生態(tài)砌塊擋墻抗側(cè)向力性能試驗(yàn)研究

厲志闖,陳文亮,梁榮祥

(1.永嘉縣三江片開發(fā)建設(shè)指揮部,浙江 永嘉 325100;2.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

1 問題的提出

近年來在河道和堤防整治工程中,越來越注重河道和堤防的生態(tài)化改造和景觀設(shè)計(jì),護(hù)坡技術(shù)也由原來的純工程性措施逐步向生態(tài)型發(fā)展,生態(tài)護(hù)岸越來越受到關(guān)注。開發(fā)和應(yīng)用兼具生態(tài)保護(hù)、資源可持續(xù)利用以及符合工程安全需求的岸坡防護(hù)生態(tài)工程技術(shù),已成為河流整治工程的創(chuàng)新內(nèi)容[1]。在近20多年的生態(tài)化護(hù)坡設(shè)計(jì)技術(shù)的研究過程中,全球設(shè)計(jì)出了多種既符合水利工程邊坡防護(hù)功能要求,又能改善工程建設(shè)區(qū)生態(tài)結(jié)構(gòu)和綠化美化工程建設(shè)區(qū)環(huán)境的生態(tài)護(hù)坡設(shè)計(jì)方案。如植物護(hù)坡、土工網(wǎng)固土植草護(hù)坡、蜂巢式網(wǎng)格固土植草護(hù)坡、植物生長磚護(hù)坡、以及植被型生態(tài)混凝土構(gòu)件護(hù)坡等[2]。

生態(tài)砌塊護(hù)坡是生態(tài)護(hù)坡的一種形式。不僅具有傳統(tǒng)砌塊的功能,還具有景觀美化、生態(tài)友好的典型特色[3]。基于砌塊的生態(tài)功能,由其砌筑的護(hù)坡是砌塊生態(tài)功能的擴(kuò)展與延伸,在擋土結(jié)構(gòu)功能的基礎(chǔ)上,還能減少斷面體積對環(huán)境的硬性影響,能協(xié)調(diào)、修復(fù)周邊環(huán)境,并具有生態(tài)恢復(fù)功能。

為了解生態(tài)砌塊擋墻抵抗土壓力的性能,作者對某生態(tài)砌塊擋墻的抗側(cè)向力性能進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)研究。

2 試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

生態(tài)砌塊主要用于砌筑景觀河道、邊坡的擋土墻。擋土墻主要承受的荷載是土壓力,為了檢驗(yàn)砌塊擋墻的性能,模擬砌塊擋墻在土壓力作用下的變形及穩(wěn)定情況,開展了本次試驗(yàn),目的:①砌塊擋墻在側(cè)壓力作用下的變形及穩(wěn)定情況;②對比灌漿孔灌混凝土和不灌混凝土砌塊擋墻的抗側(cè)向力性能;③通過現(xiàn)場試驗(yàn)研究為實(shí)際應(yīng)用提供依據(jù)。

3 試驗(yàn)方案及方法

為了對比分析灌漿孔灌混凝土和不灌混凝土砌塊擋墻的抗側(cè)力性能,在現(xiàn)場分別布置高度和寬度相同的2片擋墻,擋墻寬和高分別為2.0,1.4 m,一片擋墻所有的豎向灌漿孔在砌塊砌筑完成后灌注混凝土,另一片擋墻的灌漿孔則不灌混凝土。

本次試驗(yàn)的目的是研究砌塊擋墻墻體本身的抗側(cè)向力性能,因此試驗(yàn)時(shí)需要保證擋墻基礎(chǔ)沿基底面不發(fā)生滑移和傾覆,為此試驗(yàn)前先通過工程措施使擋墻基礎(chǔ)與地基固接。試驗(yàn)主要測試墻體在側(cè)壓力作用下的變形情況,為此在墻體前方一定距離處布置3根直桿作為量測位移的基點(diǎn),并在墻體的前方標(biāo)記9個(gè)測點(diǎn)(見圖1)。試驗(yàn)水平加載裝置由反力柱+液壓千斤頂+鋼墊板組成。集中力加載方式為3分點(diǎn)加載,用2根2.0 m的12#槽鋼夾2根15 cm的φ 20圓鋼實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)時(shí)集中力的作用位置為墻高的1/2處。側(cè)壓力加載示意見圖2。加載前先用鋼尺量測墻體9個(gè)測點(diǎn)與基點(diǎn)的距離并記錄,試驗(yàn)過程中側(cè)壓力分級(jí)施加,并記錄每一級(jí)側(cè)壓力作用下9個(gè)測點(diǎn)與基點(diǎn)的距離。試驗(yàn)過程中同時(shí)觀察每一級(jí)側(cè)壓力作用下墻體砌塊是否有滑移、傾覆等失穩(wěn)現(xiàn)象,以及砌塊墻體是否有崩邊角、裂縫等因變形而損壞的情況。

圖1 擋墻位移測點(diǎn)布置圖

圖2 側(cè)壓力加載示意圖

4 試驗(yàn)成果及分析

根據(jù)以上試驗(yàn)方案及方法,分別對灌漿孔灌漿的砌塊擋墻和未灌漿的砌塊擋墻進(jìn)行抗側(cè)向力試驗(yàn)。

灌漿砌塊擋墻的側(cè)壓力—位移數(shù)據(jù)見表1,根據(jù)測得的結(jié)果,分別對布置在水平向同一位置的測點(diǎn)進(jìn)行分析,測點(diǎn)1、4、7,測點(diǎn)2、5、8和測點(diǎn)3、6、9側(cè)壓力—位移的關(guān)系變化分別見圖3～5。

表1 灌漿砌塊擋墻側(cè)壓力—位移數(shù)據(jù)表 cm

圖3 測點(diǎn)1、4、7側(cè)壓力—位移的關(guān)系變化圖

圖4 測點(diǎn)2、5、8側(cè)壓力—位移的關(guān)系變化圖

圖5 測點(diǎn)3、6、9側(cè)壓力—位移的關(guān)系變化圖

從圖3～5可以看出,水平向同一位置的測點(diǎn)變形符合相同的變化規(guī)律,砌塊擋墻的最大位移均發(fā)生在靠近墻頂?shù)臏y點(diǎn) (如測點(diǎn)1、2、3),且高度越高變形越大。同一位置的測點(diǎn)在荷載較小時(shí)變形較小,隨著荷載的增大而增大,側(cè)壓力與變形呈線性遞增的關(guān)系,符合彈性體的一般變化規(guī)律。

從灌漿擋墻試驗(yàn)結(jié)果可以看出,在26.95 kN水平集中力作用下,變形最大的點(diǎn)為測點(diǎn)2,位移為3.25 cm,而位于擋墻上部的其他2個(gè)測點(diǎn)(測點(diǎn)1、3)的位移在3 cm左右。位于墻體底部的測點(diǎn)7、8、9在水平力小于等于9.8kN時(shí)均未發(fā)生位移,大于9.8 kN時(shí),位移隨荷載增加的幅度均不大。一定的位移有利于主動(dòng)土壓力的釋放,同時(shí)也可為擋墻的破壞提供預(yù)警。試驗(yàn)過程中現(xiàn)場對墻體進(jìn)行檢查,墻體砌塊間沒有發(fā)生滑移、傾覆等失穩(wěn)現(xiàn)象,砌塊墻體也沒有崩邊角、裂縫等因變形而損壞的情況。

未灌漿的砌塊擋墻在4.90,7.35 kN側(cè)壓力作用下變形規(guī)律與灌漿擋墻相似,但當(dāng)?shù)?級(jí)側(cè)壓力加到8.82 kN時(shí),墻體位移不斷增大。經(jīng)對砌塊墻體檢查發(fā)現(xiàn),此級(jí)側(cè)壓力作用下,砌塊擋墻上部砌塊有沿著最下一層砌塊的前趾發(fā)生傾覆的跡象,且墻后底層相鄰2層砌塊已經(jīng)脫開,造成墻體失穩(wěn)(見圖6)。

實(shí)測1.4m高未灌漿的砌塊擋墻,單寬承受側(cè)向力的能力約為4.4 kN?，F(xiàn)場試驗(yàn)采用集中力,且作用力位置為墻高的1/2處,與實(shí)際土壓力產(chǎn)生的三角形荷載和作用位置是不同的,現(xiàn)場試驗(yàn)為更為不利的情況。

圖6 未灌漿砌塊擋墻上部砌塊沿底層砌塊傾覆示意圖

作用在擋土墻上的主動(dòng)土壓力可按朗肯土壓力理論進(jìn)行估算,計(jì)算公式如下:

式中:γ為墻后填土的重度,kN/m3;Kα為主動(dòng)土壓力系數(shù),為填土的粘聚力,kPa;φ為填土的內(nèi)摩擦角 ,°。

根據(jù)試驗(yàn)所在地區(qū)的土質(zhì)情況,在不考慮超載的情況下,按式 (1)計(jì)算作用在1.4 m高擋土墻上的土壓力約為4.0 kN/m左右。由此可見,灌漿擋墻墻體自身完全可以滿足承載要求,并有很強(qiáng)的超載能力;不灌漿擋墻墻體基本可以滿足要求,但為確保安全,建議對下部幾層砌塊進(jìn)行灌漿或采用加筋材料,提高其穩(wěn)定性。

從現(xiàn)場2片擋墻的對比試驗(yàn)可以看出,灌漿孔灌漿的砌塊擋墻整體性優(yōu)于未灌漿的砌塊擋墻,抗側(cè)壓力能力也明顯好于未灌漿的砌塊擋墻。這是由于灌漿砌塊擋墻的縱向灌漿孔灌漿使獨(dú)立的各砌塊連成一體,并且灌漿孔中的灌漿混凝土柱起到了芯柱或構(gòu)造柱的作用,提高了砌塊墻體的抗變形能力。

5 結(jié) 語

生態(tài)砌塊擋墻自身結(jié)構(gòu)輕,對地基承載力要求低,且造價(jià)較經(jīng)濟(jì),生態(tài)景觀效果好,與一般的擋土墻相比有突出的優(yōu)點(diǎn),有良好的應(yīng)用前景,可廣泛應(yīng)用于工程實(shí)際。針對擋墻的穩(wěn)定性問題,應(yīng)用中可以根據(jù)工程實(shí)際情況,采用灌漿孔完全灌漿或部分灌漿,或者與加筋材料配合使用使之成為加筋擋墻結(jié)構(gòu),提高砌塊擋墻的穩(wěn)定性。

[1]黃岳文,汪榮勛.榮勛砌塊及其在生態(tài)護(hù)岸上的應(yīng)用[J].人民長江,2008,39(13):67-70.

[2]任建民,俞兆權(quán).水利工程護(hù)坡生態(tài)化設(shè)計(jì)技術(shù)分析[J].中國水運(yùn),2011,11(3):152-153.

[3]王國體,李宏卓,李殿.擋墻的生態(tài)概念和構(gòu)造指標(biāo)研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,33(2):259-260.

[4]章曉樺,孫從炎,汪榮勛.生態(tài)柔性擋墻現(xiàn)場檢測及其結(jié)果分析 [J].新型建筑材料,2005(11):50-52.