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(fā)發(fā)

(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(fā)發(fā)

(中鐵七局第三工程有限公司，陜西西安 710000)

文章采用現(xiàn)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(jié)果表明隨著擋墻填土高度的增加，墻背側(cè)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(xiàn)在離面板較近位置。擋土墻竣工后，隨著時間的延續(xù)，垂直土壓力基本保持穩(wěn)定狀態(tài)。

多級加筋土擋墻； 土壓力分布； 有限元； 現(xiàn)場試驗

加筋土擋墻是由面板、填料、筋材等組成的復合結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)中，取得了廣泛的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)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(yōu)點[1]。國內(nèi)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(guī)律進行了理論研究和現(xiàn)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(guī)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(tài)進行了較為全面的試驗研究，得到了包括基底應力、墻背側(cè)向土壓力、拉筋拉力和墻面水平變形等的分布規(guī)律。目前多級加筋土擋墻的設計理論還不夠成熟，規(guī)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(guī)律，為擋墻的設計提供理論依據(jù)。

本文結(jié)合四川達州某加筋土擋墻工程，采用現(xiàn)場試驗和有限元模擬相結(jié)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(qū)上官南城房地產(chǎn)開發(fā)項目，南側(cè)緊鄰包茂高速，北側(cè)和東側(cè)為居民密集區(qū)。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(huán)境的協(xié)調(diào)，有效降低工程的造價。工地場區(qū)環(huán)境見圖1。

圖1 工地場區(qū)平面示意

該工程填方深度過大，為了減少工程造價，節(jié)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(nèi)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(nèi)使用UXD型格柵，11.6～17 m范圍內(nèi)使用UXC型格柵，17～27 m范圍內(nèi)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(zhì)控強度大于144 kN/m，中部土工格柵C的質(zhì)控強度大于122 kN/m，上部土工格柵B的質(zhì)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(nèi)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(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)調(diào)查表明，場地內(nèi)覆蓋層主要為人工填土、粉質(zhì)黏土，人工填土厚度在0～0.5 m范圍變化， 粉質(zhì)黏土厚度在0.1～2 m區(qū)間變化。下伏基巖為薄層-巨厚層侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組(J2S)粉砂質(zhì)泥巖與砂巖互層，風化程度受地形條件和巖石礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)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(qū)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(jié)性降雨而變化。該處水質(zhì)對混凝土及塑料筋帶無腐蝕性，對剛結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。為了防止擋墻產(chǎn)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(jié)構(gòu)經(jīng)濟、穩(wěn)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(qū)。但由于土工格柵加筋材料本身、筋土界面特殊的工程性質(zhì)及加筋土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的應用。因此，為了進一步推廣土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)在工程中的應用，合理詮釋加筋土結(jié)構(gòu)的作用機理和工作特性，完善設計理論，保證結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定，有必要對此加筋土擋墻進行系統(tǒng)的監(jiān)測，為該技術的發(fā)展提供第一手數(shù)據(jù)支持，也為今后同類結(jié)構(gòu)的修建提供指導和借鑒。本論文中將主要測試墻背側(cè)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(guī)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(guī)律。

在觀測斷面上，墻背側(cè)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(cè)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(zhì)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(cè)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(jié)果分析

3.1 側(cè)向土壓力

圖9～圖11給出了施工期間擋土墻背側(cè)向土壓力隨填土高度的變化規(guī)律。從圖中可看出隨著擋墻填土高度的增加，側(cè)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(cè)向土壓力還未達到穩(wěn)定值?？赡茉蛟谟趬χ禾幱捎谠O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(cè)向土壓力一直未穩(wěn)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(cè)向土壓力也相應減??；面板與筋帶之間的連接存在間隙，使得面板受力后發(fā)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(cè)向壓力。以上規(guī)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(shù)具有足夠的安全系數(shù)。

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(xiàn)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(xù)，垂直土壓力基本保持穩(wěn)定狀態(tài)?；谌嵝缘耐凉じ駯怕裰糜谕林挟a(chǎn)生的“薄膜”或“網(wǎng)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(fā)展，基底垂直土壓力將有減小的趨勢。以上規(guī)律表明在面板附近區(qū)域的豎向壓力最大，該區(qū)域的地基最可能首先發(fā)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(jié)論

本文對多級加筋土擋墻的土壓力分布特性進行了現(xiàn)場試驗研究，得到了如下結(jié)論：

(1)隨著擋墻填土高度的增加，側(cè)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(shù)具有足夠的安全系數(shù)。

(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(xiàn)在離面板較近位置。擋土墻竣工后，隨著時間的延續(xù)，垂直土壓力基本保持穩(wěn)定狀態(tài)。在面板附近區(qū)域的地基最可能首先發(fā)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(xiàn)場試驗及數(shù)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(xiàn)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(xiàn)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(jié)構(gòu)理論及工程應用 [M]. 科學出版社, 2010.

新版工程質(zhì)量保證金管理辦法出臺

保證金預留比例下調(diào)兩個百分點

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

根據(jù)新版《建設工程質(zhì)量保證金管理辦法》(以下簡稱“新辦法”)，發(fā)包人應當在招標文件中明確保證金預留、返還等內(nèi)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(jīng)繳納履約保證金的，發(fā)包人不得同時預留工程質(zhì)量保證金。采用工程質(zhì)量保證擔保、工程質(zhì)量保險等其他保證方式的，發(fā)包人不得再預留保證金。

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

發(fā)包人在接到承包人返還保證金申請后，應于14天內(nèi)會同承包人按照合同約定的內(nèi)容進行核實。如無異議，發(fā)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(fā)包人應當在核實后14天內(nèi)將保證金返還承包人，逾期未返還的，依法承擔違約責任。發(fā)包人在接到承包人返還保證金申請后14天內(nèi)不予答復，經(jīng)催告后14天內(nèi)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(guī)定。缺陷責任期內(nèi)，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(guī)定執(zhí)行。其他政府投資項目，保證金可以預留在財政部門或發(fā)包方。缺陷責任期內(nèi)，如發(fā)包方被撤銷，保證金隨交付使用資產(chǎn)一并移交使用單位管理，由使用單位代行發(fā)包人職責。

社會投資項目采用預留保證金方式的，發(fā)、承包雙方可以約定將保證金交由第三方金融機構(gòu)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(guī)定，發(fā)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(jié)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(jié)算總額的3%。

據(jù)了解，新辦法自2017年7月1日起施行，原《建設工程質(zhì)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