許仲遠， 黃 靚， 劉桂秋， 施楚賢

(湖南大學 土木工程學院， 湖南 長沙 410082)

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用于配筋砌塊擋土墻的開槽砌塊灌孔砌體力學性能試驗研究

許仲遠， 黃 靚， 劉桂秋， 施楚賢

(湖南大學 土木工程學院， 湖南 長沙 410082)

擋土墻建設是高速公路建設中的重要組成部分，采用新型的配筋砌塊擋土墻將節(jié)省我國公路建設所消耗的各項人力、物力資源，并加快施工速度，節(jié)省公路施工成本。針對配筋砌塊擋土墻中廣泛使用的開槽砌塊，通過9個抗壓試件、18個抗剪試件的靜力試驗，了解開槽砌塊灌孔砌體的抗壓強度、抗剪強度及破壞模式等力學性能，探討砌塊開槽對灌孔砌體力學性能的影響。試驗結果表明，與普通砌塊灌孔砌體相比，開槽砌塊灌孔砌體的抗壓承載力與抗剪強度均有一定的提高，而抗剪強度的提高更明顯，其整體性更好，更適合在擋土墻中使用。

砌塊砌體； 灌孔砌體； 開槽砌塊； 力學性能； 擋土墻

1 概述

擋土墻建設是公路建設中的重要組成部分，擋土墻的性能與質量將會影響到公路的安全性與耐久性[1]。而目前我國公路工程建設中以傳統(tǒng)的重力式或衡重式毛石擋土墻為主。這類擋土墻主要靠墻身自重來保持穩(wěn)定，墻身斷面大、占地多，耗費人力物力，不能充分發(fā)揮材料的力學性能，不能滿足抗震要求。且在現(xiàn)有的開采技術與條件下，毛石的大量開采對山體及植被造成了嚴重的破壞。并有大量事實證明，其開采對場地人員及周邊居民的人身安全造成了極大的威脅，這不符合“兩型”公路對資源節(jié)約與環(huán)境友好的要求。

結合湖南地區(qū)實際情況，積極進行新技術的研究與試驗，改進擋土墻形式及其施工方法，對建設“兩型”高速公路起著舉足輕重的作用。

配筋砌塊擋土墻是一種可用于公路建設的新型擋土墻，如圖1、圖2所示。這是一種采用配筋砌塊砌體形式的懸臂式擋墻，與重力式擋土墻相比，它占地面積小、安全性好，且易于運輸與施工，是一種質優(yōu)價廉的擋土墻形式。而與現(xiàn)澆式懸臂類擋墻相比也有著顯著優(yōu)勢： ①節(jié)約鋼材，在保證力學性能的前提下，配筋砌體結構的最小配筋率遠小于鋼筋混凝土結構，可節(jié)約30%～50%； ②節(jié)約模板，配筋砌塊砌體擋土墻的施工不需要模板； ③節(jié)約施工時間，其施工速度明顯快于現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構[2]。

(a) 建設中(b) 建設后

圖2 配筋砌塊擋土墻Figure 2 Reinforced block retaining wall

配筋砌塊擋土墻因其受力情況更為復雜，對砌體的整體性要求更高，故在建造配筋砌塊擋土墻的過程中通常會在砌塊肋上開槽，在砌塊之間形成橫向通孔，這樣便于布置水平鋼筋，同時有利于灌孔混凝土的橫向流動，能夠保證灌孔的密實度與灌孔質量，可進一步提高配筋砌塊砌體擋土墻的整體性能。

國內外已有眾多學者針對混凝土砌塊砌體的基本力學性能進行了研究，國外自上世紀四十年代左右已開始了對砌塊砌體的深入研究，取得了其基本力學性能的眾多研究成果[3][4]，國內方面宋力、劉桂秋等也根據(jù)其所做的灌孔砌塊砌體試驗，均提出了用于不同灌孔率、灌孔強度等多種情況下的灌孔砌體抗壓、抗剪性能計算方法[5,6]。

然而，對于配筋砌塊砌體擋土墻所廣泛采用的開槽砌塊灌孔砌體，卻并沒有相關研究基礎，為了進一步驗證配筋砌塊砌體的性能，開槽砌塊灌孔砌體的力學性能有進一步研究的價值。

本文通過3組9個抗壓試件、3組18個抗剪試件的靜力試驗，了解開槽砌塊灌孔砌體的基本力學性能及抗壓抗剪破壞模式，探討砌塊開槽對配筋砌塊砌體擋土墻性能的影響，驗證開槽配筋砌塊砌體擋土墻的可靠性。

2 試驗概況

2.1 試驗材料及設備

試驗用的開槽砌塊的肋上有開槽，詳細尺寸是： 390 mm×190 mm×190 mm，開槽深度60 mm，如圖3所示。所用塊體的強度參照相關規(guī)范[9]的要求進行測定，塊體的具體數(shù)值如表1中所述。試驗中使用的各材料的強度測定采用相關規(guī)范內的具體要求進行，具體參數(shù)值見表1。

圖3 開槽砌塊尺寸Figure 3 The size of slotted block

2.2 試件的設計與制作

試件的設計和制作均根據(jù)相關規(guī)范[7]內的要求進行，試驗試件的具體尺寸見圖4、圖5。所有的試件均為全灌孔，灌孔砌體試件的詳細信息見表1，其中，KCA — 1～3、KCB — 1～3、KCC — 1～3為抗壓試件、KSA — 1～6、KSB — 1～6、KSC — 1～6為抗剪試件。試驗所用加載裝置為10000 kN剛性壓力機，試驗采用分級方法進行荷載加載。

圖4 抗壓試件的詳細尺寸Figure 4 The size of compressive specimens

圖5 抗剪試件的詳細尺寸Figure 5 The size of shear specimens

表1 試件的具體詳細參數(shù)Table1 Strengthofthematerialsofspecimens試件編號砌塊種類塊體f1/MPa砂漿f2/MPa灌孔混凝土fcu,m/MPaKCA—1～3開槽砌塊18.5811.4738.07KCB—1～3開槽砌塊18.5811.4720.83KCC—1～3普通砌塊18.5811.4720.83KSA—1～6開槽砌塊18.5811.4738.07KSB—1～6開槽砌塊18.5811.4720.83KSC—1～6普通砌塊18.5811.4720.83

3 實驗結果與分析

3.1 抗壓試驗

3.1.1 試件破壞過程

根據(jù)試驗現(xiàn)象以及試驗結果，將開槽砌體的整個受力到破壞的全程分解為3個破壞階段。

初裂階段：指從受壓試件開始承壓到出現(xiàn)首條裂縫的過程，這一過程中將沿砌塊開槽處出現(xiàn)第一批裂縫。此階段可認為材料處于彈性階段。

裂縫發(fā)展階段：當壓力繼續(xù)增大，裂縫將持續(xù)伸長變寬，若壓力不再增加裂縫也會發(fā)展。此時砌體已臨近破壞，其壓力約為破壞荷載的60%～90%。

破壞階段：荷載已無法繼續(xù)增加，試件上的裂縫繼續(xù)變寬、變長，并在試件最脆弱處迅速變寬并導致試件失穩(wěn)破壞，破壞時呈現(xiàn)出明顯的脆性特征，見圖6。此時砌體的強度稱為砌體的破壞強度。

(a)左側( b) 正面

(c) 右側(d) 背面

3.1.2 抗壓強度分析

從表2中數(shù)據(jù)可知: 開槽砌塊灌孔砌體的開裂荷載與極限荷載的比值較普通灌孔砌塊砌體的稍小，約為極限承載能力的50%，但其抗壓強度將會有一定的提高，且比規(guī)范值高9%～12%，說明采用規(guī)范內公式對開槽灌孔砌塊砌體的抗壓強度進行計算是可行的。

表2 開裂值fcr、試驗值f0gm、規(guī)范值fgm及其比較Table2 Crackingvaluefc,testvaluef0vgm,standardvaluefvg,mandcomparison試件編號開裂值fcr/MPa試驗值f0gm/MPa規(guī)范值fgm/MPafcr/f0gmf0gm/fgmKCA—112.9628.6723.700.451.21KCA—213.2326.9123.700.491.14KCA—313.4924.0823.700.561.02平均值13.2326.5523.700.501.12變異系數(shù)0.09KCB—19.4818.5318.370.571.01KCB—211.0921.0418.370.581.15KCB—38.2620.7118.370.441.13平均值9.6120.0918.370.531.09變異系數(shù)0.07KCC—111.1219.2118.370.581.05KCC—211.2918.8318.370.601.03KCC—310.5016.3118.370.640.89平均值10.9718.1218.370.610.99變異系數(shù)————0.09

3.2 抗剪試驗

3.2.1 試件破壞過程

根據(jù)試驗現(xiàn)象可知，開槽砌塊灌孔砌體有兩種破壞形態(tài)：單剪破壞與雙剪破壞，如圖7所示，試驗過程中灰縫砂漿與芯柱混凝土的破壞呈現(xiàn)出先后性，砌體受剪破壞并非瞬間發(fā)生，在豎向灰縫受力開裂時，因芯柱混凝土并沒有到達抗剪承載力極限狀態(tài)，試件承載力仍在增加，呈現(xiàn)出一定的延性。砌體試件破壞時，除了上、下兩芯柱正截面受剪破壞外，

(a) 單剪破壞(b) 雙剪破壞

還會在開裂灰縫和相應一側的底部承壓面之間出現(xiàn)斜裂縫且其開始位置大致處于砌塊開槽處，這是與普通灌孔砌塊砌體不同的。

3.2.2 抗剪強度分析

表3 試驗值f0vg,m規(guī)范值fvg,m及其比較Table3 Testvaluef0vg,m,standardvaluefvg,mandcomparison試件編號試驗值f0vg,m/MPa規(guī)范值fvg,m/MPaf0vg,m/fvg,mKSA—13.411.692.02KSA—22.831.691.67KSA—32.771.691.64KSA—43.381.692.00KSA—53.251.691.92KSA—63.171.691.88均值3.141.691.86變異系數(shù)0.09KSB—11.751.361.29KSB—21.651.361.21KSB—32.111.361.55KSB—41.811.361.33KSB—52.231.361.64KSB—61.621.361.19均值1.861.361.37變異系數(shù)0.13KSC—11.151.360.85KSC—21.551.361.14KSC—31.831.361.35KSC—41.411.361.04KSC—51.671.361.23KSC—61.621.361.19均值1.541.361.13變異系數(shù)0.15

因開槽砌塊灌孔砌體的抗剪強度比普通砌塊有明顯提升，這使得采用開槽砌塊的配筋砌塊砌體的整體性更好，故更適合在配筋砌塊擋土墻中使用。

4 結論

本章根據(jù)9個抗壓試件與18個抗剪試件的靜力試驗，深入研究了其破壞模式、抗壓強度、抗剪強度等基本力學性能，主要得到了如下研究成果：

① 砌塊開槽會使灌孔砌體的抗壓開裂荷載有所下降，但不會導致其提前破壞；

② 槽砌體的承載力較傳統(tǒng)砌體有一定程度的提高，相比規(guī)范可提高10%左右，適合應用在配筋砌塊擋土墻中；

③ 開槽砌塊灌孔砌體的受剪破壞過程中除常見的單剪破壞與雙剪破壞外，還會在試件上產(chǎn)生斜裂縫，這說明砌塊開槽將改變灌孔砌體的抗剪機理；

④ 開槽砌塊灌孔砌體的抗剪強度較普通砌塊灌孔砌體可提高37%～86%，這主要是由于肋部開槽后，不同匹的砌塊內部的灌芯芯柱能夠協(xié)同工作一起承受剪力荷載。故其整體性更好，更適合在配筋砌塊擋土墻中使用。

[1] 中交第二公路勘察設計研究院有限公司. 公路擋土墻設計與施工技術細則[M ] . 北京: 人民交通出版社, 2008.

[2] 施楚賢.砌體結構,第三版[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2012:160-180.

[3] Hamid A A, Drysdale R G. Suggested failure criteria for grouted concrete masonry under axial compression[C].ACI Journal Proceedings,1979, 76(10)..

[4] B．F．Boult．Concrete Masonry Prism Testing．ACI Structural Journal,1979,76(2):513-535.

[5] 宋力. 混凝土砌塊砌體基本力學性能試驗研究與非線性有限元分析[D].長沙:湖南大學,2005.

[6] 劉桂秋. 砌體結構基本受力性能的研究[D].長沙:湖南大學,2005.

[7] GB/T4111-1997,混凝土小型空心砌塊試驗方法[S].

[8] GB50003-2011,砌體結構設計規(guī)范[S].

Research on the Mechanical Properties of Grouted Slotted Block Masonry for Reinforced Block Retaining Wall

XU Zhongyuan, HUANG Liang, LIU Guiqiu, SHI Chuxian

(College of Civil Engineering，Hunan Univ，Changsha，Hunan 410082，China)

Retaining wall construction is an important part of highway construction, Using the new reinforced concrete block retaining wall will Save the human and material resources consumed by road construction, and speed up the construction speed, save highway construction investment. In this paper, 9 compressive specimens and 18 shear specimens were tested to investigate the compressive strength, shear strength and failure mode of the grouted slotted block masonry, to investigate the impact of slotted block on the Mechanical Properties of grouted block masonry. The results show that the compressive ultimate load and shear strength of the grouted slotted block masonry is both improved, and the improvement of shear strength is more apparent.

block masonry; grouted masonry; slotted block; mechanical properties; retaining walls

2015 — 05 — 19

國家自然科學基金資助項目(51378193)

許仲遠(1990 — )，男，河南安陽人，碩士，從事公路工程施工技術研究。通訊作者：黃 靚，E-mail:huangliangstudy@126.com

U 417.1+1

A

1674 — 0610(2016)05 — 0033 — 03