6]呂鵬，楊廣慶，龐巍，蔡德鉤.包裹式土工格柵加筋土擋墻水平位移研究[J].巖土力學(xué)，2006（10）：73-76.

[7]廖知勇，白皓，楊智翔，梁棟，邵國霞.加筋土擋墻變形和受力特性原位荷載試驗研究[J].路基工程，2016，1（13）：67-70.

[8]王家全，力量，蔣祖高，張亮亮.生態(tài)加筋土高擋墻長期變形的現(xiàn)場試驗分析[J].廣西大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2017（04）：1407-1480.

[9]陳強，楊長衛(wèi)，張建經(jīng)，周新文.“5.12”汶川地震中高達加筋土擋墻破壞機理研究[J].鐵道建筑，2010（09）：73-77.

[10]楊廣慶，劉華北，吳連海，熊保林，李三妮.臺階寬度對加筋土擋墻垂直應(yīng)力的影響研究[J].巖土力學(xué)與工程學(xué)報，2016（01）：209-216.

[11]齊文，丁一，梅平.高填方機場加筋擋土墻施工技術(shù)與質(zhì)量控制[J].路基工程，2016（06）：196-198.

基金項目：安康學(xué)院高層次人才專項（2013AYQDZR14）

作者簡介：侯春嬌（1986-），女，碩士，助教，主要從事巖土工程方面的教學(xué)和研究。endprint