模塊式高填方加筋土擋墻力學(xué)行為的現(xiàn)場測試

劉院鎖

（中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧 大連 116100）

1 工程概況

張承高速路部分路段線路兩側(cè)房屋密集，且還要修筑輔道。公路旁邊有灌渠，灌渠的斷面不可壓縮，為減少公路占地，采用模塊式土工格柵加筋土擋土墻，墻高4.8m～6.8m。

加筋土擋墻模塊尺寸為長×寬×高=0.5m×0.2m×0.2m。采用C25混凝土預(yù)制塊作為擋墻面板，HDPE單向土工格柵在模塊內(nèi)預(yù)埋6cm，并外留一段完整肋條，加長土工格柵與預(yù)埋土工格柵通過連接棒連接。墻高低于3.2m的范圍內(nèi)每0.4m（即每兩層模塊）鋪設(shè)一層土工格柵，在3.2m以上高度每0.6m鋪設(shè)一層土工格柵。路面結(jié)構(gòu)的基層中鋪設(shè)兩層EG90土工格柵，要求其碳黑含量應(yīng)為2%～2.5%，以滿足土工格柵拉筋長期抗老化性能。擋墻下部土工格柵的強度大于88kN/m，相對應(yīng)變不大于10%，2%應(yīng)變時的抗拉強度不小于23.7kN，5%應(yīng)變時的抗拉強度不小于45.2kN，長期（120年）蠕變極限強度不小于34kN/m。擋墻上部土工格柵的強度應(yīng)大于64.5kN/m，相對應(yīng)變不大于10%，2%應(yīng)變時的抗拉強度不小于16.1kN，5%應(yīng)變時的抗拉強度不小于30.9kN，長期（120年）蠕變極限強度大于25.5kN/m。

由基礎(chǔ)至墻頂在加筋土擋墻背設(shè)置25cm砂礫反濾層。在砂礫層外2～4.5m范圍內(nèi)填筑8%石灰土。素土填至3.0m，3.0m以上填筑粉煤灰，以降低路基整體重量，以達到減小填料對加筋土擋墻的壓力的目的。

2 測點布設(shè)方案

在現(xiàn)場選取三個斷面進行試驗。A斷面處地基采用深層水泥攪拌樁處理，灰土內(nèi)3m高度填素土，3m以上填粉煤灰；B斷面同樣采用深層水泥攪拌樁復(fù)合地基，石灰土上填筑粉煤灰；C斷面采用擠密砂礫樁復(fù)合地基處理，灰土上填筑粉煤灰。

3 測試結(jié)果與分析

3.1 豎向土壓力

圖1為B測試斷面典型的墻面板基底兩個土壓力盒實測豎向土壓力的大小。

由圖可知，施工初期，基于土工格柵與墻面板的連接作用，在施工振動荷載效應(yīng)下，擋墻有所內(nèi)傾。隨著施工進度的發(fā)展，墻逐步填高，墻面板承受的土壓力也逐步增大，墻背在主動土壓力作用下會發(fā)生向外的水平位移，引起墻體外傾。施工完成后墻外側(cè)土壓力仍然大于內(nèi)側(cè)土壓力，但兩者差值較路基填筑初期減少。上述土壓力結(jié)果與竣工后墻面板的小量水平變形結(jié)果具有一致性。

各斷面在施工期間基底豎向應(yīng)力隨填土高度增長的分布曲線以及竣工后各時間的分布如圖2～3所示。

圖2與圖3表明：

（1）隨著填土高度的增大，基底豎向土壓力不斷增大，應(yīng)力增長速率基本相當。

（2）竣工后的基底豎向應(yīng)力隨時間基本呈下降的趨勢。這是由于在加筋土擋墻的自重荷載作用下復(fù)合地基發(fā)生沉降。有柔性土工格柵設(shè)置在土中會產(chǎn)生 "薄膜"或"網(wǎng)兜"效應(yīng)，土工格柵對土體形成托舉力，從而改變了豎向應(yīng)力分布，土體自重作用在基底上的豎向土壓力降低。

（3）由于深層水泥攪拌樁復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比大于擠密砂礫樁復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比，使得深層水泥攪拌樁復(fù)合地基中不同部位的豎向應(yīng)力不均勻性較大。由于加筋土體與非加筋土體和墻面之間的相互作用，豎向土壓力沿筋長呈曲線分布，而設(shè)計中的豎向土壓力分布沒有考慮這種因素。

3.2 墻背側(cè)向土壓力

圖4是三個測試斷面中側(cè)向土壓力值隨填土高度提高的變化曲線。墻背土壓力規(guī)律分析如下：

（1）施工期間不同層位處的側(cè)向土壓力隨填土高度的提高而增大，土壓力增長速率隨高度增加而減小。這是由于隨著填土高度的增加，擋墻發(fā)生水平變形，從導(dǎo)致側(cè)向土壓力減少。當填土高度達4.5m以上時，擋墻最底部土壓力減小，并且擠密砂礫樁復(fù)合地基上擋墻土壓力減小量明顯大于水泥攪拌樁復(fù)合地基上擋墻的土壓力減小量。一則說明前者的水平位移大于后者，二則可能與擠密砂礫樁復(fù)合地基在荷載作用下發(fā)生排水固結(jié)，地基沉降量大于水泥攪拌樁符合地基沉降量有關(guān)。

（2）側(cè)向土壓力沿墻高呈非線性形式分布。在墻高的中部以下，擠密砂礫樁復(fù)合地基上加筋土擋墻的側(cè)向土壓力逐漸減小，在靠近墻底部位接近零，而水泥攪拌樁樁復(fù)合地基上加筋土擋墻的側(cè)向土壓力呈增大趨勢。

（3）各斷面實測側(cè)向土壓力均小于依照經(jīng)典土壓力理論計算的靜止土壓力和主動土壓力。說由于土工格柵拉筋作用與筋土摩擦作用，以及格柵對土體嵌固作用，使加筋土擋墻具有一定整體穩(wěn)定性，但擋墻面板實際受力很小。

（4）從圖可以看出，在施工期兩種復(fù)合地基上加筋土擋墻墻高3 m以下位置墻后填料相同，而實測水平土壓力也大致相當，說明了測試結(jié)果的可靠性。

結(jié)語

通過實測數(shù)據(jù)與經(jīng)典理論解的對比分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）基底豎向土壓力隨填土高度的提高而增大，但應(yīng)力增長速率基本相同，沿筋長方向，呈非線性分布最大值發(fā)生在拉筋中間部位。

（2）施工期間不同層位側(cè)向土壓力隨填土高度的增加而增大，但是土壓力增長速率隨填土高度增加而減小，側(cè)向土壓力沿墻高呈非線性分布，各斷面的實測土壓力都小于按照經(jīng)典土壓力理論計算的靜止土壓力和主動土壓力。

（3）在加筋土擋墻施工過程中，各拉筋拉力隨上覆填土厚度的提高而增大，增長速率逐漸減小；拉筋實測應(yīng)變都小于1.0%。

[1]黃廣軍.加筋土擋墻的性狀及設(shè)計理論研究[D].北京:鐵道部科學(xué)研究院，1999.

[2]錢勁松等.土工格柵加筋路基的三維有限元分析 [J].同濟大學(xué)學(xué)報，2003，31（12）：1421-1425.

[3]Andraws,K.Z et al.Tension resistant inclusions in soils [J], Journal of Geotechnical Engineering Division.,ASCE,1980,106（12）:1313-1326.

[4]周志剛，鄭健龍.公路土工合成材料設(shè)計原理及工程應(yīng)用[M].北京:人民交通出版社，2001.

[5]張維全，韓冬.筋－板無連接加筋土擋墻受力變形特性分析[J].中外公路，2011，31（4）：18-21.

[6]陳建峰，顧建偉，石振明，等.軟土地基加筋土擋墻現(xiàn)場試驗研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2011，30（增 1）：3370-3375.

[7]楊廣慶，周亦濤，周喬勇，等.土工格柵加筋土擋墻試驗研究 [J].巖土力學(xué)，2009，31（1）：206-210.