用于配筋砌块挡土墙的开槽砌块灌孔砌体力学性能试验研究

许仲远， 黄 靓， 刘桂秋， 施楚贤

(湖南大学 土木工程学院， 湖南 长沙 410082)



用于配筋砌块挡土墙的开槽砌块灌孔砌体力学性能试验研究

许仲远， 黄 靓， 刘桂秋， 施楚贤

(湖南大学 土木工程学院， 湖南 长沙 410082)

挡土墙建设是高速公路建设中的重要组成部分，采用新型的配筋砌块挡土墙将节省我国公路建设所消耗的各项人力、物力资源，并加快施工速度，节省公路施工成本。针对配筋砌块挡土墙中广泛使用的开槽砌块，通过9个抗压试件、18个抗剪试件的静力试验，了解开槽砌块灌孔砌体的抗压强度、抗剪强度及破坏模式等力学性能，探讨砌块开槽对灌孔砌体力学性能的影响。试验结果表明，与普通砌块灌孔砌体相比，开槽砌块灌孔砌体的抗压承载力与抗剪强度均有一定的提高，而抗剪强度的提高更明显，其整体性更好，更适合在挡土墙中使用。

砌块砌体； 灌孔砌体； 开槽砌块； 力学性能； 挡土墙

1 概述

挡土墙建设是公路建设中的重要组成部分，挡土墙的性能与质量将会影响到公路的安全性与耐久性[1]。而目前我国公路工程建设中以传统的重力式或衡重式毛石挡土墙为主。这类挡土墙主要靠墙身自重来保持稳定，墙身断面大、占地多，耗费人力物力，不能充分发挥材料的力学性能，不能满足抗震要求。且在现有的开采技术与条件下，毛石的大量开采对山体及植被造成了严重的破坏。并有大量事实证明，其开采对场地人员及周边居民的人身安全造成了极大的威胁，这不符合“两型”公路对资源节约与环境友好的要求。

结合湖南地区实际情况，积极进行新技术的研究与试验，改进挡土墙形式及其施工方法，对建设“两型”高速公路起着举足轻重的作用。

配筋砌块挡土墙是一种可用于公路建设的新型挡土墙，如图1、图2所示。这是一种采用配筋砌块砌体形式的悬臂式挡墙，与重力式挡土墙相比，它占地面积小、安全性好，且易于运输与施工，是一种质优价廉的挡土墙形式。而与现浇式悬臂类挡墙相比也有着显著优势： ①节约钢材，在保证力学性能的前提下，配筋砌体结构的最小配筋率远小于钢筋混凝土结构，可节约30%～50%； ②节约模板，配筋砌块砌体挡土墙的施工不需要模板； ③节约施工时间，其施工速度明显快于现浇钢筋混凝土结构[2]。

(a) 建设中(b) 建设后

图2 配筋砌块挡土墙Figure 2 Reinforced block retaining wall

配筋砌块挡土墙因其受力情况更为复杂，对砌体的整体性要求更高，故在建造配筋砌块挡土墙的过程中通常会在砌块肋上开槽，在砌块之间形成横向通孔，这样便于布置水平钢筋，同时有利于灌孔混凝土的横向流动，能够保证灌孔的密实度与灌孔质量，可进一步提高配筋砌块砌体挡土墙的整体性能。

国内外已有众多学者针对混凝土砌块砌体的基本力学性能进行了研究，国外自上世纪四十年代左右已开始了对砌块砌体的深入研究，取得了其基本力学性能的众多研究成果[3][4]，国内方面宋力、刘桂秋等也根据其所做的灌孔砌块砌体试验，均提出了用于不同灌孔率、灌孔强度等多种情况下的灌孔砌体抗压、抗剪性能计算方法[5,6]。

然而，对于配筋砌块砌体挡土墙所广泛采用的开槽砌块灌孔砌体，却并没有相关研究基础，为了进一步验证配筋砌块砌体的性能，开槽砌块灌孔砌体的力学性能有进一步研究的价值。

本文通过3组9个抗压试件、3组18个抗剪试件的静力试验，了解开槽砌块灌孔砌体的基本力学性能及抗压抗剪破坏模式，探讨砌块开槽对配筋砌块砌体挡土墙性能的影响，验证开槽配筋砌块砌体挡土墙的可靠性。

2 试验概况

2.1 试验材料及设备

试验用的开槽砌块的肋上有开槽，详细尺寸是： 390 mm×190 mm×190 mm，开槽深度60 mm，如图3所示。所用块体的强度参照相关规范[9]的要求进行测定，块体的具体数值如表1中所述。试验中使用的各材料的强度测定采用相关规范内的具体要求进行，具体参数值见表1。

图3 开槽砌块尺寸Figure 3 The size of slotted block

2.2 试件的设计与制作

试件的设计和制作均根据相关规范[7]内的要求进行，试验试件的具体尺寸见图4、图5。所有的试件均为全灌孔，灌孔砌体试件的详细信息见表1，其中，KCA — 1～3、KCB — 1～3、KCC — 1～3为抗压试件、KSA — 1～6、KSB — 1～6、KSC — 1～6为抗剪试件。试验所用加载装置为10000 kN刚性压力机，试验采用分级方法进行荷载加载。

图4 抗压试件的详细尺寸Figure 4 The size of compressive specimens

图5 抗剪试件的详细尺寸Figure 5 The size of shear specimens

表1 试件的具体详细参数Table1 Strengthofthematerialsofspecimens试件编号砌块种类块体f1/MPa砂浆f2/MPa灌孔混凝土fcu,m/MPaKCA—1～3开槽砌块18.5811.4738.07KCB—1～3开槽砌块18.5811.4720.83KCC—1～3普通砌块18.5811.4720.83KSA—1～6开槽砌块18.5811.4738.07KSB—1～6开槽砌块18.5811.4720.83KSC—1～6普通砌块18.5811.4720.83

3 实验结果与分析

3.1 抗压试验

3.1.1 试件破坏过程

根据试验现象以及试验结果，将开槽砌体的整个受力到破坏的全程分解为3个破坏阶段。

初裂阶段：指从受压试件开始承压到出现首条裂缝的过程，这一过程中将沿砌块开槽处出现第一批裂缝。此阶段可认为材料处于弹性阶段。

裂缝发展阶段：当压力继续增大，裂缝将持续伸长变宽，若压力不再增加裂缝也会发展。此时砌体已临近破坏，其压力约为破坏荷载的60%～90%。

破坏阶段：荷载已无法继续增加，试件上的裂缝继续变宽、变长，并在试件最脆弱处迅速变宽并导致试件失稳破坏，破坏时呈现出明显的脆性特征，见图6。此时砌体的强度称为砌体的破坏强度。

(a)左侧( b) 正面

(c) 右侧(d) 背面

3.1.2 抗压强度分析

从表2中数据可知: 开槽砌块灌孔砌体的开裂荷载与极限荷载的比值较普通灌孔砌块砌体的稍小，约为极限承载能力的50%，但其抗压强度将会有一定的提高，且比规范值高9%～12%，说明采用规范内公式对开槽灌孔砌块砌体的抗压强度进行计算是可行的。

表2 开裂值fcr、试验值f0gm、规范值fgm及其比较Table2 Crackingvaluefc,testvaluef0vgm,standardvaluefvg,mandcomparison试件编号开裂值fcr/MPa试验值f0gm/MPa规范值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变异系数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变异系数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变异系数————0.09

3.2 抗剪试验

3.2.1 试件破坏过程

根据试验现象可知，开槽砌块灌孔砌体有两种破坏形态：单剪破坏与双剪破坏，如图7所示，试验过程中灰缝砂浆与芯柱混凝土的破坏呈现出先后性，砌体受剪破坏并非瞬间发生，在竖向灰缝受力开裂时，因芯柱混凝土并没有到达抗剪承载力极限状态，试件承载力仍在增加，呈现出一定的延性。砌体试件破坏时，除了上、下两芯柱正截面受剪破坏外，

(a) 单剪破坏(b) 双剪破坏

还会在开裂灰缝和相应一侧的底部承压面之间出现斜裂缝且其开始位置大致处于砌块开槽处，这是与普通灌孔砌块砌体不同的。

3.2.2 抗剪强度分析

表3 试验值f0vg,m规范值fvg,m及其比较Table3 Testvaluef0vg,m,standardvaluefvg,mandcomparison试件编号试验值f0vg,m/MPa规范值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变异系数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变异系数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变异系数0.15

因开槽砌块灌孔砌体的抗剪强度比普通砌块有明显提升，这使得采用开槽砌块的配筋砌块砌体的整体性更好，故更适合在配筋砌块挡土墙中使用。

4 结论

本章根据9个抗压试件与18个抗剪试件的静力试验，深入研究了其破坏模式、抗压强度、抗剪强度等基本力学性能，主要得到了如下研究成果：

① 砌块开槽会使灌孔砌体的抗压开裂荷载有所下降，但不会导致其提前破坏；

② 槽砌体的承载力较传统砌体有一定程度的提高，相比规范可提高10%左右，适合应用在配筋砌块挡土墙中；

③ 开槽砌块灌孔砌体的受剪破坏过程中除常见的单剪破坏与双剪破坏外，还会在试件上产生斜裂缝，这说明砌块开槽将改变灌孔砌体的抗剪机理；

④ 开槽砌块灌孔砌体的抗剪强度较普通砌块灌孔砌体可提高37%～86%，这主要是由于肋部开槽后，不同匹的砌块内部的灌芯芯柱能够协同工作一起承受剪力荷载。故其整体性更好，更适合在配筋砌块挡土墙中使用。

[1] 中交第二公路勘察设计研究院有限公司. 公路挡土墙设计与施工技术细则[M ] . 北京: 人民交通出版社, 2008.

[2] 施楚贤.砌体结构,第三版[M].北京:中国建筑工业出版社，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. 混凝土砌块砌体基本力学性能试验研究与非线性有限元分析[D].长沙:湖南大学,2005.

[6] 刘桂秋. 砌体结构基本受力性能的研究[D].长沙:湖南大学,2005.

[7] GB/T4111-1997,混凝土小型空心砌块试验方法[S].

[8] GB50003-2011,砌体结构设计规范[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

国家自然科学基金资助项目(51378193)

许仲远(1990 — )，男，河南安阳人，硕士，从事公路工程施工技术研究。通讯作者：黄 靓，E-mail:huangliangstudy@126.com

U 417.1+1

A

1674 — 0610(2016)05 — 0033 — 03