懸臂式擋土墻

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1、凍土區(qū)路塹工程中懸臂式擋土墻的適應(yīng)性摘要：根據(jù)懸臂式擋土墻自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),結(jié)合多年凍土的物理力學(xué)特性以及其地處高原所存在的施工問題,分析了該型檔墻在多年凍土區(qū)路塹邊坡支檔處理中的優(yōu)越性,指出該型檔墻是多年凍土區(qū)路塹支檔結(jié)構(gòu)的首選類型。。關(guān)鍵詞:懸臂式擋土墻凍土路塹支擋結(jié)構(gòu)1引言目前,國內(nèi)外在多年凍土地區(qū)厚層地下冰段修筑鐵路,一般都遵循多填少挖的原則而以路堤形式通過。所以到目前為止,在厚層地下冰地段修筑鐵路路塹為數(shù)還不多,對路塹邊坡?lián)跬两Y(jié)構(gòu)的研究也較少。從上世紀(jì)60年代開始,中國學(xué)者在青藏高原多年凍土區(qū)進(jìn)行了一些科學(xué)試驗(yàn)研究,分別在理論和實(shí)踐方面為路塹工程的

2、可行性建設(shè)提供了參考依據(jù)。研究表明[1],對于多年凍土區(qū)不可避免的路塹工程建設(shè),當(dāng)路塹較深或邊坡較高(H>6m)時(shí),采用下?lián)跎献o(hù)的邊坡處理方式為好。而下?lián)踅ㄖ锊捎萌嵝?、輕型、預(yù)制拼裝的鋼筋混凝土懸臂式擋墻為宜。為進(jìn)一步探索這種擋墻在路塹工程中的實(shí)際可行性和經(jīng)濟(jì)合理性,本文將結(jié)合北麓河擋墻試驗(yàn)工程,從該型擋墻為適應(yīng)凍土特性的斷面形式和處理措施方面進(jìn)行初步探討和分析。有關(guān)分析計(jì)算見其它相關(guān)文獻(xiàn)。2凍土區(qū)支擋結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)及工程措施2.1受力特點(diǎn)一般來說,多年凍土區(qū)擋土建筑物的修建,改變了原地面的熱平衡條件,在墻背形成新的多年凍土上限。每年夏季墻背凍土融化,形

3、成季節(jié)融化層,這種融化土層對墻體將作用土壓辦。在冬季,季節(jié)融化層凍結(jié),在凍結(jié)過程中,由于土中水分結(jié)冰膨脹,凍結(jié)土體對擋土墻將作用凍脹力。土壓力和水平凍脹力的這種交替循環(huán)作用,是多年凍土區(qū)擋土建筑物工作的顯著特點(diǎn)。在無凍結(jié)的情況下,擋土墻主要承受來自墻背填土產(chǎn)生的主動(dòng)土壓力,因而,土壓力是驗(yàn)算擋土墻穩(wěn)定性的主要荷載。在寒季,隨著地溫的降低,墻后土體在凍結(jié)過程當(dāng)中,產(chǎn)生作用于墻體的水平凍脹力。據(jù)試驗(yàn)測定,這種水平凍脹力往往比土壓力大幾倍甚至幾十倍。這時(shí)候,計(jì)算分析時(shí),就忽略土壓力的作用。水平凍脹力的大小,除與墻后填土的凍脹性有關(guān)外,還與墻體對凍脹的約束程度有關(guān)

4、。如果墻體變形足夠,即土體凍結(jié)過程中可以自由膨脹,自然不會有凍脹力的產(chǎn)生。試驗(yàn)表明,墻體稍有變形,水平凍脹力就可大為減小。該型擋墻,這種柔性支擋結(jié)構(gòu)應(yīng)用于多年凍土地區(qū),就是出于這種需要而設(shè)計(jì)的。2.2工程措施正確的工程措施,必須充分考慮區(qū)域氣候條件及凍土條件,并與自然營力在路基體內(nèi)引起的變形特征為主要依據(jù)。在多年凍土區(qū),地下冰無論成因?yàn)楹?冰層與其上的季節(jié)融化層經(jīng)過長久以來的環(huán)境作用,已經(jīng)形成比較穩(wěn)定的平衡狀態(tài)(溫度場,物理和熱物理性質(zhì),熱量的存儲、傳遞、周轉(zhuǎn),力系平衡等)。路塹的開挖就不可避免地將要破壞這種平衡。按照工程類比的觀點(diǎn),欲使新的體系得到平衡,

5、即要求工程的變形控制在穩(wěn)定性和耐久性允許的范圍之內(nèi),就必須使新的體系的熱學(xué)、力學(xué)狀態(tài)在一定限度內(nèi)恢復(fù)到與原有狀態(tài)相似的水平;或是使之能夠適應(yīng)狀態(tài)改變所引起的變化。這就是確定工程措施的基本出發(fā)點(diǎn)。對于擋墻這種結(jié)構(gòu),主要力系土壓力或凍脹力。在墻背形式確定后土壓力主要與填土自重有關(guān),對于選擇了一種填料之后,其土壓力一般來說是確定的。在多年凍土區(qū),關(guān)鍵是如何減小水平凍脹力的作用。總的說來,減小水平凍脹力的措施可以歸納為兩種:一種為結(jié)構(gòu)措施,如采用柔性結(jié)構(gòu),即使擋土墻有較大變形能力,以減小對墻后土體凍脹的約束,從而減小水平凍脹力;另一種是土體改良措施,即改變墻背填土

6、的性質(zhì),使它不產(chǎn)生凍脹或產(chǎn)生較小的凍脹,這樣就可減小水平凍脹力。在青藏鐵路格拉段多年凍土區(qū)厚層地下冰段,含冰量大,冬夏季節(jié)交替凍融循環(huán)比較頻繁,對擋墻的潛在破壞性比較大。所以在結(jié)構(gòu)措施上采用懸臂式鋼筋混凝土擋墻這種輕型、預(yù)制、拼裝化柔性支擋新結(jié)構(gòu),使擋土墻有一定的變形能力。在土體改良措施中,采用換填粗穎粒保溫材料。一方面減小墻后填土積存水,從而減小凍脹的可能性;另一方面也可起到保溫隔熱的效果,使墻背季節(jié)融化層的厚度減小,從而減小有效凍脹帶的厚度,減小水平凍脹力。3懸臂式擋墻的分析青藏鐵路地處高原多年凍土區(qū),考慮到多年凍土凍脹融沉的固有特點(diǎn),為適應(yīng)土體在凍脹

7、過程中的力學(xué)特性,在開挖邊坡部分設(shè)置輕型擋護(hù)結(jié)構(gòu)以保證邊坡的穩(wěn)定和抗凍融性能,這種輕型支擋結(jié)構(gòu)—懸臂式鋼筋混凝土擋墻是首選類型[2]。此類擋墻根據(jù)需要還可以采用一級或多級的結(jié)構(gòu)形式。3.1一級擋墻的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)首先,是柔性特點(diǎn)。由于墻后填土層在凍脹融沉過程中,不僅會給擋墻帶來較大的變形內(nèi)力,而且會使之在受力方面產(chǎn)生很大的波動(dòng)性,產(chǎn)生一種類似于動(dòng)應(yīng)力的效用,隨著時(shí)間的推移,就會出現(xiàn)疲勞破壞。對剛性結(jié)構(gòu)來說,抗疲勞能力就很差;而柔性結(jié)構(gòu)正好可以彌補(bǔ)這方面的不足,具有較好的抗疲勞能力,以適應(yīng)凍脹融沉的受力特點(diǎn),在擋墻彈性變形很小范圍內(nèi)卻具有很大的卸載功能。在理論上,

8、可以起到很好的邊坡防護(hù)效果。其次,是輕型特點(diǎn),尤其在高原上。在青藏