模块式高填方加筋土挡墙力学行为的现场测试

2013-05-12刘院锁

中国新技术新产品 2013年7期

刘院锁

（中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁大连 116100）

1 工程概况

张承高速路部分路段线路两侧房屋密集，且还要修筑辅道。公路旁边有灌渠，灌渠的断面不可压缩，为减少公路占地，采用模块式土工格栅加筋土挡土墙，墙高4.8m～6.8m。

加筋土挡墙模块尺寸为长×宽×高=0.5m×0.2m×0.2m。采用C25混凝土预制块作为挡墙面板，HDPE单向土工格栅在模块内预埋6cm，并外留一段完整肋条，加长土工格栅与预埋土工格栅通过连接棒连接。墙高低于3.2m的范围内每0.4m（即每两层模块）铺设一层土工格栅，在3.2m以上高度每0.6m铺设一层土工格栅。路面结构的基层中铺设两层EG90土工格栅，要求其碳黑含量应为2%～2.5%，以满足土工格栅拉筋长期抗老化性能。挡墙下部土工格栅的强度大于88kN/m，相对应变不大于10%，2%应变时的抗拉强度不小于23.7kN，5%应变时的抗拉强度不小于45.2kN，长期（120年）蠕变极限强度不小于34kN/m。挡墙上部土工格栅的强度应大于64.5kN/m，相对应变不大于10%，2%应变时的抗拉强度不小于16.1kN，5%应变时的抗拉强度不小于30.9kN，长期（120年）蠕变极限强度大于25.5kN/m。

由基础至墙顶在加筋土挡墙背设置25cm砂砾反滤层。在砂砾层外2～4.5m范围内填筑8%石灰土。素土填至3.0m，3.0m以上填筑粉煤灰，以降低路基整体重量，以达到减小填料对加筋土挡墙的压力的目的。

2 测点布设方案

在现场选取三个断面进行试验。A断面处地基采用深层水泥搅拌桩处理，灰土内3m高度填素土，3m以上填粉煤灰；B断面同样采用深层水泥搅拌桩复合地基，石灰土上填筑粉煤灰；C断面采用挤密砂砾桩复合地基处理，灰土上填筑粉煤灰。

3 测试结果与分析

3.1 竖向土压力

图1为B测试断面典型的墙面板基底两个土压力盒实测竖向土压力的大小。

由图可知，施工初期，基于土工格栅与墙面板的连接作用，在施工振动荷载效应下，挡墙有所内倾。随着施工进度的发展，墙逐步填高，墙面板承受的土压力也逐步增大，墙背在主动土压力作用下会发生向外的水平位移，引起墙体外倾。施工完成后墙外侧土压力仍然大于内侧土压力，但两者差值较路基填筑初期减少。上述土压力结果与竣工后墙面板的小量水平变形结果具有一致性。

各断面在施工期间基底竖向应力随填土高度增长的分布曲线以及竣工后各时间的分布如图2～3所示。

图2与图3表明：

（1）随着填土高度的增大，基底竖向土压力不断增大，应力增长速率基本相当。

（2）竣工后的基底竖向应力随时间基本呈下降的趋势。这是由于在加筋土挡墙的自重荷载作用下复合地基发生沉降。有柔性土工格栅设置在土中会产生 "薄膜"或"网兜"效应，土工格栅对土体形成托举力，从而改变了竖向应力分布，土体自重作用在基底上的竖向土压力降低。

（3）由于深层水泥搅拌桩复合地基的桩土应力比大于挤密砂砾桩复合地基的桩土应力比，使得深层水泥搅拌桩复合地基中不同部位的竖向应力不均匀性较大。由于加筋土体与非加筋土体和墙面之间的相互作用，竖向土压力沿筋长呈曲线分布，而设计中的竖向土压力分布没有考虑这种因素。

3.2 墙背侧向土压力

图4是三个测试断面中侧向土压力值随填土高度提高的变化曲线。墙背土压力规律分析如下：

（1）施工期间不同层位处的侧向土压力随填土高度的提高而增大，土压力增长速率随高度增加而减小。这是由于随着填土高度的增加，挡墙发生水平变形，从导致侧向土压力减少。当填土高度达4.5m以上时，挡墙最底部土压力减小，并且挤密砂砾桩复合地基上挡墙土压力减小量明显大于水泥搅拌桩复合地基上挡墙的土压力减小量。一则说明前者的水平位移大于后者，二则可能与挤密砂砾桩复合地基在荷载作用下发生排水固结，地基沉降量大于水泥搅拌桩符合地基沉降量有关。

（2）侧向土压力沿墙高呈非线性形式分布。在墙高的中部以下，挤密砂砾桩复合地基上加筋土挡墙的侧向土压力逐渐减小，在靠近墙底部位接近零，而水泥搅拌桩桩复合地基上加筋土挡墙的侧向土压力呈增大趋势。

（3）各断面实测侧向土压力均小于依照经典土压力理论计算的静止土压力和主动土压力。说由于土工格栅拉筋作用与筋土摩擦作用，以及格栅对土体嵌固作用，使加筋土挡墙具有一定整体稳定性，但挡墙面板实际受力很小。

（4）从图可以看出，在施工期两种复合地基上加筋土挡墙墙高3 m以下位置墙后填料相同，而实测水平土压力也大致相当，说明了测试结果的可靠性。