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(jí)加筋土擋墻的土壓力分布特性試驗(yàn)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(chǎng)試驗(yàn)方法對(duì)多級(jí)加筋土擋墻的土壓力分布特性進(jìn)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(jí)和第二級(jí)擋墻墻背土壓力，在填土高度達(dá)到一定值后，土壓力增長(zhǎng)速率明顯減小。沿拉筋長(zhǎng)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(shí)間的延續(xù)，垂直土壓力基本保持穩(wěn)定狀態(tài)。

多級(jí)加筋土擋墻； 土壓力分布； 有限元； 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

加筋土擋墻是由面板、填料、筋材等組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，近年來(lái)已廣泛應(yīng)用于公路、水運(yùn)、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(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。復(fù)合加筋土體系相對(duì)于未加筋土有著明顯的物理力學(xué)優(yōu)點(diǎn)[1]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)加筋土擋墻的作用機(jī)制進(jìn)行了相關(guān)研究，Chandra&Khaled[2]對(duì)加筋土擋墻拉筋應(yīng)力、應(yīng)變大小及規(guī)律進(jìn)行了理論研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)；莫介臻等[3]研究了臺(tái)階式加筋土擋墻的土壓力分布、筋帶拉力、墻面變形的相關(guān)規(guī)律以及其影響因素；楊廣慶等[4-6]對(duì)多種形式的加筋土擋墻的受力和變形狀態(tài)進(jìn)行了較為全面的試驗(yàn)研究，得到了包括基底應(yīng)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(jí)加筋土擋墻的設(shè)計(jì)理論還不夠成熟，規(guī)范中尚未明確給出多級(jí)加筋土擋墻的設(shè)計(jì)方法，因此還需要進(jìn)一步深入分析多級(jí)加筋土擋墻的變形和受力規(guī)律，為擋墻的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

本文結(jié)合四川達(dá)州某加筋土擋墻工程，采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和有限元模擬相結(jié)合的方法對(duì)多級(jí)加筋土擋墻的受力特性進(jìn)行研究。

1 工程概況

模塊式加筋土擋墻工地位于達(dá)州市達(dá)川區(qū)上官南城房地產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)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(shí)又不靠近高速公路，采用模塊式加筋土擋墻進(jìn)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(qiáng)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(jià)。工地場(chǎng)區(qū)環(huán)境見(jiàn)圖1。

圖1 工地場(chǎng)區(qū)平面示意

該工程填方深度過(guò)大，為了減少工程造價(jià)，節(jié)約投資，設(shè)計(jì)采用總高度為27 m的三級(jí)加筋土擋墻，設(shè)計(jì)橫斷面見(jiàn)圖2，立面見(jiàn)圖3。第三級(jí)墻高度為10 m，第二級(jí)墻高度為10 m，第一級(jí)墻高度為7 m，頂端長(zhǎng)度為100 m，底端長(zhǎng)度為40 m，兩級(jí)擋墻之間設(shè)3 m寬平臺(tái)。加筋土擋墻基礎(chǔ)采用C15混凝土條形基礎(chǔ)。擋墻模塊為C25混凝土預(yù)制塊，模塊預(yù)埋HDPE單向土工格柵，外留一完整肋條，預(yù)埋土工格柵與加長(zhǎng)土工格柵采用連接棒連接。墻高范圍內(nèi)每0.4 m(即每?jī)蓪用姘?設(shè)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(zhǎng)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(qiáng)度大于144 kN/m，中部土工格柵C的質(zhì)控強(qiáng)度大于122 kN/m，上部土工格柵B的質(zhì)控強(qiáng)度大于88 kN/m，對(duì)應(yīng)應(yīng)變均小于10 %。加筋土擋墻由基礎(chǔ)至墻頂在墻背設(shè)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(shí)按碾壓中部—尾部—前部的順序進(jìn)行。填土材料就地取材，采用場(chǎng)地周邊的土和巖石混合料進(jìn)行填筑。含筋帶面板見(jiàn)圖4，筋帶鋪設(shè)見(jiàn)圖5。

圖2 加筋土擋墻設(shè)計(jì)橫斷面(單位:cm)

圖3 加筋土擋墻設(shè)計(jì)立面

圖4 預(yù)制好的含筋帶面板

圖5 筋帶鋪設(shè)

該工點(diǎn)于2013年8月開工，2013年12月竣工，填土高度隨時(shí)間的變化見(jiàn)圖6，竣工后的擋墻見(jiàn)圖7。

圖6 加筋擋土擋墻施工日程曲線

圖7 竣工后的三級(jí)擋墻

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查表明，場(chǎng)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(fēng)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(fēng)化程度減弱，無(wú)明顯的風(fēng)化分界線。該處區(qū)域位置較高，無(wú)地表徑流通過(guò)工程場(chǎng)地。場(chǎng)地地下水類型以基巖裂隙水為主，主要受大氣降雨補(bǔ)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(duì)混凝土及塑料筋帶無(wú)腐蝕性，對(duì)剛結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。為了防止擋墻產(chǎn)生過(guò)大變形，在填筑前設(shè)置了條石基礎(chǔ)，以增大地基的承載力。

2 土壓力測(cè)試方案

土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、方便、適應(yīng)性好、美觀等特征及良好的工程特性已廣泛應(yīng)用于世界各國(guó)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(fù)雜性，對(duì)其設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法研究得不夠深入。未對(duì)多級(jí)高墻提出明確的設(shè)計(jì)方法，限制了加筋土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。因此，為了進(jìn)一步推廣土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用，合理詮釋加筋土結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理和工作特性，完善設(shè)計(jì)理論，保證結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定，有必要對(duì)此加筋土擋墻進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，為該技術(shù)的發(fā)展提供第一手?jǐn)?shù)據(jù)支持，也為今后同類結(jié)構(gòu)的修建提供指導(dǎo)和借鑒。本論文中將主要測(cè)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(cè)試。在墻背預(yù)埋土壓力盒，通過(guò)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(yù)埋土壓力盒，通過(guò)土壓力盒獲得施工期間與竣工后基礎(chǔ)所受垂直土壓力的變化規(guī)律。

在觀測(cè)斷面上，墻背側(cè)向土壓力共布置14個(gè)土壓力盒測(cè)點(diǎn)，第一級(jí)擋墻埋設(shè)4個(gè)土壓力盒；第二級(jí)擋墻埋設(shè)5個(gè)土壓力盒；第三級(jí)擋墻埋設(shè)5個(gè)土壓力盒。測(cè)量側(cè)向土壓力的14個(gè)土壓力盒埋設(shè)點(diǎn)之間的豎向距離為2 m。為了保證埋設(shè)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(shè)過(guò)程中，還采用細(xì)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(shè)計(jì)位置，受力膜水平向上埋設(shè)在已填筑碾壓好的填土中，在壓力盒受力膜上先填筑細(xì)砂，然后按工程要求填土，并將導(dǎo)線引出，隨時(shí)觀測(cè)。在觀測(cè)斷面上，共布置19個(gè)土壓力測(cè)點(diǎn)，第一級(jí)擋墻底部埋置7個(gè)土壓力盒；第二級(jí)擋墻底部埋置7個(gè)土壓力盒；第三級(jí)擋墻底部埋置5個(gè)土壓力盒。

土壓力盒詳細(xì)信息見(jiàn)表1和圖8。

3 試驗(yàn)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(jí)和第二級(jí)擋墻墻背土壓力，在填土高度達(dá)到一定值后，土壓力增長(zhǎng)速率明顯減小。而在第一級(jí)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(dá)到穩(wěn)定值?？赡茉蛟谟趬χ禾幱捎谠O(shè)置在片石基礎(chǔ)頂面，由于基礎(chǔ)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(jí)擋墻以上的各層面板墻背實(shí)測(cè)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(yīng)力減小，故側(cè)向土壓力也相應(yīng)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(qiáng)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(jí)擋墻時(shí)最危險(xiǎn)的位置在中下部擋墻處，需保證中下部擋墻強(qiáng)度、剛度等參數(shù)具有足夠的安全系數(shù)。

表1 測(cè)點(diǎn)布置信息

圖8 測(cè)點(diǎn)布置示意(單位:cm)

圖9 第一級(jí)擋墻各測(cè)點(diǎn)土壓力隨填土高度變化曲線

圖10 第二級(jí)擋墻各測(cè)點(diǎn)土壓力隨填土高度變化曲線

圖11 第三級(jí)擋墻各測(cè)點(diǎn)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(jí)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(zhǎng)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(shí)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(yīng)，在土工格柵中形成托舉力，將改善垂直應(yīng)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(shí)間的進(jìn)一步發(fā)展，基底垂直土壓力將有減小的趨勢(shì)。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(shè)計(jì)中需特別注意。

圖12 第一級(jí)擋墻各測(cè)點(diǎn)土壓力隨填土高度變化曲線

圖13 第一級(jí)擋墻各測(cè)點(diǎn)土壓力隨填土高度變化曲線

圖14 第二級(jí)擋墻各測(cè)點(diǎn)土壓力隨填土高度變化曲線

圖15 第三級(jí)擋墻各測(cè)點(diǎn)土壓力隨填土高度變化

4 結(jié)論

本文對(duì)多級(jí)加筋土擋墻的土壓力分布特性進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)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(jí)和第二級(jí)擋墻墻背土壓力，在填土高度達(dá)到一定值后，土壓力增長(zhǎng)速率明顯減小。在施工多級(jí)擋墻時(shí)最危險(xiǎn)的位置在中下部擋墻處，需保證中下部擋墻強(qiáng)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(zhǎng)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(shí)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(shè)計(jì)中需特別注意。

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新版工程質(zhì)量保證金管理辦法出臺(tái)

保證金預(yù)留比例下調(diào)兩個(gè)百分點(diǎn)

為貫徹落實(shí)國(guó)務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步清理規(guī)范涉企收費(fèi)、切實(shí)減輕建筑業(yè)企業(yè)負(fù)擔(dān)的精神，規(guī)范建設(shè)工程質(zhì)量保證金管理，近日，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、財(cái)政部對(duì)《建設(shè)工程質(zhì)量保證金管理辦法》進(jìn)行了修訂，將建設(shè)工程質(zhì)量保證金預(yù)留比例由5%降至3%，下調(diào)了兩個(gè)百分點(diǎn)。

根據(jù)新版《建設(shè)工程質(zhì)量保證金管理辦法》(以下簡(jiǎn)稱“新辦法”)，發(fā)包人應(yīng)當(dāng)在招標(biāo)文件中明確保證金預(yù)留、返還等內(nèi)容，并與承包人在合同條款中對(duì)涉及保證金的相關(guān)事項(xiàng)進(jìn)行約定，如保證金預(yù)留、返還方式及保證金預(yù)留比例、期限等。

在工程項(xiàng)目竣工前，已經(jīng)繳納履約保證金的，發(fā)包人不得同時(shí)預(yù)留工程質(zhì)量保證金。采用工程質(zhì)量保證擔(dān)保、工程質(zhì)量保險(xiǎn)等其他保證方式的，發(fā)包人不得再預(yù)留保證金。

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

發(fā)包人在接到承包人返還保證金申請(qǐng)后，應(yīng)于14天內(nèi)會(huì)同承包人按照合同約定的內(nèi)容進(jìn)行核實(shí)。如無(wú)異議，發(fā)包人應(yīng)當(dāng)按照約定將保證金返還給承包人。對(duì)返還期限沒(méi)有約定或者約定不明確的，發(fā)包人應(yīng)當(dāng)在核實(shí)后14天內(nèi)將保證金返還承包人，逾期未返還的，依法承擔(dān)違約責(zé)任。發(fā)包人在接到承包人返還保證金申請(qǐng)后14天內(nèi)不予答復(fù)，經(jīng)催告后14天內(nèi)仍不予答復(fù)，視同認(rèn)可承包人的返還保證金申請(qǐng)。

新辦法對(duì)保證金的預(yù)留管理也有嚴(yán)格的規(guī)定。缺陷責(zé)任期內(nèi)，實(shí)行國(guó)庫(kù)集中支付的政府投資項(xiàng)目，保證金的管理應(yīng)按國(guó)庫(kù)集中支付的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。其他政府投資項(xiàng)目，保證金可以預(yù)留在財(cái)政部門或發(fā)包方。缺陷責(zé)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(zé)。

社會(huì)投資項(xiàng)目采用預(yù)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(jī)構(gòu)托管；推行銀行保函制度，承包人可以銀行保函替代預(yù)留保證金。

對(duì)于預(yù)留保證金的比例，新辦法規(guī)定，發(fā)包人應(yīng)按照合同約定方式預(yù)留保證金，保證金總預(yù)留比例不得高于工程價(jià)款結(jié)算總額的3%。合同約定由承包人以銀行保函替代預(yù)留保證金的，保函金額不得高于工程價(jià)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(shè)工程質(zhì)量保證金管理辦法》同時(shí)廢止。

摘自《中國(guó)建設(shè)報(bào)》

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

TU94+2

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[定稿日期]2017-03-22