李 駿

(重慶市交通工程監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司)

在石質(zhì)邊坡下棚洞回填體材料的優(yōu)化方案

李 駿

(重慶市交通工程監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司)

本文以某棚洞為依托研究對象，采用有機玻璃棚洞模型進行試驗，提出對棚洞施工中在石質(zhì)邊坡下回填體材料的優(yōu)化方案，對以后的棚洞回填體材料的選擇有很好的指導(dǎo)意義。

石質(zhì)邊坡 棚洞 回填材料 優(yōu)化方案

1 依托工程情況

本次模型試驗以某棚洞為依托，模型實體結(jié)構(gòu)高度9.8m，寬度1.426m，縱向單元長度9.5×4=38m。棚洞結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，地系梁截面尺寸為0.75m ×0.5m；斜柱尺寸為1.2m×1.2m，相鄰兩斜柱中心間距9.5m；斜柱頂端設(shè)有縱向托梁，托梁為暗梁結(jié)構(gòu)，托梁高度為1.8m，寬度1.0m；曲墻平板厚度為0.8m鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。棚洞所有結(jié)構(gòu)均采用C35鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

棚洞邊坡巖體從上至下依次為：棚洞結(jié)構(gòu)與邊坡間的回填主要采用干碼片石和耕植土兩種材料。

2 棚洞模型目的和方案

2.1 試驗?zāi)康?/p>

（1）通過改變圍巖邊坡的坡率和回填體材質(zhì)的組合變化，選擇合適的回填體材料。

（2） 對棚洞結(jié)構(gòu)未來性態(tài)做出預(yù)測。

2.2 試驗方案

模型實驗中邊坡、回填體和棚洞結(jié)構(gòu)之間的相互作用關(guān)系是本次模型實驗的關(guān)鍵技術(shù)問題，試驗方案如下:

表3 -1 棚洞結(jié)構(gòu)模型試驗方案

2.3 模型試驗系統(tǒng)

根據(jù)實際需要模型的尺寸相似比選用1：25，根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力值選定結(jié)構(gòu)有機玻璃的尺寸，取一聯(lián)（4跨）棚洞結(jié)構(gòu)作為模型試驗對象。如下圖所示：

圖1 棚洞結(jié)構(gòu)模型橫斷面圖（單位：mm）

圖2 棚洞結(jié)構(gòu)模型縱斷面圖（單位：mm）

2.4 棚洞邊坡圍巖模擬材料

本次模型實驗采用砂為骨料，以石膏為主要膠結(jié)材料，以水泥、石灰、膨潤土等為輔助膠結(jié)材料。

2.5 棚洞模型監(jiān)測方案

本模型試驗?zāi)康氖谴_定水平推力對棚洞結(jié)構(gòu)的影響，以及邊坡與棚洞結(jié)構(gòu)間的相互作用關(guān)系，監(jiān)測的主要項目有：（1）邊坡與回填體間的接觸應(yīng)力監(jiān)測；（2）棚洞結(jié)構(gòu)與回填體間的接觸應(yīng)力監(jiān)測；（3）棚洞曲墻平板結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測；（4）棚洞托梁內(nèi)力監(jiān)測；（5）棚洞斜柱內(nèi)力監(jiān)測；（6）棚洞地基梁內(nèi)力監(jiān)測；（7）棚洞樁基礎(chǔ)頂端水平推力監(jiān)測；（8）棚洞結(jié)構(gòu)的位移監(jiān)測。測量儀器的橫斷面布設(shè)如圖3-5所示。

圖3 測點橫斷面布置圖

3 棚洞模型數(shù)據(jù)分析

本次模型實驗數(shù)據(jù)分析僅選取1：0.3坡率的巖質(zhì)邊坡，漿砌片石回填和土石回填對比分析。

1）回填體與曲墻平板的接觸應(yīng)力分析

圖4 曲墻平板接觸應(yīng)力發(fā)展趨勢圖(漿砌片石回填)

圖5 曲墻平板接觸應(yīng)力發(fā)展趨勢圖(土石回填)

在巖質(zhì)邊坡1:0.3坡率的情況下，采用土石回填引起曲墻平板的接觸應(yīng)力較大，而采用漿砌片石引起的曲墻平板的接觸應(yīng)力較小，這是由于結(jié)構(gòu)自身的剛度和回填體剛度，以及回填體體積等因素整體決定的。在巖質(zhì)邊坡坡率均為1:0.3的情況下，采用漿砌片石回填比采用土石回填引起結(jié)構(gòu)的受力更小，對于結(jié)構(gòu)的受力和安全是有益的。

2）棚洞頂板水平位移分析

圖6 棚洞頂板水平位移發(fā)展趨勢圖(漿砌片石回填)

圖7 棚洞頂板水平位移發(fā)展趨勢圖(土石回填)

在巖質(zhì)邊坡坡率1:0.3的情況下，漿砌片石回填引起的水平位移較土石回填引起的水平位移小，主要是因為引起結(jié)構(gòu)水平位移的仍然是回填荷載的水平推力，在巖質(zhì)邊坡坡率為1:0.3的情況下，采用土石回填引起的側(cè)向壓力更大。

3）棚洞結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析因棚洞結(jié)構(gòu)中，斜柱為主要受力對象，故本文以斜柱內(nèi)力為主要分析對象。

圖8 斜柱表面應(yīng)力發(fā)展趨勢圖

圖9 斜柱表面應(yīng)力發(fā)展趨勢圖

在巖質(zhì)邊坡坡率1:0.3的情況下，采用漿砌片石回填及土石回填引起的斜柱應(yīng)力變化規(guī)律及應(yīng)力分布規(guī)律基本上相同，在回填完成后，即達到最大值；在應(yīng)力分布上，斜柱底端外測承受壓應(yīng)力，內(nèi)側(cè)承受拉力，斜柱頂端外側(cè)承受拉應(yīng)力，內(nèi)側(cè)承受壓應(yīng)力。在邊坡穩(wěn)定的情況下，采用土石回填引起斜柱結(jié)構(gòu)應(yīng)力較采用漿砌片石回填引起的斜柱應(yīng)力增大50%左右，說明填料對斜柱結(jié)構(gòu)應(yīng)力具有明顯的影響。

4 結(jié)論

本文經(jīng)過對棚洞模型結(jié)構(gòu)的分類實驗研究，結(jié)合相關(guān)實驗數(shù)據(jù)，探討不同回填體形式下棚洞結(jié)構(gòu)的受力情況，可得如下結(jié)論：

1) 在巖質(zhì)邊坡坡率為1:0.3的情況下，采用漿砌片石回填比采用土石回填引起結(jié)構(gòu)的受力更小，對于結(jié)構(gòu)的受力和安全是有益的；

2) 在不同的回填料情況下，棚洞結(jié)構(gòu)內(nèi)力受力均以斜柱位置處受力最大，中跨位置的斜柱受力大于邊跨位置處的斜柱受力，同根斜柱的上部位置受力大于下部位置的受力，但采用漿砌片石回填料更有益于棚洞結(jié)構(gòu)的受力；

3) 在巖質(zhì)邊坡坡率為1:0.3的情況下，采用土石回填引起的側(cè)向壓力更大，不利于棚洞結(jié)構(gòu)的安全。

[1]交通部公路司和中國工程建設(shè)標準化協(xié)會公路工程委員會.JTG B01—2003公路工程技術(shù)標準.北京：人民交通出版社，2003.

[2]中交第二公路勘察設(shè)計研究院.JTG D30—2004公路路基設(shè)計規(guī)范.北京：人民交通出版社，2004.

[3]重慶交通科研設(shè)計院.JTG D70—2004公路隧道設(shè)計規(guī)范.北京：人民交通出版社，2004.

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