王仕康 鮑錫剛 徐瑞卿 皇甫儀柱 夏奕舟 魯?shù)陆?/p>
中國十七冶集團有限公司 安徽 馬鞍山 243000
關于對扶壁式擋土墻的研究:井玉國[1]從擋土墻高度的角度,驗證了超高型鋼筋混凝土扶壁式擋土墻在工程應用中的可行性;梅世江[2]研究得出扶壁式擋土墻在側(cè)向壓力作用下反傾覆的主要原因為墻踵板與樁的彎曲變形;Davies等[3]建立了高扶壁式擋土墻的有限元模型并對其穩(wěn)定性做出了評價,結(jié)果表明Newmark滑塊分析模型對擋土墻的抗震設計具有一定的參考價值;王元戰(zhàn)等[4]求得了在擋土墻繞地基轉(zhuǎn)動時,土壓力強度、土壓力合力和合力作用點的理論公式;顧長存等[5]指出當擋土墻墻體繞基礎轉(zhuǎn)動或繞墻頂轉(zhuǎn)動時,被動土壓力的強度呈曲線分布,并對2種轉(zhuǎn)動模式下的合力作用點進行了比較;Paik[6]、Thomas[7]、Shubhra[8]給出了在土拱效應影響下,擋土墻在進行平動時的側(cè)壓力系數(shù)及土壓力強度的計算方法;張永興等[9]分析了墻土摩擦角和填土摩擦角對土側(cè)壓力系數(shù)、水平摩擦因數(shù)、土壓力強度、土壓力合力、合力作用點的影響;王仕傳等[10]提出了一種改進主動土壓力的分析方法,此方法能反映擋土墻變位模式和位移大小的影響。
本文通過建立室內(nèi)試驗模型,來研究扶壁式擋土墻在不同厚度覆土作用下的土壓力分布規(guī)律和墻體的應變分布規(guī)律,繪制土壓力分布曲線和墻體應變曲線。
擋土墻模型(圖1)尺寸為:墻面板高100 cm,寬60 cm;墻踵板為邊長60 cm的正方形;扶壁為直角梯形,上底為10 cm,下底為50 cm,高為97.5 cm;墻面板、墻踵板和扶壁的厚度均為2.5 cm。
圖1 扶壁式擋土墻(單位:cm)
1)土壓力盒。試驗所使用的土壓力盒為電阻式土壓力盒,該設備直徑為2.6 cm,采用應變儀進行數(shù)據(jù)采集。
2)光纖傳感器。室內(nèi)試驗使用φ0.9 mm的標準單模光纖,并用分布式光纖溫度應變監(jiān)測系統(tǒng)DiTeSt STA-R型調(diào)制解調(diào)儀進行數(shù)據(jù)采集。
1)將土壓力盒從1~12進行編號,并將其埋設于設計部位(圖2)。
2)垂直于扶壁所在平面方向,沿著墻踵板和扶壁布設光纖,2塊扶壁的內(nèi)外側(cè)光纖分別命名為f1、f2和f3、f4;在2塊扶壁的中線位置,沿著墻踵板和墻面板的內(nèi)側(cè)布設光纖,分別命名為f5和f6(圖3)。
3)分別在扶壁式擋土墻后填厚度為20、40、60、80、100 cm的土,填滿后在擋土墻的頂部施加0.5 kN和1 kN的荷載,監(jiān)測出各不同厚度填土以及附加荷載作用下,土壓力盒和光纖傳感器的數(shù)據(jù)。
圖2 土壓力盒布設位置示意
圖3 光纖布設示意
2.1.1 墻踵板土壓力變化規(guī)律
據(jù)李文明介紹,他是湖南南縣人,做蔬菜批發(fā)生意有20多年,原來一直在馬王堆蔬菜批發(fā)市場做生意,2016年遷來此地,經(jīng)營著2個門面,年批發(fā)蔬菜量可達3.6萬噸,2017年實現(xiàn)銷售收入2億元,有近30名員工正在他的蔬菜經(jīng)營部里忙前忙后。
從墻踵板土壓力變化趨勢(圖4)可看出,隨著覆土厚度的增加,土壓力值的變化趨勢比較相似且都呈現(xiàn)出類似對數(shù)函數(shù)曲線形式增長;其中7號土壓力盒的測得值最大,8號土壓力盒的測得值最小,由于6號土壓力盒比7號更靠近墻面板,填土受到來自于墻面板的摩擦力更大,從而減小了垂直土壓力值;8號土壓力盒相比7號距離扶壁較近,受到扶壁摩擦力的影響更大,進而其值較小,表明靠近擋土墻結(jié)構構件越近,填土受到摩擦力的影響越明顯,墻踵板垂直土壓力值越小。
圖4 墻踵板土壓力變化趨勢
2.1.2 扶壁土壓力變化規(guī)律
9號、10號土壓力盒位于扶壁的內(nèi)側(cè),11號、12號土壓力盒位于扶壁的外側(cè),從所測得的土壓力變化趨勢(圖5、圖6)可看出,扶壁內(nèi)側(cè)的側(cè)向土壓力值隨著覆土厚度的增加呈對數(shù)函數(shù)曲線形式增長;扶壁外側(cè)的側(cè)向土壓力值隨著覆土厚度的增加,呈類似于指數(shù)函數(shù)曲線形式增長。位于扶壁下部的側(cè)向土壓力值大于上部。
圖5 扶壁1內(nèi)側(cè)土壓力變化趨勢
圖6 扶壁2外側(cè)土壓力變化趨勢
2.1.3 墻面板土壓力變化規(guī)律
在墻面板內(nèi)側(cè)沿著高度方向布設了1號、2號、3號土壓力盒,從土壓力變化趨勢(圖7)可看出,當填土厚度大于60 cm時,他們都受到了填土的作用,3號土壓力盒的土壓力值最大,1號土壓力盒的土壓力值最?。槐砻髟娇拷鼔γ姘宓南虏?,填土的壓實度越良好,墻面板的側(cè)向土壓力越大。距離墻踵板相同高度的水平方向上布設了2號、4號、5號土壓力盒,從土壓力變化趨勢(圖8)可看出,隨著荷載的增加土壓力盒測得的土壓力值也增大,并且土壓力值和荷載呈現(xiàn)出線性關系;其中2號土壓力盒的側(cè)向土壓力值最大,4號和5號土壓力盒對稱分布于2號的兩側(cè),比2號土壓力盒距離扶壁更近,受到扶壁摩擦力的影響較大,因此測得的側(cè)向土壓力值相比較2號更小。
圖7 墻面板垂直方向土壓力變化趨勢
圖8 墻面板水平方向土 壓力變化趨勢
2.1.4 等高度不同部位側(cè)向土壓力變化規(guī)律
2號、9號、11號土壓力盒分別位于擋土墻的不同位置,距離墻踵板的高度均為40 cm。從土壓力變化趨勢(圖9)可看出,11號土壓力盒的側(cè)向土壓力值最小,9號土壓力盒的側(cè)向壓力值最大;表明同高度同荷載情況下,扶壁內(nèi)側(cè)的側(cè)向土壓力值最大,扶壁外側(cè)的側(cè)向土壓力最小。
兩扶壁中線位置墻面板上光纖f6的監(jiān)測方向為從墻面板頂部到底部。從墻面板上應變隨著覆土厚度增加的變化趨勢(圖10)可看出,墻面板出現(xiàn)了正應變,表明墻面板內(nèi)側(cè)出現(xiàn)了拉伸作用,墻面板有遠離土體方向移動的趨勢。應變總體變化趨勢為:在不同厚度的覆土作用下,墻面板的應變沿著監(jiān)測方向,呈現(xiàn)出逐漸變大再變小的趨勢,且有應變波峰的出現(xiàn)。覆土厚度的不同,應變波峰出現(xiàn)的位置也不一樣,大體表現(xiàn)為覆土厚度越小,應變峰值位置離墻面板底部越近。
圖9 不同位置同等高度土壓力變化趨勢
圖10 墻面板應變變化趨勢
2.2.2 扶壁應變分析
1)扶壁1外側(cè)光纖f1的監(jiān)測方向為從扶壁底部到頂部。從應變變化趨勢〔圖11(a)〕可看出,當覆土厚度為20 cm時,光纖上各點的應變值很小且接近于0;當覆土厚度為40、60、80 cm時,光纖所測得的應變沿扶壁高度方向分布都比較均勻;當覆土厚度為100 cm以及處于加載階段時,扶壁高度方向的應變變化趨勢比較一致,且在沿扶壁高度約0.8 m處有應變波峰。
2)扶壁1內(nèi)側(cè)光纖f2的監(jiān)測方向為從扶壁的底部到頂部,從應變變化趨勢〔圖11(b)〕可看出,當覆土厚度≤80 cm時,光纖f2沿著監(jiān)測方向的應變值逐漸變大,最大值位于扶壁的頂部;當覆土厚度為100 cm以及受到附加荷載的作用時,光纖f2沿著監(jiān)測方向的應變曲線呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性,且在監(jiān)測長度約0.8 m處出現(xiàn)了應變峰值。
3)扶壁2內(nèi)側(cè)f3光纖的監(jiān)測方向為從扶壁的底部到頂部,從應變變化趨勢〔圖11(c)〕可看出,當填土厚度≤40 cm時,光纖f3基本沒有發(fā)生應變變化,應變值接近于0;當覆土厚度為60 cm和80 cm時,監(jiān)測長度約為0.8 m的位置出現(xiàn)了應變波峰;當填土厚度為100 cm以及處于加載階段時,應變的最大值位于扶壁的頂端。
4)扶壁2外側(cè)f4光纖的監(jiān)測方向為從扶壁的底部到頂部,從應變變化趨勢〔圖11(d)〕可看出,在不同厚度覆土作用下,光纖f4測得的應變值較小,接近于0;當覆土厚度逐漸變大時,監(jiān)測長度在0~0.8 m的范圍內(nèi),光纖的負應變值隨之變大,表明扶壁2具有背離扶壁1運動的趨勢,且隨著荷載的加大,這種運動趨勢越明顯。
圖11 光纖應變變化趨勢
本文通過建立室內(nèi)扶壁式擋土墻模型,對墻體各部位的土壓力和應變數(shù)據(jù)進行了監(jiān)測,分析結(jié)果如下:
1)隨著覆土厚度的增加,墻踵板垂直土壓力和扶壁內(nèi)側(cè)的側(cè)向土壓力呈對數(shù)函數(shù)曲線形式增長,扶壁外側(cè)的側(cè)向土壓力呈指數(shù)曲線形式增長。
2)隨著覆土厚度的增加,墻面板水平方向的側(cè)向土壓力呈線性增大;垂直方向上,越靠近墻面板的底部,側(cè)向土壓力越大。
3)距離墻踵板同樣高度時,扶壁內(nèi)側(cè)的側(cè)向土壓力最大,墻面板側(cè)向土壓力次之,扶壁外側(cè)的側(cè)向土壓力最小。
4)隨著覆土厚度的增加,墻面板的應變值隨之變大,且在沿墻面板高度方向有應變波峰,峰值的位置跟覆土厚度有關,厚度越大,波峰距離墻面板底部的距離越大;扶壁沿高度方向的應變隨覆土厚度的變大而變大,在高度方向約0.8 m處有應變波峰,且扶壁有相互背離的運動趨勢。