锚拉悬臂式挡土墙

2024-06-22

锚拉悬臂式挡土墙（精选五篇）

锚拉悬臂式挡土墙篇1

关键词：锚拉悬臂式挡土墙,车辆荷载,数值模拟,力学参数

随着车辆普及程度的提高, 交通拥堵现象日益严重, 无论市政道路还是高速公路, 节假日或交通高峰期某段时间内, 道路车流量甚至处于零流量状态, 这严重影响了人们的正常生活及环境的保护。为适应交通压力的需求, 高速公路的修建正在逐步扩大, 但众所周知, 高速公路占地量大、用土量多, 在土地资源越来越紧张的情况下, 公路建设中如何节约土地成为首先考虑的问题, 路用挡土墙在此背景下应运而生。锚拉悬臂式挡土墙就是其中的一种。目前关于挡土墙的研究大多处于理论计算阶段, 而对模型试验研究较少, 尤其对于锚拉悬臂式挡土墙而言, 其受力分布规律尚不明确, 工程建设中设计参数较难确定, 因此, 有必要对车辆荷载作用下锚拉悬臂式挡土墙的力学响应空间分布规律进行模型试验研究。

为使模型试验结果更为准确, 测量仪器量程的选取尤为重要, 因此, 预先通过ABAQUS有限元数值计算软件对锚拉悬臂式挡土墙模型试验工况进行数值模拟, 计算其力学参数的量值变化, 以期为模型试验的准确设计、参数比较及实际工程中锚拉悬臂式挡土墙的设计与施工提供理论依据。

1 模型建立

1.1 模型试验设计

按照几何相似原则, 取相似比3∶1设计模型, 悬臂式挡土墙用钢板代替, 立板与底板均壁厚3cm, 通过焊接连接, 并通过壁厚1.5cm的三角钢板支撑进行焊接固定, 踵板长0.5m, 趾板长0.3m。另外设置三面固定钢板与悬臂式挡土墙构成模型槽, 模型槽长2.7m, 宽2m, 高2m。锚杆使用Φ26螺纹钢筋, 锚杆位于挡土墙1.3m高度位置处。注浆体使用截面为正方形的钢筒, 钢筒长2.4m, 截面边长15cm。模型槽内填土为砂土, 填土高度为2m, 顶部铺一壁厚2cm的钢板。

1.2 有限元模型的建立

按模型试验1∶1比例, 用ABAQUS建立的有限元模型如图1所示。

模型槽钢板及内部填土力学参数选取如表1所示。

锚杆及注浆体的力学计算参数与挡土墙相同。挡土墙立板与底板之间、三角斜撑与立板底板之间、锚杆与挡土墙之间及锚杆与注浆体之间采用绑定约束, 砂土与模型槽及注浆体之间采用摩擦接触, 摩擦系数为0.45, 材料力学参数各向同性。除挡土墙外, 其余三面钢板并未在模型中出现, 而是直接约束其他三面土体的侧向位移, 模型底面位移、转角均为0。

1.3 载荷设计

根据轮胎与路面接触面积的当量圆换算关系:

式中:δ—当量圆半径 (m) ;

P—车轮荷载 (MN) ;

p—轮胎气压 (MPa) , 取0.7MPa。

取双轮组单轴轴载为120k N, 则一侧车轮对路面的压力为60k N, 由上式计算得到轮胎与路面接触面当量圆半径为16.52cm, 当量圆面积为857cm2。在模型顶部中心位置30cm×30cm区域上分6级施加竖向压力荷载, 每级10k N, 以此方式来模拟车辆荷载的作用。

2 锚杆轴力分布规律

从图2、图3中可以看出, 由于车轮荷载的集中效应, 锚杆中间位置轴力远大于两端, 轴力曲线呈明显上凸现象, 这与理论计算中锚杆轴力由近墙端至远墙端逐渐减小的规律有差别;随着上部荷载增大, 作用在挡土墙上的主动土压力增大, 锚杆各位置处轴力也随之增大, 锚杆所受拉力向锚杆锚固段深处扩展, 60k N荷载作用下, 锚杆轴力最大可达16k N;锚杆进入自由端后, 轴力急剧减小直至趋于零, 近墙端轴力远大于远墙端, 说明锚杆远墙端发挥的作用较小。

3 土压力空间分布规律

3.1 挡土墙侧向土压力竖向分布规律

从图4、图5可以看出, 各级荷载作用下, 沿挡土墙高度方向, 侧向土压力呈现先减小后增大再减小再增大的过程, 锚杆作用位置处, 侧向土压力大于其上下两侧, 最大侧向土压力出现在挡土墙底部, 锚杆的存在破坏了悬臂式挡土墙侧向土压力的理论分布规律。由于挡土墙顶部土体首先受到上部荷载作用, 顶部土体的压实程度大于其附近区域, 在土体与挡土墙的摩擦力及土体横向变形的综合影响下, 表现出先减小后增大的趋势;由于锚杆对挡土墙的拉拔作用, 约束了挡土墙的侧向变形, 在主动土压力作用下, 使得锚固端侧向土压力大于其上下两侧, 同时也说明锚杆对提高悬臂式挡土墙的稳定性效果显著。

3.2 挡土墙侧向土压力横向分布规律

图6中的曲线是指锚杆锚固端高度位置处的侧向土压力沿挡土墙宽度方向的分布规律, 从该图中可以看出, 侧向土压力横向分布同样在锚杆作用位置处出现集中现象, 由中间至两侧急剧减小, 最大侧向土压力约为9k Pa。综合图5、图6可以看出, 挡土墙在锚固端位置受力较大, 在实际工程中应予以重点加固, 防止挡土墙的应力破坏。

3.3 锚杆L/2截面竖向土压力横向分布规律

图7、图8计算结果所示位置是指锚杆L/2截面 (L为注浆体长度) 、1.4m高度位置处竖向土压力的横向分布规律, 从图8中可以看出, 注浆体上部竖向土压力较集中, 向两侧急剧减小, 最大竖向土压力约为60k Pa, 说明注浆体下部收到的弯拉应力较大, 易导致注浆体开裂, 影响锚杆的使用寿命, 这同时也验证了锚杆中间位置轴力较大的现象。

4 挡土墙侧向位移分布规律

从图9、图10可以看出, 随着上部荷载的增加, 挡土墙各位置处侧向位移量都不断增大, 侧向位移曲线在1.3m处出现明显拐点, 上部位移量较大, 而下部位移量迅速减小, 最大侧向位移量约为5mm, 说明锚杆的存在使挡土墙下部所受弯矩减小, 侧向位移量随之减小, 有效限制了挡土墙下部的侧向变形。故在实际工程中, 若挡土墙的设计高度较大, 可设置多层锚杆来提高挡土墙的稳定性。

5 结论

(1) 模拟车轮荷载作用下, 锚杆轴力最大值出现在锚杆中间位置, 向两端逐渐减小, 近墙端轴力大于远墙端。

(2) 挡土墙侧向土压力的竖向分布及横向分布都在锚固端位置出现急剧增大现象, 实际工程中, 挡土墙该位置应重点加固;锚杆高度位置、L/2截面处竖向土压力最大值出现在锚杆上方, 向两侧横向递减。

(3) 挡土墙的侧向位移量在锚杆以下迅速减小, 最大侧向位移出现在挡土墙顶端, 说明锚杆对悬臂式挡土墙的支护效果显著。

参考文献

[1]王义重, 王其勇, 等.土钉墙-锚杆支护技术模型试验及有限元研究[J].岩土力学, 2011, 32 (52) :222-227.

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[3]武崇福, 李长洪, 等.深基坑预应力锚杆轴力分布研究[J].建筑结构, 2011, 41 (08) :134-137.

[4]郑立志.锚拉式挡土墙土压力空间分布研究[D].济南:山东大学, 2013.

[5]唐仁华, 陈昌富.锚杆挡土墙可靠度分析与计算方法[J].岩土力学, 2012, 35 (05) :1389-1394, 1401.

锚拉悬臂式挡土墙篇2

1.钢筋混凝土悬臂式挡土墙和扶壁式挡土墙，宜在石料缺乏、地基承载力较低的路堤地段采用，装配式的扶壁式挡土墙不宜在不良地质地段或地震动峰值加速度为0.2g级(原八度)以上地区采用。

2.悬臂式挡土墙高度不宜大于6m，

当墙高大于4m时，宜在墙面板前加肋。墙顶宽度不应小于o.2m,，扶壁式挡土墙高度不宜大于lom。墙顶宽度不应小于0.2m。

3.每段墙的底板、面板和肋的钢筋应一次绑扎，宜一次完成混凝土浇筑;浇筑混凝土应按现行铁路混凝土与砌体工程施工规范的有关规定施工。

锚拉悬臂式挡土墙篇3

1 现场试验

传统重力式挡土墙具有取材方便、施工简单、造价相对较低等优点, 但是其极限高度不超过6m。锚拉重力式挡土墙就是在传统重力式挡土墙的基础上加设锚杆, 在施工过程中就把锚杆建立在路基之中, 通过与路基的摩擦提供给挡土墙侧向拉力, 进而提高了挡土墙的抗滑稳定性和抗倾覆稳定性。从而能保证锚拉重力式挡土墙有比传统重力式挡土墙更高的设计高度和更高的稳定性。

锚拉重力式挡土墙试验段就建立在青临高速K14+460~K14+560段上, 位于山东省潍坊市青州市黄楼镇。该段挡土墙高度6m, 路基填高8m, 锚杆长度12m, 位于挡土墙3.5m位置处, 在锚杆的3m、6m、9m、12m位置处安装了轴力计, 如图1所示, 用以监测在施工过程中及公路运营期间锚杆轴力的变化。

通过监测锚杆轴力在路基施工过程中不同填土高度下的轴力, 绘制成如图3所示。

由图3可以看出锚杆轴力由近墙端至远墙端逐渐减小, 且整体上随着填土高度的增大而增大, 这是由于填土压力推动挡土墙使其产生向外移动的倾向, 但是由于锚杆的存在, 它与土体的摩阻力为挡土墙提供了向内的拉力, 使其保持平衡, 近墙端由于摩阻力较小, 致使锚杆轴力较大, 远墙端累计摩阻力较大, 故而锚杆轴力较小。当填土高度增大时, 对挡土墙的压力也随之增大, 从而导致锚杆轴力的增大。在锚杆的12m位置处, 锚杆轴力显示为负值, 说明锚杆该处受压, 由于该位置处的轴力计位于锚杆的端部, 路基施工过程中横向坡度的影响, 横向土压力的作用使轴力计产生压缩现象, 故而该处为负值。锚杆轴力基本较小, 这是由于重力式挡土墙有较大的自承能力, 需要锚杆提供的拉力较小, 随着公路运营期的增长, 其轴力会逐渐变大。

2 模型试验与数值分析

2.1 模型试验设计

模型试验在模型槽内进行, 模型槽由四面钢板组成, 尺寸为270cm×200cm×200cm, 在进行试验时模型槽三面固定, 一面自由, 在模型槽的80cm位置处有锚孔用于安装锚杆, 锚杆长度为230cm, 填土高度为160cm, 土体为砂土, 最大干密度为1.75g/cm2, 最小干密度为1.375g/cm2, 摩擦角为40°。顶部用沙袋模拟均布荷载分十级进行加载, 每级荷载2.12k Pa, 挡土墙侧向位移用百分表进行测量, 如图4所示。锚杆两侧的20cm、60cm、100cm、140cm、180cm、220cm位置处贴有应变片, 用于测量锚杆轴力, 如图5所示。

2.2 试验数据分析与数值模拟

通过整理分析实验数据并用ABAQUS进行数值模拟, 数值模拟建立的模型与模型试验的的模型槽大小及所用材料参数相同, 砂土密度为1750kg/m3, 杨氏模量60MPa, 泊松比0.32, 内摩擦角40°, 粘聚力取5k Pa, 模型槽及锚杆所用钢的密度为7850kg/m3, 杨氏模量为2.1×104MPa, 泊松比为0.3, 砂土与模型槽及锚杆切向摩擦接触, 摩擦系数为0.45, 各向同性。模型底面约束其三个方向的位移, 三个自由侧面分别约束其侧向位移, 锚杆与挡土墙之间采用绑定约束。图6为数值模拟得到的挡土墙云图, 得到了单层注浆锚杆锚拉悬臂式挡土墙锚杆拉力沿锚杆长度的分布规律。

分析图表可以得到如下规律:

(1) 模型试验及数值模拟的锚杆各位置处轴力值随上部荷载增加而逐渐增加。这是由于随着上部荷载的增加, 挡土墙受到的侧向土压力增大, 挡土墙有外倾现象, 进而使得锚杆所受拉力增大。

(2) 模型试验测得的锚杆轴力整体上呈现中间位置较大, 而两端较小;但是在数值模拟中得到数据却是从锚杆的端部向尾端逐渐减小。这是由于在数值模拟中锚杆直接和自由墙体绑定, 而且土体上部施加的是均布荷载, 而在模型试验中土体上部使用砂袋加载, 以及模型侧壁的摩擦阻力作用, 不可避免地导致荷载分布不均, 产生土工效应, 致使锚杆中间位置压力偏大而两端较小, 在主动土压力导致的挡土墙外倾趋势影响下, 使锚杆拉力值也呈中间位置偏大的现象。

(3) 模型试验测得的锚杆拉力最大值与数值模拟基本相同, 但由于加载方式不同, 致使锚杆所受拉力沿其轴向的分布规律不同。

3 结论

(1) 现场试验结果表明:锚杆轴力由近墙端至远墙端逐渐减小, 且整体上随着填土高度的增大而增大, 这与模型数值模拟结果规律比较吻合。

(2) 模型试验中各因素的影响, 致使锚杆轴力整体上呈现中间位置较大, 而两端较小, 但其最大拉力值与数值模拟值相差不大。

(3) 由于锚杆近墙端轴力较大, 在锚杆施工过程中, 近墙端锚杆焊接一定要保证质量, 保证钢筋焊接长度大于四倍钢筋直径且不小于15cm。

(4) 数值模拟和现场试验得到的锚杆轴力在近墙端较集中, 之后锚杆轴力急剧减小, 随着远离挡土墙, 锚杆轴力逐渐变小直至趋于零。计算和实测结果表明, 锚杆只在一定范围内发挥作用, 超出一定长度后锚杆将不再发挥作用, 说明锚杆的取值并不是越长越好, 所以应根据路基土体的物理力学特性及挡土墙设计高度, 合理设计锚杆的长度, 减少不必要的材料浪费。

摘要：注浆锚杆轴力的确定是锚拉式挡土墙设计的关键步骤, 目前大多依靠经验公式进行确定, 其设计的合理性及安全度不能有效保证。结合青临高速锚拉重力式挡土墙的工程实例, 设计制作了室内模型试验, 并结合ABAQUS有限元软件数值分析结果, 分析了锚杆轴力的分布规律。现场试验结果表明, 锚杆近墙端拉力较大, 远墙端拉力较小, 锚杆轴力由近墙端至远墙端逐渐减小, 且整体上随着填土高度的增大而增大, 这与数值模拟结果规律比较吻合, 该结论为锚拉式挡土墙设计计算提供了理论依据。

关键词：注浆锚杆,轴力,模型试验,数值模拟

参考文献

[1]江屹东.置筋式挡土墙的理论分析及模型试验的设计[D].济南:山东大学, 2011.

[2]白川.广义塑性力学模型在ABAQUS中的二次开发和工程应用[D].银川:宁夏大学, 2010.

[3]郭景堂.预应力锚索桩板墙在软基陡坡高填路堤支挡中的应用[J].林业建设, 2010 (04) :10-13.

[4]王义重, 王其勇, 等.土钉墙-锚杆支护技术模型试验及有限元研究[J].岩土力学, 2011 (32) :222-227.

[5]苏骏.双面加筋挡土墙的试验研究及数值模拟分析[D].武汉:武汉理工大学, 2005.

[6]陈林, 张永兴.挡土墙非极限状态主动土压力分布[J].土木工程学报, 2011 (04) :112-119.

[7]肖衡林, 余天庆.山区挡土墙土压力的现场试验研究[J].岩土力学, 2009, 30 (12) :3771-3775.

悬臂式挡土墙施工技术篇4

太原市南中环桥是连接太原东西城区的重要公路桥梁, 该标段分为东立交工程与主桥工程, 而悬臂式挡土墙主要应用于东立交桥梁两端及箱涵两侧。东立交工程包含悬臂式挡土墙903.9m, 其中墙身最高5.66m, 需钢筋约221t, C 30混凝土约3 250m 3, C 15混凝土约260m 3。挡土墙均采用明挖现浇, 基底最小埋深≮1 050mm, 基底不能超挖, 挡土墙每隔10～15m处与桥台接缝处设置1道沉降缝。

悬臂式挡土墙的主要特点是构造简单、施工方便, 墙身断面较小, 自身质量轻, 可以较好地发挥材料的强度性能, 能适应承载力较低的地基。对于缺乏石料的地区及地震地区, 更体现出其经济、方便的特点。

1 施工工艺

1.1 防撞护栏施工工艺流程

防撞护栏的施工工艺流程为施工准备测量放样→基坑开挖→凝土垫层→基础测量放样→基础钢筋安装→基础模板安装→基础混凝土浇注→墙身测量放样→墙身钢筋安装→墙身模板安装→墙身混凝土浇注→模板拆除、混凝土养生→路基填土及其他。

1.2 基坑开挖及混凝土垫层施工

清除施工区域的杂物, 局部整平, 在挡土墙外侧开挖临时排水边沟, 施工图纸与施工测量放线已复核完毕。基坑开挖边坡为1∶0.5, 开挖深度距挡土墙凸榫底标高20cm左右时, 采用人工开挖并测量底面标高, 以确保不超挖。挖基发现有淤泥层或软土层时, 需进行换土碾压处理。

基底承载力检测合格后, 人工精平, 表面设10cm厚的C 15素混凝土垫层, 素混凝土垫层施工采用平板式振捣器进行振捣密实;施工过程中要注意标高控制。

1.3 基础钢筋加工及安装

钢筋加工时严格按照施工图纸下料。钢筋的表面应洁净, 使用前应将表面油渍、漆皮、鳞锈等清除干净;钢筋应平直, 无局部弯折, 弯曲的钢筋应调直;钢筋接头若采用搭接电弧焊时, 两钢筋搭接端部应预先折向一侧, 使两接合钢筋轴线一致;接头双面焊缝的长度应≮5d, 单面焊缝的长度应≮10d (d为钢筋直径) 。采用碰焊时, 碰焊的两根钢筋应在同一轴线上, 钢筋接头与钢筋轴线相垂直。安装基础钢筋, 同时预埋墙身竖向主筋。

1.4 基础模板安装及混凝土浇注

根据控制线弹出基准线, 根据基准线进行支模, 用10cm×10cm方木斜撑固定, 内用Υ12mm的螺纹钢焊接在底板钢筋骨架上作为内撑, 以调整宽度和模板垂直度。

混凝土罐车通过便道运输到浇注位置, 使用人工配合流槽浇注。整个基础一次浇注完成, 在此过程中要严格控制混凝土的质量。混凝土运至浇注地点后若发生离析、严重泌水或坍落度不符合要求时, 不得使用。

1.5 墙身钢筋加工、安装及模板拼装加固

待基础混凝土完成且混凝土强度达到2.5MPa后, 进行墙身钢筋安装。墙身钢筋加工及安装的施工方法与基础相同。

墙身模板采用光面七夹板拼装, 竖枋和横枋均采用10cm×10cm方木, 竖枋间距为30cm, 横枋间距为60cm, 用钢管作斜撑, 侧模以手钻钻孔用Υ12mm的螺纹钢作内撑, 间距为80cm, 螺纹钢穿孔可采用内径为20～25cm的硬塑料管, 拆模时, 将螺纹钢拔出, 再用1∶2水泥砂浆堵塞螺栓孔。因墙身下部及倒角部分受到的混凝土侧压力较大, 采用钢管作围楞加固模板, 以增强受力。模板安装见图1。

1.6 墙身混凝土浇注

当混凝土落高>2.0m时, 需采用串筒输送混凝土入模, 或采用人工分灰, 以避免混凝土产生离析。混凝土由拌和站用混凝土运输车运至现场, 用吊机吊送混凝土至平台进行浇注。混凝土浇注从低处开始分层均匀地进行, 分层厚度一般为30cm, 采用插入式振捣器振捣, 振捣棒移动距离不应超过其作用半径的1.5倍, 并与侧模保持5～10cm的距离, 切勿漏振或过振。在混凝土浇注过程中, 如果表面泌水过多, 应及时将水排走或采取逐层减水措施, 以免产生松顶。浇注到顶面后应及时抹面, 定浆后再二次抹面, 使表面平整。

1.7 模板拆除、混凝土养生

混凝土达到一定强度后方可拆模, 应尽量晚拆, 拆除后使用土工布覆盖并洒水养生, 养生期≮7d。

1.8 沉降缝及泄水孔的处理

挡土墙的沉降缝内填2cm光滑木板, 从墙顶到基底沿墙的内、外、顶三侧填塞沥青麻絮, 深5cm。挡土墙泄水孔为Υ10cm的硬质空心管, 泄水孔进口周围铺设粒径5cm的碎石, 碎石外包土工布, 下排泄水孔进口的底部铺设30cm厚的黏土层并夯实。

1.9 质量检验

悬臂式挡土墙施工质量检查与验收标准见表1。

2 施工中出现的问题及解决办法

由于2009年5月太原市处于雨季, 造成部分挡土墙排水不畅, 发现DE匝道K 0+170、DH匝道箱涵北侧挡土墙因局部侧向土压力加大造成挡土墙有1～1.5cm的横向偏移。经批准, 采用以下方法进行加固处理。

2.1 DE匝道K 0+170处挡土墙处理方法

(1) 此处挡土墙只有单侧覆土, 拟对挡墙卸载, 用重型机械在另一侧施加荷载使其回位。操作时, 注意用木板贴在墙身上, 防止外表面损坏。

(2) 挡墙回位后, 在挡墙外侧重新填土。为防止日后出现挡墙偏移, 采取以下措施: (1) 将挡墙下部预留泄水孔清理出来, 在进水口位置设置一石头窝, 再对开挖部分进行回填; (2) 在挡墙上部增设1排泄水孔, 间隔5m, 在进水口位置设置一石头窝; (3) 沿路堤方向设置两道锚固钢筋。采用Υ28mm的钢筋, 一端锚固在原路堤中的地锚上, 另一端焊接在挡墙内部的钢筋上。

2.2 DH匝道箱涵北侧挡土墙处理方法

(1) 此处道路右侧挡墙向外偏移, 外侧已覆土。采用一端张拉钢绞线使挡墙复位, 并采用钢筋锚固的处理方法。设置两道张拉孔, 一道从箱涵搭板上表面通过, 离箱涵1～1.5m, 另一道设置在土路基上, 间距8m。在两侧挡墙上部钻眼穿钢绞线, 钢绞线锚固端设在右侧挡墙, 左侧挡墙为张拉端。采用单根循环张拉钢绞线, 锚垫板下用铁扁担分散应力, 张拉时注意观察挡墙的移位以及挡墙混凝土的变化, 防止挡墙混凝土压碎。

(2) 挡墙复位后停止张拉, 将张拉端锚固。在离张拉孔0.5～1m处, 开1个Υ30cm左右的孔, 将两侧挡墙用Υ28mm钢筋焊接锚固 (焊接在挡墙钢筋上) 。锚固完成后, 卸掉钢绞线, 并用相同强度等级的混凝土将挡墙修补完善 (张拉孔预留做泄水孔) 。

(3) 因路基已填筑完成, 此处挡墙复位比较困难。若一次张拉完后没有回位, 先将钢绞线锚固稳定次日再进行第次张拉重复次后再用钢筋锚固。

3 施工要点及注意事项

(1) 基础钢筋安装时, 按一定间距增设预埋钢筋并焊接固定, 为后期墙身模板安装时的斜撑、内撑固定做好准备, 这对于基础较宽、墙身较高的挡土墙很重要。

(2) 部分挡土墙并非两侧填土, 如DE匝道西侧K 0+160～K 0+180的挡土墙, 为确保外观质量, 要求采用大块模板拼装施工, 模板拼装缝隙平整、紧密、不漏浆, 宜采用防水胶泥围缝, 以保证混凝土表面光滑平整。浇注前, 模板内的杂物、积水和钢筋上的污垢应清理干净, 模板内面应涂刷脱模剂。

(3) 因基础与墙身在不同阶段施工, 模板安装时, 必须保证基础及墙身在伸缩缝、沉降缝处全截面断开, 即墙身断缝处的木板与基础断缝处的木板的对齐精度要严格保证, 包括后续施工的防撞护栏及其预埋穿线管, 防止不均匀沉降造成的混凝土开裂。

(4) 因多处墙身较高, 使得挡土墙墙高壁薄的特点尤为明显, 综合考虑后选用串筒一次性浇注墙身, 致使墙身底部及倒角部分受到的混凝土侧压力极大, 从而对模板质量提出严格的要求, 要求按间距增加钢管围楞, 对墙身侧模形成多重抱箍, 增强其抗压性能。

(5) 混凝土的浇注应连续进行, 间断时间超过规定时应预留施工缝。脚手架需坚固牢靠, 并与模板支撑保持独立, 防止因各种情况对墙身造成冲击。

(6) 挡土墙回填和路基填筑应同步进行, 两侧回填要均衡。回填需分层填筑, 每层厚度≯30cm, 压实度≮96%;对于仅单侧路基填筑或两侧填筑高差较大的挡土墙, 在回填较小一侧进行支撑防护, 避免因两侧土压力失衡造成的倾斜。

摘要：结合工程实例, 介绍了悬臂式挡土墙的施工方法, 并对施工要点及注意事项作了阐述。

关键词：悬臂式挡土墙,承载力,混凝土,模板

参考文献

[1]JTJ 041—2000, 公路桥涵施工技术规范[S].

[2]JTG F10—2006, 公路路基工程技术施工技术规范[S].

基于遗传算法悬臂式挡土墙优化设计篇5

1 遗传算法基本原理

遗传算法GA (Genetic Algorithm) 是由美国学者John H.Holland教授于1975年首次提出的。它基于生物进化论中适者生存, 优胜劣汰的原则, 对包含可行解的群体反复使用遗传学的基本操作, 不断生成新的群体, 使种群不断进化, 同时以全局并行搜索技术来搜索优化群体中的最优个体, 以求得满足要求的最优解。由于GA实现全局并行搜索, 搜索空间大, 并且在搜索过程中不断向可能包含最优解的方向调整搜索空间, 因此易于寻找到全局最优解或准最优解。

2 优化模型

2.1 设计变量的选取

悬臂式挡土墙分立板、趾板和踵板三部分。如图1所示, 控制悬臂式挡土墙剖面的尺寸主要有立板顶部宽度x1、底板的长度x2、趾板厚度x3、趾板长度x4、踵板尾端厚度x5、踵板长度x6。踵板首端厚度通常设计成趾板同厚, 按非独立变量处理, hd为挡土高度。因此变量为x1, x2, x3, x4, x5和x6共6个, 剖面尺寸的单位均为m。

2.2 目标函数的建立

本文取单位长度悬臂式挡土墙的材料作为目标函数, 以1 m3的水泥砂浆的价格为1, 则:

其中, p为单位长度悬臂式挡土墙的总造价;ph和pg分别为单位长度悬臂式挡土墙混凝土和受力钢筋的造价;a为钢筋与水泥砂浆的价格比;as1, as2和as3分别为单位长度挡土墙的立板、趾板和踵板固端受力钢筋的面积;h1, h2和h3分别为立板受力钢筋在钢筋面积为as1/2和as1/4处截断的实际长度及通筋的长度 (包含锚固长度, 以下同) ;h4为趾板受力钢筋的长度;h5和h6分别为踵板受力钢筋在钢筋面积为as3/2处截断的实际长度及通筋的长度。

2.3 约束条件

2.3.1 抗滑稳定约束

抗滑稳定约束主要验算挡土墙沿底板的抗滑稳定性, 可按下式计算:

$g_{1} (x) = \frac{f \times \sum G_{k}}{\sum E} - [k_{c}] \geq 0$ 。

其中, g1 (x) 为约束函数, 下标为序号;f为基地摩擦系数;∑Gk为作用于挡土墙底板底面上所有荷载在铅直方向的分力, 向下为正;∑E为作用于挡土墙底板面上所有荷载在水平方向的分力, 向河床方向为正;[kc]为规范的抗滑稳定安全系数。

2.3.2 抗倾覆稳定验算

抗倾覆稳定验算按下式计算:

$g_{2} (x) = \frac{\sum G_{k} x}{\sum E_{x} Ζ_{f}} - [k_{0}] \geq 0$ 。

其中, x为作用于挡土墙底板底面上所有荷载在铅直方向的分力作用到转动角的距离;Zf为作用于挡土墙底板面上所有荷载在水平方向的分力到转动角的距离;[k0]为规范的抗倾覆稳定安全系数。

2.3.3 基地应力约束

基地平均压应力需满足下式要求, 即:

$g_{3} (x) = \frac{\sum E}{x_{2}} - [R] \leq 0$ 。

其中, [R]为地基允许的承载力。

基地最小应力约束条件为基地不出现拉应力, 即:

$g_{4} (x) = e - \frac{x_{2}}{3} \geq 0, e = \frac{x_{2}}{2} - \frac{\sum Μ}{\sum E}$ 。

其中, ∑M为作用于挡土墙所有荷载对底板底面中点弯矩的代数和 (逆时针为正, 顺时针为负) 。

基地应力分布约束为应力分布不均匀系数应符合规范要求, 即:

$g_{5} (x) = \frac{σ_{\max}}{σ_{\min}} - [η] \leq 0$ ,

$σ_{\max (\min)} = \frac{\sum E}{x_{2}} \pm \frac{6 \sum Μ}{x_{2}^{2}}$ 。

其中, σmax和σmin分别为最大和最小基底压应力;[η]为规范规定的地基应力分布不均匀系数。

3 计算实例

成都市三环路与铁路立交工程K23+385.728～K23+486.726右侧快车道填方最大高度5 m, 墙背填土与墙前地面高度差为2.4 m, 填土表面水平, 上游均布标准荷载Pk=10 kN/m2, 地基承载力设计值为120 kN/m2, 填土的标准容重γt=17 kN/m3, 内摩擦角φ=30°, 底板与地基摩擦系数f=0.45, 由于采用钢筋混凝土挡土墙, 墙背竖直且光滑, 可假定墙背与填土之间的摩擦角δ=0°。采用C20混凝土和二级钢筋。

计算结果见表1, 表2, 为方便比较, 将实例和优化设计结果一同列出。

将优化理论应用于常规的设计中, 用计算机代替手工设计, 不仅可以降低人们的劳动强度, 而且能达到快速、经济安全的目的。实例表明在相同的设计条件下, 虽然工程量没有什么变化, 但是采用优化设计要比采用常规设计安全, 承载力更加趋于均匀合理, 更符合工程需要。

4 结语

1) 本文所提出的用于分析悬臂式挡土墙的优化设计方法, 适用于土层差异较小, 不考虑地下水作用, 工程实例分析表明, 在相似的工程量下, 适用优化算法大大提高了结构的承载能力和稳定性, 具有实用价值。2) 遗传算法可以较好的找出悬臂式挡土墙相关数据的最优点, 避免了大量的实验工作。

参考文献

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