涂文睿，魏松 （合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230008）

1 卸荷式擋墻結(jié)構(gòu)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

卸荷式擋墻是一種在墻背設(shè)置卸荷板或卸荷平臺(tái)來減少墻體所受總側(cè)向推力，同時(shí)利用卸荷板上方填土自重來優(yōu)化擋墻整體位移的擋土結(jié)構(gòu)。早在1927年，西澳大利亞大學(xué)的學(xué)者就開始研究帶卸荷板的擋墻結(jié)構(gòu)[1]。在國外，卸荷板式擋土結(jié)構(gòu)最早應(yīng)用于水工岸壁工程，1951年前蘇聯(lián)學(xué)者M(jìn).E.克羅烈等人在其所著的《滑坡及其防治》一書中就提出了加設(shè)伸到滑裂面以外的長卸荷板的治理方式來處理鐵路工程中個(gè)別特殊邊坡條件。1961年沙湖年慈等所著的《蘇聯(lián)鐵路滑坡的防治經(jīng)驗(yàn)》一書介紹了蘇聯(lián)學(xué)者在戰(zhàn)后針對(duì)加設(shè)長卸荷板的擋土墻的研究與發(fā)展。在上個(gè)世紀(jì)70年代，印度學(xué)者針對(duì)懸臂式擋土墻上加設(shè)卸荷板進(jìn)行過相關(guān)研究，并做了一些實(shí)踐探究[2]。

在國內(nèi)，卸荷板式擋墻結(jié)構(gòu)首先應(yīng)用于港工方面，如重力式碼頭、塢墻等結(jié)構(gòu)。上個(gè)世紀(jì)60年代，吳宗儉[3]首次提出了衡重式擋土墻。隨后，周鏡等人[4]對(duì)衡重式擋墻進(jìn)行了模型試驗(yàn)，改良了在一般荷載下土壓力的計(jì)算方法，加速了衡重式擋墻在鐵路領(lǐng)域的應(yīng)用。在之后的侯月鐵路、枝柳鐵路與南昆鐵路等工程的建設(shè)中，采用卸荷式擋土墻代替重力式擋土墻可明顯減少開挖土方，降低造價(jià)節(jié)省工期[5]。此外，卸荷板—托盤式路肩擋土墻首次應(yīng)用于南昆鐵路的建設(shè)中，此類結(jié)構(gòu)綜合了以上兩種擋土墻的優(yōu)點(diǎn)，適用于陡坡地段。經(jīng)實(shí)踐證明，與衡重式擋土墻相比，此類結(jié)構(gòu)可節(jié)省30%～50%的圬工，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[6]。對(duì)于一些特殊的工程條件，劉國楠[7]首次提出了衡重式樁板擋墻來取代錨索板樁擋墻結(jié)構(gòu)，該類型擋墻已在深圳地區(qū)多個(gè)工程項(xiàng)目中得到成功運(yùn)用。2016年，在澮河南坪船閘工程設(shè)計(jì)中首次采用了卸荷板式閘墻，與不使用卸荷板的方案相比，該方案可節(jié)省大量建材，同時(shí)其抗浮穩(wěn)定性系數(shù)也有一定的提升[8]。未來幾年，根據(jù)安徽省水運(yùn)規(guī)劃，淮河航道、江淮航道、引江濟(jì)巢航道等沿線將有十多座船閘新建或改建。考慮到節(jié)省投資的因素，若可進(jìn)一步推廣應(yīng)用該技術(shù)，改進(jìn)整體式船閘斷面設(shè)計(jì)，大多數(shù)船閘設(shè)計(jì)都可以采用卸荷板式結(jié)構(gòu)，其具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2 卸荷式擋墻結(jié)構(gòu)研究

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)卸荷式擋墻結(jié)構(gòu)的研究大多從卸荷板卸荷效應(yīng)、擋墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及土壓力分布規(guī)律三個(gè)方向入手，對(duì)近幾年的研究成果進(jìn)行集中歸納。

2.1 卸荷板卸荷效應(yīng)研究

卸荷板的卸荷效應(yīng)即加設(shè)卸荷板對(duì)擋墻墻體所受側(cè)向推力的卸荷能力。自1973年Chadhuri[9]首次針對(duì)卸荷板對(duì)擋土墻上側(cè)向土壓力卸荷效果進(jìn)行研究，許多學(xué)者開始對(duì)這一問題進(jìn)行了研究。

彭磊[10]，吳海根[11]對(duì)加設(shè)卸荷板的扶壁式擋土墻進(jìn)行受力分析，計(jì)算結(jié)果表明加設(shè)卸荷板可以降低墻上土壓力且可適當(dāng)減小墻體截面，同時(shí)提高了擋土墻整體穩(wěn)定性。

李浩等[12]對(duì)四種位移模式下衡重式路肩擋墻模型進(jìn)行離心試驗(yàn)分析，結(jié)果顯示：衡重臺(tái)對(duì)上墻土體的托舉作用使得下墻離衡重臺(tái)1/3墻高范圍內(nèi)的土壓力明顯減小。

席榮等[13]基于澮河南坪船閘工程，利用有限元方法卸荷板的埋設(shè)位置以及形狀對(duì)閘墻的水平位移、土壓力分布和單寬彎矩的影響進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示：卸荷板具有顯著卸荷效果且能增加閘室抗浮能力；卸荷板的埋深深度與其寬度和厚度對(duì)上墻閘墻土壓力的影響不大，下墻土壓力隨以上參數(shù)先增大后減小。

張明等[14]針對(duì)衡重式樁板擋墻，開展了相似比為7:1的模型試驗(yàn)，結(jié)果顯示：對(duì)于主動(dòng)區(qū)，加設(shè)卸荷板對(duì)靠近卸荷板處墻面所受土壓力的卸荷效果最為明顯；對(duì)于被動(dòng)區(qū)，加設(shè)卸荷板對(duì)樁前上半部分土壓力有較好卸荷效果。

2.2 卸荷式擋墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

胡榮華[15]對(duì)衡重式樁板擋墻進(jìn)行靜力與離心試驗(yàn)，根據(jù)其試驗(yàn)結(jié)果建議卸荷板埋設(shè)在距墻頂0.4倍墻高處，其埋深與寬度之比為1～1.4之間。

胡云龍[16]對(duì)衡重式樁板擋墻在填土荷載以及外加荷載作用下的變形進(jìn)行了研究，其結(jié)果顯示：卸荷板加設(shè)位置與其寬度對(duì)結(jié)構(gòu)變形有較大影響，對(duì)于卸荷板未伸出滑裂面的工況，寬度增加，結(jié)構(gòu)變形減小。而對(duì)于卸荷板伸出滑裂面的工況，其對(duì)結(jié)構(gòu)變形的限制作用較差。

Chauhan[17]建立一個(gè)墻高為6m，加設(shè)3塊卸荷板的擋墻模型并對(duì)其進(jìn)行有限元分析，結(jié)果顯示：對(duì)于不同的卸荷板寬度組合，擋墻所受的側(cè)向土壓力減少11.7%～23.5%，其中板寬為0.6m的工況卸荷效果最好。對(duì)于加設(shè)多卸荷板的擋土墻，其卸荷板最大寬度隨自上而下依次增大，且加設(shè)在任意深度的卸荷板最大允許寬度與其上方卸荷板的寬度具有函數(shù)關(guān)系。

譚波等[18]應(yīng)用有限元分析方法，分析了在土體位移、變形以及土墻相互作用等因素下卸荷式擋土墻墻后土壓力分布，并對(duì)卸荷板的位置和寬度等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，其結(jié)果顯示：卸荷板最佳寬度為0.3倍的墻高，最佳卸荷板埋設(shè)位置為墻體的中部。

Djireb[19]使用FLAC3D對(duì)卸荷板擋墻上主動(dòng)土壓力進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示：在光滑的剛性連接卸荷板條件下，其主動(dòng)土壓力分析值可能高于實(shí)際值從而造成擋土墻設(shè)計(jì)過于保守，推薦使用非剛性連接的短卸荷板來增加擋土墻的穩(wěn)定性；對(duì)于卸荷板設(shè)置高度在0.4～0.7倍墻高的情況，其卸荷比在31%～34.9%，其卸荷板寬度建議為0.2～0.27倍墻高。

2.3 卸荷式擋墻結(jié)構(gòu)土壓力分布及計(jì)算方法研究

劉國楠等[20-21]以衡重式樁板擋墻為原型，制作了比例為7:1的模型進(jìn)行模型試驗(yàn)，詳細(xì)研究了卸荷板埋深位置和寬度對(duì)擋墻后土壓力分布、大小和擋墻位移的影響。

付長靜[22]將卸荷式板樁墻高樁梁板碼頭式結(jié)構(gòu)分區(qū)進(jìn)行土壓力計(jì)算，考慮土拱效應(yīng)與卸荷平臺(tái)卸荷作用，利用非極限狀態(tài)下土壓力計(jì)算理論對(duì)各分區(qū)土壓力進(jìn)行簡化運(yùn)算，其結(jié)果與數(shù)值模擬與離心試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)結(jié)果基本一致，表明該計(jì)算方法具有一定可行性。

張寧[23]通過采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了在回填荷載作用下，卸荷式船閘閘墻所受土壓力、孔隙水壓力以及閘墻變形情況隨時(shí)間的變化。

陳磊[24]利用比例為15:1的卸荷式船閘模型進(jìn)行模型試驗(yàn)，研究了在不同卸荷板寬度的情況下，在分級(jí)堆載下墻后土壓力、基底壓力、卸荷板上下土壓力以及墻體位移情況，并提出了堆載作用下，上下墻土壓力簡化計(jì)算公式。

朱衛(wèi)國[25]提出了超高卸荷式擋土墻碼頭水工結(jié)構(gòu)方案，并根據(jù)前人研究以及現(xiàn)行規(guī)范，提出了超高卸荷式擋土墻土壓力及其結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計(jì)算公式。

張明[26]進(jìn)行了比例為50:1的衡重式樁板擋墻的離心試驗(yàn)，結(jié)果表明：當(dāng)填土為砂土?xí)r，其上墻所受主動(dòng)土壓力可在朗肯主動(dòng)土壓力的基礎(chǔ)上乘以一定系數(shù)來計(jì)算，下墻樁前抗力可按C法和M法計(jì)算。當(dāng)下層填土采用粉土?xí)r，其樁前抗力分布呈拋物線形，與M法、C法及朗肯被動(dòng)土壓力計(jì)算結(jié)果相差較大。

3 結(jié)語

目前對(duì)于卸荷式擋墻結(jié)構(gòu)的研究已有一定的成果，但由于此類擋墻結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，現(xiàn)有研究中仍存在一些盲點(diǎn)與不足。結(jié)合以上三個(gè)方面的研究成果，對(duì)現(xiàn)階段研究現(xiàn)狀以及存在的問題歸納如下：

①卸荷板對(duì)擋墻下墻土壓力卸荷作用明顯，在不同的卸荷板埋深及其寬度下，對(duì)比無卸荷板的擋墻，下墻土壓力卸荷比為20%～35%。然而對(duì)于卸荷式擋墻上墻與下墻土壓力的計(jì)算并沒有統(tǒng)一的方法與規(guī)范；

②目前的研究一般都從板的卸荷效應(yīng)和反向力矩對(duì)擋墻抗傾覆穩(wěn)定的作用方向入手，在反向力矩對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響，尚不明確；

③目前多研究主動(dòng)情況下?lián)鯄ι舷聣λ芡翂毫Ψ植记闆r。對(duì)于卸荷式結(jié)構(gòu)被動(dòng)土壓力及其分布，目前很少有研究。