抗拔锚杆在超高挡土墙中的加筋作用研究.pdf
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1、文章编号:1007-2993(2024)02-0156-07抗拔锚杆在超高挡土墙中的加筋作用研究抗拔锚杆在超高挡土墙中的加筋作用研究徐书平1汪紫璇1柯芊芊1陈律2涂耀1程杰林3(1.武汉轻工大学土木工程与建筑学院,湖北武汉430023;2.武汉正洪岩土工程有限公司,湖北武汉430000;3.武汉鑫地岩土工程技术有限公司,湖北武汉430040)【摘要】通过在超高挡土墙中安装水平抗拔锚杆和抗滑块,从而降低挡土墙的截面积。这种加筋方式可以有效地减轻主动土压力。当布置不同形式的抗拔锚杆和抗滑块时,墙后土体应力分布产生大幅的影响,对其水平应力和水平位移进行了数值分析。根据某工程实际情况,计算得出挡土墙背
2、部土体在不同工况下的水平方向应力和位移大小,以验证其安全性,达到减少土体压力的目的。结果表明,在超高挡土墙中,采用 3 层抗拔锚杆和每层抗拔锚杆上安装 2 个抗滑块的加筋方式,对挡土墙墙后土体的预加固,增加墙后土体的自身稳定性,削减墙后土体对挡墙的土压力,可以获得最佳的加筋效果。【关键词】挡土墙;抗拔锚杆;抗滑块;预加固;数值模拟【中图分类号】TU433 【文献标识码】Adoi:10.3969/j.issn.1007-2993.2024.02.006Reinforcement of Anti-pulling Bolts in Ultra-high Gravity Retaining WallX
3、u Shuping1Wang Zixuan1Ke Qianqian1Chen Lyu2Tu Yao1Cheng Jielin3(1.School of Civil Engineering and Architecture,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,Hubei,China;2.Wuhan ZhenghongRock and Soil Engineering Co.,Ltd.,Wuhan 430000,Hubei,China;3.Wuhan Xindi Geotechnical Engineering Technology Co.,Ltd.
4、,Wuhan,430040,Hubei,China)【Abstract】By installing horizontal anti-pulling bolts and anti-sliders in ultra-high retaining walls,the cross-sectional area of theretaining wall can be reduced.This reinforcement method can effectively reduce the active earth pressure.When different forms of anti-pulling
5、bolts and anti-sliders were arranged,the stress distribution of soil behind the wall had a large impact,and the horizontal stressand horizontal displacement were numerically analyzed.According to the actual situation,the horizontal stress and displacement of thesoil behind the gravity retaining wall
6、 under different working conditions were calculated to verify its safety and achieve the purpose ofreducing the soil pressure.The results show that in the ultra-high gravity retaining wall,the best reinforcement effect can be obtainedby using 3 layers of anti-pulling bolts and 2 anti-sliders on each
7、 layer of anti-pulling bolts.The pre-reinforcement of the soil behind theretaining wall should increase the stability of the soil behind the wall,and reduce the soil pressure of the soil behind the wall to the re-taining wall.【Key words】retaining walls;anti-pulling bolts;anti-slider;pre-reinforcemen
8、t;numerical simulation 0 引言挡土墙是较为常见的挡土结构,随着建设规模的不断扩大,对保持其稳定的需求越来越高,为了提高经济效益,需要尽可能减小其截面面积。一般将超过 15 m 的挡土墙定义为超高挡土墙1。对于超高挡土墙,黄太华等2优化了重力式挡土墙的截面设计验算方法。Ertugrul 等3通过试验研究得出挡土墙的位变模式对土压力分布的影响。Yoo 和 Lee 研究计算了一座 7 m 高的锚杆挡土墙4。某市政道路部分采用钢筋混凝土结构建立了重力式挡土墙,为工程做了有效的防护,但其挡土墙截面面积过大,且造价过高,不宜推广使用5。侯欣欣6对重力式挡土墙设计采用分级组合式,其工
9、程建设投资相比扶壁式挡土墙等较低。白洪宇等 7在施工使用新型对拉螺杆,有效地降低了造价。张宝元8通过室内三轴试验及现场监测数据对衡重式挡墙进行监测分析,得出衡重式 基金项目:湖北省住建厅 2020 年度科技计划项目(202018)作者简介:徐书平,男,1965 年生,汉族,湖北人,博士,副教授,主要从事岩土工程优化设计与理论研究。E-mail: 第 38 卷第 2 期岩土工程技术Vol.38 No.22024 年4 月Geotechnical Engineering TechniqueApr,2024挡墙土压力的分布特点及规律。陈页开等910研究了主动土压力和被动土压力的分布规律,其分布规律受
10、挡墙位变模式、土体变形特性等因素的影响。超高挡墙在极少数案例中,采用石砌重力式挡墙,辅助使用竖直抗拔锚杆的布置形式,用以确保挡土墙的稳固与耐久性能1112。为解决造价过高、挡墙截面面积过大等问题,提出了一种水平抗拔锚杆设抗滑块,用作加筋后的挡土墙形式,这种形式是通过在挡墙背后土体中锚入锚杆及设置抗滑块,用以抵消填土部分主动土压力;抗滑块是指在锚杆布设后及回填土施工前,在锚杆芯材设置钢筋砼板或砼块,人为增大锚杆的截面积,以达到增加锚杆水平向的抗力;通过设置抗滑块,能极大地缩小挡墙截面积、降低成本,为高边坡的支撑带来更多的便利。与其他挡土墙类型相比,采用抗拔锚杆和抗滑块,其加筋作用适用于超高挡土墙
11、,其施工便捷,在安全经济性等方面都具有明显优势。1 设抗拔锚杆与抗滑块的挡土墙有限元分析法 1.1 抗拔锚杆和抗滑块的本构模型为了便于计算抗拔锚杆、抗滑块、混凝土挡墙间的应力应变关系,在模拟计算时,常使用线弹性本构模型模拟工程。这是因为在实际情况下,其很少进入塑性状态。通过使用线弹性模型,可以更准确地计算和分析它们的力学行为。其物理方程可表示如下:=D(1)D式中:为应力分量矩阵;为弹性矩阵;为应变分量矩阵。1.2 模型土参数及制备方法在本研究中,将采用模型模拟工程,通过分析工程实例中挡墙及土体不同区段水平位移与水平应力的结果,评估在超高挡墙中使用抗拔锚杆、抗滑块加筋作用的工程效果。针对超高挡
12、土墙的设计,本研究采用 ABAQUS 作为分析软件,并制定相应的研究方法。其中,土层编号 1 为墙后填土,土层编号 2 为山体坡脚处残积粉质土(修建挡土墙清除),土层编号 3为岩体,各土层物理力学指标见表 1,模型材料的有限元计算参数见表 2。表 1 土层物理力学指标土层编号弹性模量E/MPa重度/(kNm3)泊松比黏聚力c/kPa内摩擦角/()14.67180.3121026.1119.70.432513320.0022.50.35540 表 2 模型材料计算参数取值材料变形模量E/MPa泊松比重度/(kNm3)抗滑块280000.2525抗拔锚杆2000000.225岩体3000.3520
13、挡土墙280000.2525 (1)设置不同层数的抗拔锚杆设定挡土墙墙高为 20 m,墙厚 2 m,挡土墙与岩石边坡间为 10 m 厚的填土。布置 2 层水平抗拔锚杆,每层的层间距取 2 m,抗滑块尺寸为 100 mm600mm。为方便建模与实际施工,设置抗拔锚杆锚固长度为 6 m,建立模型。距抗滑块右侧 2.5 m 处取一竖直截面,定义为截面 A;挡土墙顶部至深度 7 m 处取一竖直截面,定义为截面 B;在抗滑块间取一水平截面,定义为截面 C,以 A、B、C 三截面的应力、位移变化为基准分析模型。在模型的基础上,等垂直距离增加一根抗拔锚杆,建立模型,如图 1 所示。2000200020002
14、0002000010006000ACB抗拔锚杆挡土墙岩石边坡100600抗滑块平面尺寸YX 图 1 设置 3 根抗拔锚杆的模型(单位:mm)(2)设置不同位置不同个数抗滑块在图 1 模型的基础上,距离第一列抗滑块右侧 3 m 处,再新增一列抗滑块,将抗滑块分别现浇在各层水平抗拔锚杆上,建立模型。2 工程实例及模型构建 2.1 工程概况某拟建工程场地,位于丘陵地带,因建筑规划用地需要,现需对山体边坡进行填方,填方最大高度为25 m;建设单位为充分利用规划红线内场地,沿用地红线修筑垂直型挡土墙,因此为减小工程造价,尽可能利用现有规划用地,设计中采用抗拔锚杆+抗滑块加筋模式,应用于挡土墙设计与施工中
15、。徐书平等:抗拔锚杆在超高挡土墙中的加筋作用研究1572.2 计算模型边界条件的设定建立理想化二维模型,在模型底部对水平、竖直方向设置边界位移约束,在其两侧设置水平方向的边界位移约束。3 数值模拟计算为精确模拟现场实际的桩土作用力,将灌注桩转换为地连墙进行计算,左侧被动区土压力以刚度随深度增加的接地弹簧代替,右侧采用非均布荷载的方式施加主动土压力进行计算。在软件分析计算完成后,可通过分析不同计算模型 A、B、C 三截面的水平应力、水平位移,得出在超高挡墙中设置抗拔锚杆、抗滑块的作用效果。3.1 计算模型云图断面 A、B、C 路径如图 2 所示。S,S11(Avg:75%)+7.809e+06+
16、6.577e+06+5.346e+06+4.115e+06+2.883e+06+1.652e+06+4.203e+058.111e+052.043e+063.274e+064.505e+065.737e+066.968e+06yxzS,S11(Avg:75%)+7.809e+06+6.577e+06+5.346e+06+4.115e+06+2.883e+06+1.652e+06+4.203e+058.111e+052.043e+063.274e+064.505e+065.737e+066.968e+06yxzS,S11(Avg:75%)+7.809e+06+6.577e+06+5.346e+0
17、6+4.115e+06+2.883e+06+1.652e+06+4.203e+058.111e+052.043e+063.274e+064.505e+065.737e+066.968e+06yxz(a)断面 A 路径(b)断面 B 路径(c)断面 C 路径 图 2 断面 A、B、C 的路径 设置以下 3 种布置形式:(1)两层抗拔锚杆,一列抗滑块,取断面 A1、B1、C1,模型水平方向应力、位移如图 3 所示。U,U1+1.214e03+1.522e049.092e041.971e033.032e034.093e035.155e036.216e037.277e038.339e039.400e0
18、31.046e021.152e02yzxS,S11(Avg:75%)+1.044e+07+8.787e+06+7.134e+06+5.481e+06+3.827e+06+2.174e+06+5.210e+051.132e+062.785e+064.439e+066.092e+067.745e+069.398e+06yzx(a)模型 水平应力(b)模型 水平位移 图 3 模型水平应力、水平位移云图 (2)三层抗拔锚杆,一列抗滑块,取断面 A2、B2、C2,模型水平方向应力、位移如图 4 所示。U,U1+1.901e03+1.384e03+8.661e04+3.485e041.691e046.86
19、7e041.204e031.722e032.239e032.757e033.275e033.792e034.310e03yzxS,S11(Avg:75%)+7.809e+06+6.577e+06+5.346e+06+4.115e+06+2.883e+06+1.652e+06+4.203e+058.111e+052.043e+063.274e+064.505e+065.737e+066.968e+06yzx(a)模型 水平应力(b)模型 水平位移 图 4 模型水平应力、水平位移云图 (3)布置三层抗拔锚杆,两列抗滑块,取断面 A3、B3、C3,模型水平方向应力、位移如图 5 所示。158岩土工程
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