趙 波

(遼寧澤龍水利實業(yè)有限責(zé)任公司，沈陽 110003)

0 前 言

閘壩工程設(shè)計需要對其軟土地基進(jìn)行加固處理，一般采用加筋擋墻進(jìn)行閘壩軟土地基的加固處理[1]。而加筋擋墻受到地基沉降影響容易產(chǎn)生變形，需要在工程實施過程中對其變形特征進(jìn)行計算，從而設(shè)定加筋擋墻的相關(guān)設(shè)計指標(biāo)[2]。當(dāng)前，對于閘壩軟土地基加筋擋墻變形值計算取得一定研究成果[3-9]，這些成果大都采用單一強度折減方式進(jìn)行變形值的計算，而不能綜合考慮加筋擋墻內(nèi)摩擦和黏滯力對其變形值的影響，存在一定的局限[10]。近些年來，基于有限強度折減的方法，由于可綜合考慮多要素多工程變形特征影響，在一些水利工程設(shè)計中得到應(yīng)用[10-15]，應(yīng)用效果均表明其變形值計算精度要好于傳統(tǒng)的單一強度折減方法，但該方法在閘壩軟土地基的加筋擋墻變形特征中應(yīng)用還較少，為此文章結(jié)合有限強度方法，以遼寧某閘壩工程為具體實例，探討該方法對閘壩軟土地基加筋擋墻變形計算的適用性，研究成果對于閘壩軟土地基加筋擋墻變形計算方法具有重要的參考價值。

1 計算原理

在加筋擋墻表層負(fù)荷保持穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，對其面板的抗剪和承載能力進(jìn)行綜合對比，將加筋擋墻內(nèi)部的摩擦系數(shù)以及黏滯力指標(biāo)與強度折減系數(shù)進(jìn)行相處得到不同強度參數(shù)的計算方程：

(1)

(2)

式中：C為黏滯力強度參數(shù)；SRF為有限強度折減參數(shù)；φ為的擋墻內(nèi)部土層摩擦力強度參數(shù)。整個閘壩軟土地基按照有限元方法劃分成不同計算單元，各單元獨立進(jìn)行強度折減計算，結(jié)合黏滯力強度參數(shù)對其變形值進(jìn)行計算：

c=c'+(ua-uw)tanφb

(3)

式中：ua-uw為加筋擋墻的法向荷載的剪切應(yīng)力，kPa。對閘壩軟土地基的加筋擋墻面板進(jìn)行雙強度折減計算：

(4)

不同有限元的變形沉降值計算采用4點加權(quán)有限差分方法進(jìn)行求解：

(5)

式中：θ為差分求解系數(shù)，在0-1范圍內(nèi)取值；f為各有限計算單元的變形沉降值，mm。

2 實例分析

2.1 閘壩設(shè)計概況

文章以遼寧某閘壩工程為研究實例，閘壩工程總長度和高程分別為40m和15m，為對計算精度進(jìn)行分析，布設(shè)5個變形監(jiān)測斷面，閘壩軟土地基主要土層分布和力學(xué)參數(shù)，見表1。

2.2 變形計算值誤差分析

對閘壩軟土地基加筋擋墻的5個變形監(jiān)測斷面土層進(jìn)行了力學(xué)參數(shù)的測定，不同監(jiān)測斷面土層力學(xué)參數(shù)測定結(jié)果，見表2。結(jié)合5個斷面力學(xué)參數(shù)設(shè)定結(jié)果，分別采用傳統(tǒng)單一折減和有限元折減方法對閘壩軟土地基加筋擋墻的變形值進(jìn)行計算，結(jié)合5個變形監(jiān)測斷面實測變形值對其計算誤差進(jìn)行分析，不同方法加筋擋墻計算誤差分析結(jié)果，見表3。

表1 閘壩軟土地基主要土層分布和力學(xué)參數(shù)

表2 不同監(jiān)測斷面土層力學(xué)參數(shù)測定結(jié)果

表3 不同方法加筋擋墻計算誤差分析結(jié)果

從該閘壩軟土地基的各土層力學(xué)參數(shù)測定結(jié)果可看出，各監(jiān)測斷面的靜力荷載比主要和其土層承載能力有關(guān)，土層能力較大的其靜力荷載比一般較大，楊氏模量主要表征土層的抗滑穩(wěn)定能力，從該參數(shù)的測定結(jié)果可看出，粉質(zhì)砂土和素填土的抗滑穩(wěn)定性較高，因此其楊氏模量要大于砂壤土以及砂黏土的楊氏模量值。從各土層的黏聚力和內(nèi)摩擦角測定結(jié)果可看出，不同土層由于顆粒粗細(xì)使得其黏聚力和內(nèi)摩擦角變化有所差異，其和土層的顆粒有較為直接的相關(guān)性。從不同方法加筋擋墻的計算誤差分析結(jié)果可看出，相比于單一折減方法，采用基于有限元強度折減方法后，其變形值計算誤差有明顯改善，相比于傳統(tǒng)方法，其各監(jiān)測斷面的計算誤差平均降低約15%。

2.3 加筋擋墻變形特征分析

在有限強度折減方法分析的基礎(chǔ)上，對閘壩軟土地基加急擋墻的變形特征進(jìn)行分析，見圖1。

從加筋擋墻面板位移變化可看出，隨著面板高度增加其位移變化呈現(xiàn)陡增變化，最大水平位移變形量達(dá)到30mm，而面板底部水平變形位移低于10mm，這主要是因為其底部受混凝土固化效應(yīng)較為明顯，其位移變化主要為縱向變形，而水平變形位移相對較低。加筋擋墻面板受到上層土層壓力作用，發(fā)生不同程度的變形，但整體由于加筋擋墻的固定作用影響，總體處于較為穩(wěn)定的狀況。從頂部和軟土地基沉降變化可看出，其沉降變化規(guī)律較為相似，這主要因為加筋擋墻受軟土地基影響發(fā)生沉降變形，而加筋擋墻由于自身重力發(fā)生的沉降位移較小。

2.4 加筋擋墻變形影響因子分析

對不同靜力荷載作用下加筋擋墻變形影響因子進(jìn)行探討，主要分析其沉降和水平位移的影響，不同靜力荷載作用下的加筋擋墻變形影響因子分析結(jié)果，見表2。

位移 沉降變化

沉降變化 位移變化

從分析結(jié)果可看出，加筋擋墻變形沉降隨著楊氏模量的增加而逐步減小，水平位移隨著楊氏模量的增加而逐步增加。加筋擋墻非均勻變形受楊氏模量影響較大，加筋擋墻的變形沉降在楊氏模量為6.0Mpa呈現(xiàn)顯著的線性變化特征。閘壩軟土地基的穩(wěn)定性受加筋擋墻加固影響得到明顯提升。軟土地基底部壓力由于加筋擋墻作用產(chǎn)生不均勻沉降變化。在閘壩軟土地基施工中應(yīng)盡量對閘壩軟土地基的內(nèi)摩擦角和黏聚力進(jìn)行調(diào)整，降低其變形沉降，從而提高其軟土地基的抗滑穩(wěn)定性。

3 結(jié) 語

1)相比于單一折減方法，采用基于有限元強度折減方法后，其變形值計算誤差有明顯改善，相比于傳統(tǒng)方法，其各監(jiān)測斷面的計算誤差平均降低約15%。

2)隨著面板高度增加其位移變化呈現(xiàn)陡增變化，最大水平位移變形量達(dá)到30mm，而面板底部水平變形位移<10mm，這主要是因為其底部受混凝土固化效應(yīng)較為明顯，其位移變化主要為縱向變形，而水平變形位移相對較低。加筋擋墻面板受到上層土層壓力作用，發(fā)生不同程度的變形，但整體由于加筋擋墻的固定作用影響，總體處于較為穩(wěn)定的狀況。

3)在閘壩軟土地基施工中應(yīng)盡量對閘壩軟土地基的內(nèi)摩擦角和黏聚力進(jìn)行調(diào)整，降低其變形沉降，從而提高其軟土地基的抗滑穩(wěn)定性。