重力式联合土层锚杆挡土墙支护高路堤技术研究

2015年3月上施工技术第44卷第5期CONSTＲUCTIONTECHNOLOGY95DOI:10.7672/sgjs2015050095*重力式联合土层锚杆挡土墙支护高路堤技术研究1，21，21，21，2张宏博，岳红亚，吴建清，宋修广(1．山东大学土建与水利学院，山东济南250061;2．山东省路基安全工程技术研究中心，山东济南250061)［摘要］重力式联合土层锚杆挡土墙是由传统重力式挡土墙联合土层锚杆形成的一种新型挡土墙。由于锚杆的施加，挡墙土压力分布规律发生了明显改变。为了揭示该类型挡土墙在施工期和运营期的受力特性，结合长深线青临高速第3合同段工程，现场埋设土压力盒、锚杆测力计等监测仪器，对挡土墙进行了土压力及锚杆受力监测。监测结果表明，增加填土高度、安置锚杆及运营期的增加都对侧向土压力的影响很大，侧向土压力呈S形分布。上层锚杆表现为受压，压力值近墙端往远端不断减小，下层锚杆表现为受拉，锚杆中间位置拉力最大。［关键词］公路工程;重力式挡土墙;锚杆;支护;土压力［中图分类号］U417.11［文献标识码］A［文章编号］1002-8498(2015)05-0095-04StudyonSupportTechnologyofHighEmbankmentbyGravityＲetainingWallCombinedwithSoilAnchor1，21，21，21，2ZhangHongbo，YueHongya，WuJianqing，SongXiuguang(1．SchoolofCivilandHydraulicEngineering，ShandongUniversity，Ji’nan，Shandong250061，China;2．ShandongEngineering＆TechnologyＲesearchCenterforSubgradeSafety，Ji’nan，Shandong250061，China)Abstract:Gravityretainingwallcombinedwithsoilanchorisanewtypeofretainingstructures．Itisbasedontraditionalgravityretainingwall．Astheaddingofsoilanchor，thesoilpressuredistributionchangedobviously．Inordertoresearchthemechanicalcharacteristicsofgravityretainingwallcombinedwithsoilanchorduringconstructionandoperation，thegravityretainingwallcombinedwithsoilanchorengineeringinQingzhou-LinshuhighwayofChangchun-Shenzhenlinewaschosentostudy．Soilpressurecellandaxialforcemeterwereburiedtomonitorsoilpressureandanchorforce．Themonitoringresultshowedthattheaddingoffilledsoilheight，settingsoilanchorandincreasingofoperationperiodhadinfluenceonsoillateralpressure．ThedistributionofsoillateralpressurewasSshape．Theupperanchorwascompressivezone．Stressdecreasedfromtheretainingwalltodistantplace．Theloweranchorwasintension．Thetensileforceinmeansectionofsoilanchorwasthemaximum．Keywords:roadconstruction;gravityretainingwall;anchors;supports;soilpressure0引言侧向拉力，侧向拉力的存在一方面提高了挡土墙的传统重力式挡土墙具有取材方便、施工简单、抗侧滑能力，另一方面提高了挡土墙的抗倾覆力造价相对较低等优点，但是极限高度低。传统重力矩，从而使锚拉重力式挡土墙有更高稳定性，进而式挡土墙的主要破坏形式有倾覆式破坏、基础滑移可以在传统重力式挡土墙最大设计高度的基础上式破坏、局部受剪破坏、地基沉降变形等。锚拉重增加设计高度，从而能保证重力式联合土层锚杆挡力式挡土墙鉴于传统挡土墙的受力原理和主要破土墙有比传统重力式挡土墙更高的设计高度和更坏形式，在重力式挡土墙与土体的接触面上预设锚高的稳定性。重力式联合土层锚杆挡土墙内部加杆，锚杆伸到土体内与土体通过摩擦提供给挡土墙设了锚杆，锚杆的存在将影响到挡土墙在受到土体侧向压力后的变形协调，同时也将影响路基土竖向*国家自然科学基金项目(51208284;41372300);山东省科技发展土压力传递，传统的用于计算挡土墙土压力的朗肯计划(2013GSF11603)土压力理论、库仑土压力理论将不再适应。找到挡［作者简介］张宏博，副教授，硕士生导师，E-mail:zhanghongbo@sdu．edu．cn土墙土压力分布规律是保证重力式联合土层锚杆［收稿日期］2014-02-18［1］挡土墙优化设计与大规模推广的关键。关于挡 96施工技术第44卷土墙现场监测的试验方法已经趋于成熟，肖衡林通道，将用作锚杆的钢筋与钢筋接头对焊形成一个［2］［10］等在某山区高速公路多个挡土墙墙背布设土压整体，保证焊接端大于4倍钢筋直径。力盒，在填土过程中不间断监测土压力，对挡土墙锚杆外采用水泥砂浆全长浇筑。钢筋焊接完墙背水平土压力时空分布规律进行了详细研究。成后，在沟槽内部铺设水泥砂浆模板防止在浇筑时［3］郑立志通过对锚拉式挡土墙在不同填土高度下水泥砂浆流动、凝固。的土压力监测，分析得出了锚拉重力式挡土墙侧向锚杆浇筑时，使用混凝土漏斗往沟槽内灌注水土压力分布规律与基于极限平衡理论的经典土压泥砂浆，因为水泥漏斗不能控制水泥流出方向，导力理论有明显区别，表现为中间凸出的曲线形式，致水泥砂浆流出时呈现放射状，喷到沟槽外的水泥且其土压力值明显偏高。目前的研究多集中于对砂浆导致浪费，喷到外面又流回沟槽的水泥砂浆带传统重力式挡土墙不同填土高度下挡土墙的受力入砂土将导致锚杆浇筑强度降低。分布的研究，对挡土墙在运营期的受力分布研究不当达到预定的硬度后，进行模板拆除。多。而挡土墙在运营期受的雨水侵蚀、冻融循环及3挡土墙监测方案车辆动荷载的影响，土压力将不同于施工期的规律。选择两个平行断面K14+485和K14+495监本文利用现场监测数据并结合理论分析，系统测土压力，如图2所示。在挡土墙的基底、墙背安装地研究了重力式联合土层锚杆挡土墙在施工期及土压力盒，在挡土墙的锚杆内安装轴力计，实时监［11］运营期的受力分布，研究成果可为该类型挡土墙的测各位置处压力、轴力的变化情况。设计和施工提供指导。1重力式联合土层锚杆挡土墙结构形式重力式联合土层锚杆挡土墙是一种由石砌挡土墙墙身、锚杆及锚杆外的混凝土注浆保护层构成［4-6］的复合式结构。重力式联合土层锚杆挡土墙结［7-8］构通用形式如图1所示。图2挡土墙现场监测断面仪器安装位置Fig．2Instrumentinstallationpositionoffieldmonitoringsections土压力监测采用振弦式土压力盒。土压力盒安装时，使用环氧树脂涂抹在土压力盒底座和挡土墙之间，如图3所示。当填土到达土压力盒所在高度后，在压力盒的周围使用细砂包裹，以避免石块等有棱角物体的尖角部分挤压土压力盒膜片造成土压力盒受损。图1重力式联合土层锚杆挡土墙结构示意Fig．1Thestructureofthegravityretainingwall2重力式联合土层锚杆挡土墙施工关键步骤为了研究重力式联合土层锚杆挡土墙受力特性，结合青临高速第3合同段取土困难的特点，在现场采用重力式联合土层锚杆挡土墙收缩坡脚。挡图3土压力盒埋设土墙高度为6m，采用双层锚杆布设，上层锚杆位于Fig．3Buryingforsoilpressurebox墙高4.5m处，下层锚杆位于墙高3.0m处，锚杆采［9］用32螺纹钢筋。其中钢筋焊接及水泥浆浇筑轴力计采用焊接方式安装。首先进行对接焊，为重力式联合土层锚杆挡土墙施工的关键步骤。然后每个焊接端口采用3根10cm长8钢筋呈在挡土墙施工过程中，到达锚杆设置高度处时120°夹角焊接在钢筋和轴力计四周。焊接时在轴力将钢筋端头用水泥浆锚固在墙体内，墙内侧预留出计端使用湿毛巾包裹，在焊接过程中持续加水，以的钢筋长度需超过50cm，待填土高度达到锚杆设置避免焊接端口的高温传到轴力计内部引起热损坏。高度时，用小型挖掘机开挖沟槽，挖出埋设锚杆的轴力计焊接如图4所示。 2015No．5张宏博等:重力式联合土层锚杆挡土墙支护高路堤技术研究97用，运营6个月基底内、外侧土压力基本无变化，说明重力式联合土层锚杆挡土墙的耐久性较好。5挡土墙侧向土压力分布规律绘制监测断面在施工期不同填土高度处及运营期的侧向土压力随填土高度变化图，如图6所示。图4轴力计焊接Fig．4Weldingforaxialforcemeter土压力盒及轴力计的埋设数量与位置统计如表1所示。表1监测设备统计图6施工期及运营期的侧向土压力Table1StatisticsofmonitoringequipmentFig．6Lateralsoilpressureduringconstruction监测断面监测高度/m土压力盒/个轴力计/个andoperation基底2—01—两个断面的侧向土压力分布有所差异，但总体K14+4851.51—规律相一致。随着填土高度的增加，土压力盒的数3.013据整体表现为增大趋势。运营3个月内，土体在车4.5136.01—辆荷载作用下固结沉降，土压力较面层施工时仍有基底2—较大增长，运营6个月，土压力趋于稳定状态。土压01—力总体呈S形曲线分布，即在上层锚杆位置附近土1.51—K14+495压力出现一个较小峰值，在两层锚杆之间，土压力3.0134.513随着深度的增加而增大。到达下层锚杆附近土压6.01—力呈现一个较大峰值，说明在顶部有填土荷载时，对挡土墙有侧向土压力，而锚杆的锚拉作用限制挡4挡土墙基底压力分布规律墙滑动，导致下层锚杆附近处土压力明显增大。其挡土墙基底内、外侧土压力对比变化可以反映中墙脚处土压力盒土压力相对于其上方土压力盒挡土墙的位移倾向。监测截面在施工期不同填土土压力值偏小，并且变化较小，其原因为在现场施高度处及运营一段时间后的基底土压力变化如图5工路基中有2m厚的石灰土层，坚硬的石灰土层影所示。响了土压力的侧向传递，导致墙脚处的土压力偏小。6锚杆受力分布规律研究锚杆受力状态能够反映锚杆对挡土墙承载能力的提高程度。汇总不同时期的上、下层锚杆测力计数据如图7所示。图5基底土压力变化Fig．5Changeofbasalsoilpressure分析图5可知，两个挡土墙监测断面的基底土压力在施工期和运营期均呈现外侧土压力高于内侧土压力的变化规律。这说明重力式联合土层锚图7施工期及运营期的锚杆应力杆挡土墙在施工期和运营期均呈向外倾斜的趋势。Fig．7Anchorforceduringconstructionandoperation挡土墙的基底土压力变化在施工期增长较大;且挡土墙完工时在11月底，经过冬天冻融和车辆动载作挡土墙在施工期和运营期整体倾斜状态表现 98施工技术第44卷为沿墙踵向外倾斜，导致上部土体对上层锚杆有较［5］薛志超，宋修广，陈宝强，等．压力分散型挡土墙支护高填土路基施工过程的受力特征［J］．公路交通科技，2013(4):大压力。由图7a可知，随着填土高度的增加，上层11-16．锚杆处于受压状态，且距离挡土墙远端的锚杆部分［6］陈忠达，汪东升，王志谦，等．悬锚式挡土墙结构设计与分析受压值最大，这也验证了上层锚杆处侧向土压力未［J］．长安大学学报:自然科学版，2005(6):1-5．出现加大峰值的状态，说明上层锚杆没有起到约束［7］宋修广，吴建清，张宏博，等．压力分散型挡土墙土压力分布挡土墙的作用。由图7b可知，下层锚杆处于受拉状规律分析［J］．科学技术与工程，2014(20):106-110．态，且锚杆中间的部分受拉值最大，下层锚杆起到［8］宋修广，吴建清，张宏博，等．对拉式挡土墙受力特性试验研究［J］．铁道建筑，2014(9):79-83．了约束挡土墙转动、提供拉应力的作用。运营期达［9］唐仁华，陈昌富．锚杆挡土墙可靠度分析与计算方法［J］．岩到6个月时，下层锚杆所受拉力仍处于微增状态，锚土力学，2012(5):1389-1394，1401．杆松弛较少，说明采用全长浇筑锚杆能够起到减少［10］曾革，周志刚．公路挡土墙抗倾覆稳定性设计方法［J］．中南锚杆松弛的作用。大学学报:自然科学版，2009(4):1154-1158．7结语［11］吴建清，宋修广，张宏博，等．不同预应力对互锚式挡土墙受力特征影响研究［J］．公路，2014(1):122-125．通过对重力式联合土层锚杆挡土墙的现场试验研究及理论分析，得出如下结论。全国第8大客运枢纽站1)重力式联合土层锚杆挡土墙基底土压力随安徽最大汽车站10月将竣工着填土高度的增加而增大，在运营期趋于稳定。基合肥汽车客运中心已经开始进行地下1层结构底外侧土压力大于基底内侧土压力，墙体呈外倾施工，预计项目主体结构将于6月完工。倾向。该中心站位于包河区高铁南站北广场，龙川路2)挡土墙的侧向土压力呈非线性分布，类似S与庐州大道交口，距离老城中心约7.2km，总建筑面形曲线。侧向土压力随着填土高度的增加而增大。2积6万m，设计旅客发送能力35000人/日，最高旅土压力在下层锚杆位置处出现最大峰值。客聚集人数3000人，计划投资约3亿元人民币，是3)挡土墙侧向土压力随高度呈现非线性变化。国家一级公路客运站。挡土墙的侧向土压力在锚杆位置以上随着深度的合肥汽车客运中心为地上6层、地下1层，设有增加呈增大趋势，靠近锚杆位置时，侧向土压力减落客区、蓄车场、发车区、候车厅、售票厅、小件快少，在锚杆位置处出现一个最小峰值。在锚杆位置运、办公区等车站功能设施。其中地下1层为长途以下，随着深度的增加而增大。侧向土压力随着运汽车站进站口，设有长途汽车落客区及蓄车场，共营时间的增加而增大。设落客车位8个，蓄车位17个。地上1，3层为发车4)锚杆存在最佳的设置高度。锚杆设置位置区，共设发车位30个，地上1层设有连接市政道路应处于挡土墙偏下位置，当锚杆设置位置偏上时，的发车口。地上1，3层及屋顶层为蓄车场，共设蓄锚杆处于受压状态，起不到受拉作用。锚杆中间位车位66个。置所受拉力最大。运营期内锚杆拉力处于微增状建成后，合肥汽车客运中心站将形成与合肥城态。重力式联合土层锚杆挡土墙具有良好的耐久市公交、地铁、出租、高铁、机场等多种交通运输方性，在运营期内的锚杆松弛较少。式的集中换乘平台。这座大型综合客运枢纽站，其5)在现场安置土压力盒、锚杆测力计等监测设设计规模创下合肥汽车站新纪录，既是安徽省最大备不仅可以用于挡土墙施工时的受力监测及研究，的汽车站之一，也是全国第八大综合客运枢纽站。而且在运营期定期对挡土墙进行监测可以有助于中心站内部有商业街与其他商业建筑群两两监测挡土墙运营期的土压力变化及锚杆松弛现象，相望，地下部分则与商业功能完全融合。旅客不出对挡土墙病害的发生能够起到预警作用。门就可购票、乘车，甚至购物、住酒店。待正式迎客参考文献:［1］吴建清，张崇高，宋修广，等．压力分散型挡土墙受力特性模后，合肥汽车客运中心站还将在内部设一座合肥客型试验研究［J］．工业建筑，2014(9):83-87．运博物馆，通过古董汽车、手撕车票等物件，展示合［2］肖衡林，余天庆．山区挡土墙土压力的现场试验研究［J］．岩肥客运的发展历史。土力学，2009，30(12):3771-3775．未来，合肥汽车客运中心站将承担合肥市对外［3］郑立志．锚拉式挡土墙土压力空间分布研究［D］．济南:山东中长途公路旅客运输，同时承担合肥发往省内各地大学，2013．［4］吴建清，张宏博，宋修广，等．竖向荷载作用下对拉式挡土墙市的直达快速客运。土压力分布分析［J］．公路，2014(11):1-6．(摘自“筑龙建筑施工网”2015-03-04)