多級加筋土擋墻的土壓力分布特性試驗研究

李元元, 彭 康, 柳 植, 馬發發

(中鐵七局第三工程有限公司，陜西西安 710000)

多級加筋土擋墻的土壓力分布特性試驗研究

李元元, 彭 康, 柳 植, 馬發發

(中鐵七局第三工程有限公司，陜西西安 710000)

文章采用現場試驗方法對多級加筋土擋墻的土壓力分布特性進行了研究。結果表明隨著擋墻填土高度的增加，墻背側向土壓力和墻底垂直土壓力隨之增大。第一級和第二級擋墻墻背土壓力，在填土高度達到一定值后，土壓力增長速率明顯減小。沿拉筋長度方向，垂直土壓力呈非線性分布，最大值出現在離面板較近位置。擋土墻竣工后，隨著時間的延續，垂直土壓力基本保持穩定狀態。

多級加筋土擋墻； 土壓力分布； 有限元； 現場試驗

加筋土擋墻是由面板、填料、筋材等組成的復合結構，近年來已廣泛應用于公路、水運、水利、鐵路等各類土建工程的支擋結構中，取得了廣泛的經濟效益、社會效益和環境效益。復合加筋土體系相對于未加筋土有著明顯的物理力學優點[1]。國內外學者對加筋土擋墻的作用機制進行了相關研究，Chandra&Khaled[2]對加筋土擋墻拉筋應力、應變大小及規律進行了理論研究和現場試驗；莫介臻等[3]研究了臺階式加筋土擋墻的土壓力分布、筋帶拉力、墻面變形的相關規律以及其影響因素；楊廣慶等[4-6]對多種形式的加筋土擋墻的受力和變形狀態進行了較為全面的試驗研究，得到了包括基底應力、墻背側向土壓力、拉筋拉力和墻面水平變形等的分布規律。目前多級加筋土擋墻的設計理論還不夠成熟，規范中尚未明確給出多級加筋土擋墻的設計方法，因此還需要進一步深入分析多級加筋土擋墻的變形和受力規律，為擋墻的設計提供理論依據。

本文結合四川達州某加筋土擋墻工程，采用現場試驗和有限元模擬相結合的方法對多級加筋土擋墻的受力特性進行研究。

1 工程概況

模塊式加筋土擋墻工地位于達州市達川區上官南城房地產開發項目，南側緊鄰包茂高速，北側和東側為居民密集區。為了減少征地同時又不靠近高速公路，采用模塊式加筋土擋墻進行填筑在建工地的一處山坳。加筋土擋墻可以減小占地面積，增強擋土墻的整體美觀及與周圍環境的協調，有效降低工程的造價。工地場區環境見圖1。

圖1 工地場區平面示意

該工程填方深度過大，為了減少工程造價，節約投資，設計采用總高度為27 m的三級加筋土擋墻，設計橫斷面見圖2，立面見圖3。第三級墻高度為10 m，第二級墻高度為10 m，第一級墻高度為7 m，頂端長度為100 m，底端長度為40 m，兩級擋墻之間設3 m寬平臺。加筋土擋墻基礎采用C15混凝土條形基礎。擋墻模塊為C25混凝土預制塊，模塊預埋HDPE單向土工格柵，外留一完整肋條，預埋土工格柵與加長土工格柵采用連接棒連接。墻高范圍內每0.4 m(即每兩層面板)設一層土工格柵，墻高0～11.6 m范圍內使用UXD型格柵，11.6～17 m范圍內使用UXC型格柵，17～27 m范圍內使用UXB型格柵。土工格柵長度視填土高度分別為10～23 m不等。為保證土工格柵的抗老化性能，其炭黑含量為2 %～2.5 %，且顆粒分散均勻，表面光澤。墻下部土工格柵D的質控強度大于144 kN/m，中部土工格柵C的質控強度大于122 kN/m，上部土工格柵B的質控強度大于88 kN/m，對應應變均小于10 %。加筋土擋墻由基礎至墻頂在墻背設置30 cm厚碎石排水層，墻高范圍內均填筑黏土與泥巖的混合體。填料的壓實按碾壓中部—尾部—前部的順序進行。填土材料就地取材，采用場地周邊的土和巖石混合料進行填筑。含筋帶面板見圖4，筋帶鋪設見圖5。

圖2 加筋土擋墻設計橫斷面(單位:cm)

圖3 加筋土擋墻設計立面

圖4 預制好的含筋帶面板

圖5 筋帶鋪設

該工點于2013年8月開工，2013年12月竣工，填土高度隨時間的變化見圖6，竣工后的擋墻見圖7。

圖6 加筋擋土擋墻施工日程曲線

圖7 竣工后的三級擋墻

根據現場工程地質調查表明，場地內覆蓋層主要為人工填土、粉質黏土，人工填土厚度在0～0.5 m范圍變化， 粉質黏土厚度在0.1～2 m區間變化。下伏基巖為薄層-巨厚層侏羅系中統上沙溪廟組(J2S)粉砂質泥巖與砂巖互層，風化程度受地形條件和巖石礦物成分、結構構造影響，一般隨著深度增加其風化程度減弱，無明顯的風化分界線。該處區域位置較高，無地表徑流通過工程場地。場地地下水類型以基巖裂隙水為主，主要受大氣降雨補給。大氣降水沿裂隙滲入地下，在坡腳以泉水形式排出，流量一般隨季節性降雨而變化。該處水質對混凝土及塑料筋帶無腐蝕性，對剛結構有弱腐蝕性。為了防止擋墻產生過大變形，在填筑前設置了條石基礎，以增大地基的承載力。

2 土壓力測試方案

土工格柵加筋土結構經濟、穩定、方便、適應性好、美觀等特征及良好的工程特性已廣泛應用于世界各國及地區。但由于土工格柵加筋材料本身、筋土界面特殊的工程性質及加筋土結構作用的復雜性，對其設計理論、計算方法研究得不夠深入。未對多級高墻提出明確的設計方法，限制了加筋土結構的應用。因此，為了進一步推廣土工格柵加筋土結構在工程中的應用，合理詮釋加筋土結構的作用機理和工作特性，完善設計理論，保證結構的安全與穩定，有必要對此加筋土擋墻進行系統的監測，為該技術的發展提供第一手數據支持，也為今后同類結構的修建提供指導和借鑒。本論文中將主要測試墻背側向土壓力和土體中垂直土壓力。采用鋼弦式土壓力盒和振弦頻率儀測試。在墻背預埋土壓力盒，通過土壓力盒獲取施工期間與竣工后墻背土壓力的變化規律。在填土的不同高度預埋土壓力盒，通過土壓力盒獲得施工期間與竣工后基礎所受垂直土壓力的變化規律。

在觀測斷面上，墻背側向土壓力共布置14個土壓力盒測點，第一級擋墻埋設4個土壓力盒；第二級擋墻埋設5個土壓力盒；第三級擋墻埋設5個土壓力盒。測量側向土壓力的14個土壓力盒埋設點之間的豎向距離為2 m。為了保證埋設質量，土壓力盒用一布袋封好，布袋里裝滿砂土，這樣土壓力盒周圍全被砂土包裹，保證了土壓力的有效均勻傳遞至土壓力盒表面。除此之外，在埋設過程中，還采用細粒土填埋裝好砂土的布袋，以確保側向土壓力均勻有效地傳遞至土壓力盒處。

垂直土壓力盒按設計位置，受力膜水平向上埋設在已填筑碾壓好的填土中，在壓力盒受力膜上先填筑細砂，然后按工程要求填土，并將導線引出，隨時觀測。在觀測斷面上，共布置19個土壓力測點，第一級擋墻底部埋置7個土壓力盒；第二級擋墻底部埋置7個土壓力盒；第三級擋墻底部埋置5個土壓力盒。

土壓力盒詳細信息見表1和圖8。

3 試驗結果分析

3.1 側向土壓力

圖9～圖11給出了施工期間擋土墻背側向土壓力隨填土高度的變化規律。從圖中可看出隨著擋墻填土高度的增加，側向土壓力隨之增大。而第一級和第二級擋墻墻背土壓力，在填土高度達到一定值后，土壓力增長速率明顯減小。而在第一級擋墻墻趾處，墻背土壓力隨填土高度的增加逐漸增加，直到施工完成后側向土壓力還未達到穩定值。可能原因在于墻趾處由于設置在片石基礎頂面，由于基礎頂與面板摩擦力限制了面板的位移，使墻背側向土壓力一直未穩定。分析各圖，可以看出在第二級擋墻以上的各層面板墻背實測土壓力值較小。原因可能在于：隨著擋墻高度的增加，土體豎向應力減小，故側向土壓力也相應減小；面板與筋帶之間的連接存在間隙，使得面板受力后發生位移，釋放掉部分壓力；筋帶使得土體抗剪強度提高，減小了土的側向壓力。以上規律表明在施工多級擋墻時最危險的位置在中下部擋墻處，需保證中下部擋墻強度、剛度等參數具有足夠的安全系數。

表1 測點布置信息

圖8 測點布置示意(單位:cm)

圖9 第一級擋墻各測點土壓力隨填土高度變化曲線

圖10 第二級擋墻各測點土壓力隨填土高度變化曲線

圖11 第三級擋墻各測點土壓力隨填土高度變化曲線

3.2 豎向土壓力

圖12～圖15給出了各級擋土墻底部垂直土壓力的變化特性。從圖中可以看出垂直土壓力隨填土高度增加而增大。沿拉筋長度方向，垂直土壓力呈非線性分布，最大值出現在離面板較近位置。圖13表明擋土墻竣工后，隨著時間的延續，垂直土壓力基本保持穩定狀態。基于柔性的土工格柵埋置于土中產生的“薄膜”或“網兜”效應，在土工格柵中形成托舉力，將改善垂直應力分布，減少由于土體自重作用在基底上的垂直土壓力，故隨著時間的進一步發展，基底垂直土壓力將有減小的趨勢。以上規律表明在面板附近區域的豎向壓力最大，該區域的地基最可能首先發生失效破壞，在地基設計中需特別注意。

圖12 第一級擋墻各測點土壓力隨填土高度變化曲線

圖13 第一級擋墻各測點土壓力隨填土高度變化曲線

圖14 第二級擋墻各測點土壓力隨填土高度變化曲線

圖15 第三級擋墻各測點土壓力隨填土高度變化

4 結論

本文對多級加筋土擋墻的土壓力分布特性進行了現場試驗研究，得到了如下結論：

(1)隨著擋墻填土高度的增加，側向土壓力隨之增大。而第一級和第二級擋墻墻背土壓力，在填土高度達到一定值后，土壓力增長速率明顯減小。在施工多級擋墻時最危險的位置在中下部擋墻處，需保證中下部擋墻強度、剛度等參數具有足夠的安全系數。

(2)垂直土壓力隨填土高度增加而增大。沿拉筋長度方向，垂直土壓力呈非線性分布，最大值出現在離面板較近位置。擋土墻竣工后，隨著時間的延續，垂直土壓力基本保持穩定狀態。在面板附近區域的地基最可能首先發生失效破壞，在地基設計中需特別注意。

[1] Walters D L. Behaviour of reinforced soil retaining walls under uniform surcharge loading[D]. Kingston,Queen's University,2004.

[2] Chandra S D, Khaled E E. Prediction of field behavior of reinforced soil wall using advanced constitutive model[J]. Journal ofGeotechnical and Geoenvironmental Engineering，2005，131(6)：729-739.

[3] 莫介臻，何光春，汪承志，等.臺階式格柵加筋擋墻現場試驗及數值分析[J].土木工程學報，41(5): 52-58.

[4] 楊廣慶，呂鵬，龐巍，等.返包式土工格柵加筋土高擋墻現場試驗研究[J].巖土力學，2008, 29(2): 517-522.

[5] 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，2009, 30(1): 206-210.

[6] 楊廣慶，呂鵬，張保儉，等.整體面板式土工格柵加筋土擋墻現場試驗研究[J].巖石力學與工程學報，2007, 26(10): 2077-2083.

[7] 楊廣慶. 土工格柵加筋土結構理論及工程應用 [M]. 科學出版社, 2010.

新版工程質量保證金管理辦法出臺

保證金預留比例下調兩個百分點

為貫徹落實國務院關于進一步清理規范涉企收費、切實減輕建筑業企業負擔的精神，規范建設工程質量保證金管理，近日，住房城鄉建設部、財政部對《建設工程質量保證金管理辦法》進行了修訂，將建設工程質量保證金預留比例由5%降至3%，下調了兩個百分點。

根據新版《建設工程質量保證金管理辦法》(以下簡稱“新辦法”)，發包人應當在招標文件中明確保證金預留、返還等內容，并與承包人在合同條款中對涉及保證金的相關事項進行約定，如保證金預留、返還方式及保證金預留比例、期限等。

在工程項目竣工前，已經繳納履約保證金的，發包人不得同時預留工程質量保證金。采用工程質量保證擔保、工程質量保險等其他保證方式的，發包人不得再預留保證金。

缺陷責任期內，承包人認真履行合同約定的責任；到期后，承包人向發包人申請返還保證金。

發包人在接到承包人返還保證金申請后，應于14天內會同承包人按照合同約定的內容進行核實。如無異議，發包人應當按照約定將保證金返還給承包人。對返還期限沒有約定或者約定不明確的，發包人應當在核實后14天內將保證金返還承包人，逾期未返還的，依法承擔違約責任。發包人在接到承包人返還保證金申請后14天內不予答復，經催告后14天內仍不予答復，視同認可承包人的返還保證金申請。

新辦法對保證金的預留管理也有嚴格的規定。缺陷責任期內，實行國庫集中支付的政府投資項目，保證金的管理應按國庫集中支付的有關規定執行。其他政府投資項目，保證金可以預留在財政部門或發包方。缺陷責任期內，如發包方被撤銷，保證金隨交付使用資產一并移交使用單位管理，由使用單位代行發包人職責。

社會投資項目采用預留保證金方式的，發、承包雙方可以約定將保證金交由第三方金融機構托管；推行銀行保函制度，承包人可以銀行保函替代預留保證金。

對于預留保證金的比例，新辦法規定，發包人應按照合同約定方式預留保證金，保證金總預留比例不得高于工程價款結算總額的3%。合同約定由承包人以銀行保函替代預留保證金的，保函金額不得高于工程價款結算總額的3%。

據了解，新辦法自2017年7月1日起施行，原《建設工程質量保證金管理辦法》同時廢止。

摘自《中國建設報》

李元元(1985～)，男，工程師，大學本科,主要從事巖土及地鐵工程方面的技術與管理工作。

TU94+2

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[定稿日期]2017-03-22