預應力錨索柱板墻現場動態測試研究

馬興峰，李志勇，董城

(1.衡桂高速公路建設開發有限公司，湖南衡陽421001;2.湖南省交通科學研究院，湖南長沙410015)

0 前言

柱板墻由于其對地基的承載力要求較低，對基底的寬度要求較小，在結合錨桿與錨索的作用時還能夠達到一般擋墻難以達到的高度，因此，在山區地質地形條件復雜的公路建設中得到了廣泛的應用［1-6］。隨著交通量增大，車輛荷載的重型化，汽車載重量的加大，以及行駛速度的提高，使交通運輸呈現出“大流量、重載和渠化交通”的特點。使得車輛運載能力快速提高的同時也相應地增加了作用在支擋結構上的壓力。這樣會使其服務能力顯著降低。因此，必須正確認識和了解動荷載對支擋結構的影響。

目前，對于動荷載對路基與路面的破壞作用已有大量的實驗進行了證明，而動荷載對支擋結構的影響則一直沒有引起重視［3］。行駛在路面上的車輛對路面結構施加大小和位置都隨機變化的動力荷載，并且該種荷載的變化還與路面表面狀況(主要為不平整度)、車輛結構特性、懸架系統、車速、載重等因素密切相關。作用在支擋結構上的壓力也必然會隨著路面荷載的變化而發生變化。本著提高支擋結構使用性能的目的，以預應力錨索柱板墻為研究對象，進行試驗研究。本次實驗擬通過一定規模的現場監測來確定各種影響，為分析重型運動車輛對預應力錨索柱板墻的損傷破壞機理提供依據。

1 實驗概況

試驗采用動土壓力盒進行測試，測試儀器采用DH5935動態應變儀進行動態數據的收集，并利用動土壓力傳感器直接測得應變值。試驗車輛采用三軸10輪的“東風”重型普通貨車(EQ1166G2)，后軸為雙輪，外輪距2.05 m，內輪距1.60 m，前軸輪距1.90 m，后兩軸軸距1.30 m，前軸與最近后軸軸距5.90 m。試驗時，車輛載重采用空載、滿載、超載情況下不同車速、不同車道進行試驗。具體試驗情況見表1，測試元件布置如圖1。

表1 影響因素組合表

2 測試結果與分析

2.1 不同載重下動應變變化規律

為考慮不同載重下行車荷載對路基與擋墻的動力影響情況，在本次測試中將車輛行駛在超車道上進行試驗，選取車速70 km/h滿載時作為典型代表進行分析。其他車速下的測試結果類似。由于材料的阻尼以及測試儀器的靈敏度原因，深于2.0 m的原件測不到明顯的波形，故僅將有明顯波形的測試結果進行分析，具體試驗結果見圖2～圖5。

圖1 測試元件布置圖(單位:m)

圖2 不同載重下路面下0．5 m路基動應變時程曲線

圖3 不同載重下路面下1．5 m路基動應變時程曲線

圖4 不同載重預應力錨索柱板墻頂下0．25 m動應變時程曲線

圖5 不同載重預應力錨索柱板墻頂下1．25 m動應變時程曲線

測試表明:①前輪通過時動應變峰值明顯小于后輪通過時的動應變峰值;②載重越大，動應變峰值也越大。超載的動應變峰值最大，滿載時的次之，空載的最小;③擋土墻上的動應變方向在墻頂處與其它位置是相反的。在墻頂處朝著減小的方向振動，在其他位置朝著增加的方向振動。說明在行車荷載的作用下，在墻頂處，墻面與填料之間存在脫離的趨勢，而墻下一定范圍內墻面與填料之間接觸得更加緊密。

2.2 不同速度下動應變變化規律

為考慮不同車速下汽車動荷載對路基與擋墻的影響，在本次測試中以汽車滿載情況下，分別以50、70、90 km/h三檔進行測試。測試結果見圖6、圖7。

圖6 不同速度下路面下0．5 m路基動應變時程曲線

圖7 不同速度預應力錨索柱板墻頂下0．25 m動應變時程曲線

測試表明:車速從50 km/h增加到70 km/h時，路基與擋墻的動應變略有減小，基本保持不變。從70 km/h增加到90 km/h時，動應變略有增加，但增加量很小。由此可以看出，汽車速度變化對擋土墻和路基的動應變變化的影響相當小，故在進行擋土墻的設計時可以不考慮車速的影響。

2.3 車輛行駛在不同車道下動應變變化規律

在本次動載試驗中，測試擋土墻的動應變變化規律時主要將車輛以70 km/h行駛在超車道上進行試驗。測試結果見圖8、圖9。從圖中可以看出:當汽車行駛在超車道時，對擋墻的動態響應規律均與汽車行駛在行車道上的規律相似，但前者引起的應變峰值遠小于后者引起的應變峰值。

圖8 汽車行駛在超車道時路基動應變時程曲線

圖9 汽車行駛在超車道時預應力錨索柱板墻動應變時程曲線

從圖10中可以看出，汽車行駛在不同車道時，在超車道上對擋土墻的動態影響遠小于在行車道上對擋土墻的影響。因此，在進行該類擋土墻的設計時主要考慮與擋土墻鄰近的動荷載的作用。

圖10 汽車在不同車道時動應變峰值隨深度變化曲線

3 結語

本文對重型車輛在不同載重、不同車速、行駛在不同車道時對預應力錨索柱板墻的動態響應情況進行了測試，主要得出了以下幾點:

1)隨著車輛載重的增加，動荷載在擋土墻中引起的動應變都顯著增加，后輪的影響大于前輪影響。這表明汽車荷載的增加是引起擋土墻破壞的重要原因。

2)汽車速度的增加，對擋土墻的作用有所加強，但對其動應力的影響較小。

3)汽車在超車道上行駛時，對擋土墻的影響程度遠小于在行車道上行駛時的影響。故在進行此類擋土墻的設計計算時，應主要考慮汽車荷載以及在行車道上的動荷載的作用。

［1］俞琛，李昉.預應力錨索柱板墻的設計原理、施工與經濟分析［J］.鐵道標準設計，2003(10).

［2］李國正，陳新.錨拉式樁板墻結構模型試驗和數值模擬研究［J］.西南民族大學學報(自然科學版)，2005，31(1):94-98.

［3］富海鷹，何昌榮.新型預應力錨拉式樁板墻的原型觀測分析［J］.巖土工程學報，2005，27(9):1050-1054.

［4］尉希成，周美玲.支擋結構設計手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2004.

［5］顧尉慈.擋土墻土壓力計算手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2004.

［6］李海光.新型支擋結構設計與工程實例［M］.北京:人民交通出版社，2004.