多级加筋土挡墙的土压力分布特性试验研究

李元元, 彭 康, 柳 植, 马发发

(中铁七局第三工程有限公司，陕西西安 710000)

多级加筋土挡墙的土压力分布特性试验研究

李元元, 彭 康, 柳 植, 马发发

(中铁七局第三工程有限公司，陕西西安 710000)

文章采用现场试验方法对多级加筋土挡墙的土压力分布特性进行了研究。结果表明随着挡墙填土高度的增加，墙背侧向土压力和墙底垂直土压力随之增大。第一级和第二级挡墙墙背土压力，在填土高度达到一定值后，土压力增长速率明显减小。沿拉筋长度方向，垂直土压力呈非线性分布，最大值出现在离面板较近位置。挡土墙竣工后，随着时间的延续，垂直土压力基本保持稳定状态。

多级加筋土挡墙； 土压力分布； 有限元； 现场试验

加筋土挡墙是由面板、填料、筋材等组成的复合结构，近年来已广泛应用于公路、水运、水利、铁路等各类土建工程的支挡结构中，取得了广泛的经济效益、社会效益和环境效益。复合加筋土体系相对于未加筋土有着明显的物理力学优点[1]。国内外学者对加筋土挡墙的作用机制进行了相关研究，Chandra&Khaled[2]对加筋土挡墙拉筋应力、应变大小及规律进行了理论研究和现场试验；莫介臻等[3]研究了台阶式加筋土挡墙的土压力分布、筋带拉力、墙面变形的相关规律以及其影响因素；杨广庆等[4-6]对多种形式的加筋土挡墙的受力和变形状态进行了较为全面的试验研究，得到了包括基底应力、墙背侧向土压力、拉筋拉力和墙面水平变形等的分布规律。目前多级加筋土挡墙的设计理论还不够成熟，规范中尚未明确给出多级加筋土挡墙的设计方法，因此还需要进一步深入分析多级加筋土挡墙的变形和受力规律，为挡墙的设计提供理论依据。

本文结合四川达州某加筋土挡墙工程，采用现场试验和有限元模拟相结合的方法对多级加筋土挡墙的受力特性进行研究。

1 工程概况

模块式加筋土挡墙工地位于达州市达川区上官南城房地产开发项目，南侧紧邻包茂高速，北侧和东侧为居民密集区。为了减少征地同时又不靠近高速公路，采用模块式加筋土挡墙进行填筑在建工地的一处山坳。加筋土挡墙可以减小占地面积，增强挡土墙的整体美观及与周围环境的协调，有效降低工程的造价。工地场区环境见图1。

图1 工地场区平面示意

该工程填方深度过大，为了减少工程造价，节约投资，设计采用总高度为27 m的三级加筋土挡墙，设计横断面见图2，立面见图3。第三级墙高度为10 m，第二级墙高度为10 m，第一级墙高度为7 m，顶端长度为100 m，底端长度为40 m，两级挡墙之间设3 m宽平台。加筋土挡墙基础采用C15混凝土条形基础。挡墙模块为C25混凝土预制块，模块预埋HDPE单向土工格栅，外留一完整肋条，预埋土工格栅与加长土工格栅采用连接棒连接。墙高范围内每0.4 m(即每两层面板)设一层土工格栅，墙高0～11.6 m范围内使用UXD型格栅，11.6～17 m范围内使用UXC型格栅，17～27 m范围内使用UXB型格栅。土工格栅长度视填土高度分别为10～23 m不等。为保证土工格栅的抗老化性能，其炭黑含量为2 %～2.5 %，且颗粒分散均匀，表面光泽。墙下部土工格栅D的质控强度大于144 kN/m，中部土工格栅C的质控强度大于122 kN/m，上部土工格栅B的质控强度大于88 kN/m，对应应变均小于10 %。加筋土挡墙由基础至墙顶在墙背设置30 cm厚碎石排水层，墙高范围内均填筑黏土与泥岩的混合体。填料的压实按碾压中部—尾部—前部的顺序进行。填土材料就地取材，采用场地周边的土和岩石混合料进行填筑。含筋带面板见图4，筋带铺设见图5。

图2 加筋土挡墙设计横断面(单位:cm)

图3 加筋土挡墙设计立面

图4 预制好的含筋带面板

图5 筋带铺设

该工点于2013年8月开工，2013年12月竣工，填土高度随时间的变化见图6，竣工后的挡墙见图7。

图6 加筋挡土挡墙施工日程曲线

图7 竣工后的三级挡墙

根据现场工程地质调查表明，场地内覆盖层主要为人工填土、粉质黏土，人工填土厚度在0～0.5 m范围变化， 粉质黏土厚度在0.1～2 m区间变化。下伏基岩为薄层-巨厚层侏罗系中统上沙溪庙组(J2S)粉砂质泥岩与砂岩互层，风化程度受地形条件和岩石矿物成分、结构构造影响，一般随着深度增加其风化程度减弱，无明显的风化分界线。该处区域位置较高，无地表径流通过工程场地。场地地下水类型以基岩裂隙水为主，主要受大气降雨补给。大气降水沿裂隙渗入地下，在坡脚以泉水形式排出，流量一般随季节性降雨而变化。该处水质对混凝土及塑料筋带无腐蚀性，对刚结构有弱腐蚀性。为了防止挡墙产生过大变形，在填筑前设置了条石基础，以增大地基的承载力。

2 土压力测试方案

土工格栅加筋土结构经济、稳定、方便、适应性好、美观等特征及良好的工程特性已广泛应用于世界各国及地区。但由于土工格栅加筋材料本身、筋土界面特殊的工程性质及加筋土结构作用的复杂性，对其设计理论、计算方法研究得不够深入。未对多级高墙提出明确的设计方法，限制了加筋土结构的应用。因此，为了进一步推广土工格栅加筋土结构在工程中的应用，合理诠释加筋土结构的作用机理和工作特性，完善设计理论，保证结构的安全与稳定，有必要对此加筋土挡墙进行系统的监测，为该技术的发展提供第一手数据支持，也为今后同类结构的修建提供指导和借鉴。本论文中将主要测试墙背侧向土压力和土体中垂直土压力。采用钢弦式土压力盒和振弦频率仪测试。在墙背预埋土压力盒，通过土压力盒获取施工期间与竣工后墙背土压力的变化规律。在填土的不同高度预埋土压力盒，通过土压力盒获得施工期间与竣工后基础所受垂直土压力的变化规律。

在观测断面上，墙背侧向土压力共布置14个土压力盒测点，第一级挡墙埋设4个土压力盒；第二级挡墙埋设5个土压力盒；第三级挡墙埋设5个土压力盒。测量侧向土压力的14个土压力盒埋设点之间的竖向距离为2 m。为了保证埋设质量，土压力盒用一布袋封好，布袋里装满砂土，这样土压力盒周围全被砂土包裹，保证了土压力的有效均匀传递至土压力盒表面。除此之外，在埋设过程中，还采用细粒土填埋装好砂土的布袋，以确保侧向土压力均匀有效地传递至土压力盒处。

垂直土压力盒按设计位置，受力膜水平向上埋设在已填筑碾压好的填土中，在压力盒受力膜上先填筑细砂，然后按工程要求填土，并将导线引出，随时观测。在观测断面上，共布置19个土压力测点，第一级挡墙底部埋置7个土压力盒；第二级挡墙底部埋置7个土压力盒；第三级挡墙底部埋置5个土压力盒。

土压力盒详细信息见表1和图8。

3 试验结果分析

3.1 侧向土压力

图9～图11给出了施工期间挡土墙背侧向土压力随填土高度的变化规律。从图中可看出随着挡墙填土高度的增加，侧向土压力随之增大。而第一级和第二级挡墙墙背土压力，在填土高度达到一定值后，土压力增长速率明显减小。而在第一级挡墙墙趾处，墙背土压力随填土高度的增加逐渐增加，直到施工完成后侧向土压力还未达到稳定值。可能原因在于墙趾处由于设置在片石基础顶面，由于基础顶与面板摩擦力限制了面板的位移，使墙背侧向土压力一直未稳定。分析各图，可以看出在第二级挡墙以上的各层面板墙背实测土压力值较小。原因可能在于：随着挡墙高度的增加，土体竖向应力减小，故侧向土压力也相应减小；面板与筋带之间的连接存在间隙，使得面板受力后发生位移，释放掉部分压力；筋带使得土体抗剪强度提高，减小了土的侧向压力。以上规律表明在施工多级挡墙时最危险的位置在中下部挡墙处，需保证中下部挡墙强度、刚度等参数具有足够的安全系数。

表1 测点布置信息

图8 测点布置示意(单位:cm)

图9 第一级挡墙各测点土压力随填土高度变化曲线

图10 第二级挡墙各测点土压力随填土高度变化曲线

图11 第三级挡墙各测点土压力随填土高度变化曲线

3.2 竖向土压力

图12～图15给出了各级挡土墙底部垂直土压力的变化特性。从图中可以看出垂直土压力随填土高度增加而增大。沿拉筋长度方向，垂直土压力呈非线性分布，最大值出现在离面板较近位置。图13表明挡土墙竣工后，随着时间的延续，垂直土压力基本保持稳定状态。基于柔性的土工格栅埋置于土中产生的“薄膜”或“网兜”效应，在土工格栅中形成托举力，将改善垂直应力分布，减少由于土体自重作用在基底上的垂直土压力，故随着时间的进一步发展，基底垂直土压力将有减小的趋势。以上规律表明在面板附近区域的竖向压力最大，该区域的地基最可能首先发生失效破坏，在地基设计中需特别注意。

图12 第一级挡墙各测点土压力随填土高度变化曲线

图13 第一级挡墙各测点土压力随填土高度变化曲线

图14 第二级挡墙各测点土压力随填土高度变化曲线

图15 第三级挡墙各测点土压力随填土高度变化

4 结论

本文对多级加筋土挡墙的土压力分布特性进行了现场试验研究，得到了如下结论：

(1)随着挡墙填土高度的增加，侧向土压力随之增大。而第一级和第二级挡墙墙背土压力，在填土高度达到一定值后，土压力增长速率明显减小。在施工多级挡墙时最危险的位置在中下部挡墙处，需保证中下部挡墙强度、刚度等参数具有足够的安全系数。

(2)垂直土压力随填土高度增加而增大。沿拉筋长度方向，垂直土压力呈非线性分布，最大值出现在离面板较近位置。挡土墙竣工后，随着时间的延续，垂直土压力基本保持稳定状态。在面板附近区域的地基最可能首先发生失效破坏，在地基设计中需特别注意。

[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.台阶式格栅加筋挡墙现场试验及数值分析[J].土木工程学报，41(5): 52-58.

[4] 杨广庆，吕鹏，庞巍，等.返包式土工格栅加筋土高挡墙现场试验研究[J].岩土力学，2008, 29(2): 517-522.

[5] 杨广庆，周亦涛，周乔勇，等.土工格栅加筋土挡墙试验研究[J].岩土力学，2009, 30(1): 206-210.

[6] 杨广庆，吕鹏，张保俭，等.整体面板式土工格栅加筋土挡墙现场试验研究[J].岩石力学与工程学报，2007, 26(10): 2077-2083.

[7] 杨广庆. 土工格栅加筋土结构理论及工程应用 [M]. 科学出版社, 2010.

新版工程质量保证金管理办法出台

保证金预留比例下调两个百分点

为贯彻落实国务院关于进一步清理规范涉企收费、切实减轻建筑业企业负担的精神，规范建设工程质量保证金管理，近日，住房城乡建设部、财政部对《建设工程质量保证金管理办法》进行了修订，将建设工程质量保证金预留比例由5%降至3%，下调了两个百分点。

根据新版《建设工程质量保证金管理办法》(以下简称“新办法”)，发包人应当在招标文件中明确保证金预留、返还等内容，并与承包人在合同条款中对涉及保证金的相关事项进行约定，如保证金预留、返还方式及保证金预留比例、期限等。

在工程项目竣工前，已经缴纳履约保证金的，发包人不得同时预留工程质量保证金。采用工程质量保证担保、工程质量保险等其他保证方式的，发包人不得再预留保证金。

缺陷责任期内，承包人认真履行合同约定的责任；到期后，承包人向发包人申请返还保证金。

发包人在接到承包人返还保证金申请后，应于14天内会同承包人按照合同约定的内容进行核实。如无异议，发包人应当按照约定将保证金返还给承包人。对返还期限没有约定或者约定不明确的，发包人应当在核实后14天内将保证金返还承包人，逾期未返还的，依法承担违约责任。发包人在接到承包人返还保证金申请后14天内不予答复，经催告后14天内仍不予答复，视同认可承包人的返还保证金申请。

新办法对保证金的预留管理也有严格的规定。缺陷责任期内，实行国库集中支付的政府投资项目，保证金的管理应按国库集中支付的有关规定执行。其他政府投资项目，保证金可以预留在财政部门或发包方。缺陷责任期内，如发包方被撤销，保证金随交付使用资产一并移交使用单位管理，由使用单位代行发包人职责。

社会投资项目采用预留保证金方式的，发、承包双方可以约定将保证金交由第三方金融机构托管；推行银行保函制度，承包人可以银行保函替代预留保证金。

对于预留保证金的比例，新办法规定，发包人应按照合同约定方式预留保证金，保证金总预留比例不得高于工程价款结算总额的3%。合同约定由承包人以银行保函替代预留保证金的，保函金额不得高于工程价款结算总额的3%。

据了解，新办法自2017年7月1日起施行，原《建设工程质量保证金管理办法》同时废止。

摘自《中国建设报》

李元元(1985～)，男，工程师，大学本科,主要从事岩土及地铁工程方面的技术与管理工作。

TU94+2

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[定稿日期]2017-03-22