姜 炯， 黃 金

(同濟大學地下建筑與工程系，上海 200092)

0 引言

軟土地區(qū)，加筋土擋墻的施工，會在地基中產生大量超孔隙水壓力.由于地基土為軟土，其滲透系數較小，需要很長的時間完成固結，導致擋墻的工后變形較大，影響其正常使用，因此有必要對地基土排水固結的影響深入研究.

離心模型試驗能較好的模擬土體的自重應力場，在研究加筋土擋墻變形破壞方面已得到了廣泛應用.而現有的離心試驗研究多集中于筋材的加筋效果、擋墻的破壞形態(tài)等[1－3]，均未考慮擋墻下方的地基土，關于地基土排水固結對擋墻變形的影響研究甚少.

本文針對上海某高填方工程中運用的包裹式加筋土擋墻(下文中以擋墻指代)，設計了離心模型試驗，旨在探討擋墻的變形規(guī)律、地基土固結對其工后變形的影響，為今后的類似工程提供參考.

1 離心機模型試驗

1.1 試驗設備

使用同濟大學TLJ－150復合型巖土離心試驗機，如圖1，其試驗最大容量為150g.t.模型箱尺寸為900×700×700(長×寬×高)，一側為有機玻璃板，并可在掛斗側面設置攝像頭，透過有機玻璃對土體的變形進行觀測.根據模型箱尺寸大小，模型與原型幾何相似比例確定為n=40.

圖1 TLJ－150巖土離心試驗機

1.2 試驗材料

1.2.1 加筋材料確定

離心模型試驗中，加筋材料通?？梢酝ㄟ^控制方程或量綱分析推導得出[4，5]，其相似條件為:

式中，E為筋材的彈性模量，t為筋材厚度，下標m，p分別表示模型與原型，n為模型相似比.

本高填方工程中所用的為武漢坦薩公司生產的Tensar B型土工格柵，其抗拉強度為30kN/m，初始拉伸模量Ep=760kN/m，在6m高的擋墻中每40cm鋪設一層土工格柵，共15層.

綜合考慮模型相似比、材料穩(wěn)定性、制樣操作空間等因素，最終選定聚丙烯腈綸濾網作為替代筋材，其初始拉伸模量為Em=58kN/m.

表1 粉質粘土的物理性質指標

1.2.2 試驗土料

模型地基土及回填土均取自施工現場，為②層粉質粘土，表1給出了其主要物理性質指標.

砂墊層材料采用福建平潭標準砂，其基本物理性質指標為比重Gs=2.643，最大干密度ρdmax=1.74g/cm3，最小干密度ρdmin=1.43 g/cm3，最大孔隙比emax=0.848，最小孔隙比emin=0.519，平均粒徑d50=0.34mm，不均勻系數 Cu=1.542，曲率系數Cc=1.104.

1.3 試驗方案

首先在模型箱側壁涂上硅油，并在上面鋪設聚四氟乙烯薄膜以減少摩擦.地基土按飽和土分層制樣，并在離心機40g狀態(tài)下固結，固結后測得其含水率為30.9%，與現場的地基土含水率32.5%非常接近.回填土按最優(yōu)含水率分層制備，控制壓實度為0.9.預填土內的砂墊層厚為2cm，并在其中通長鋪設一層筋材.擋墻中筋材每隔3cm鋪設一層，共5層，并預留出約為10cm長的返包段，用訂書針與上一層筋材固定.

圖2 模型布置示意圖(單位:mm)

圖3 擋墻頂部的豎向位移變化曲線

試驗分兩級加載，第一級為20 g，加速度穩(wěn)定后運行5min，第二級為40 g并保持不變，以模擬擋墻在地基土排水固結情況下的長期變形.本試驗共設置6個差動式位移計，分別測量擋墻頂部的豎向位移及返包平面的水平位移.為觀測擋墻內部土體變形，在筋材靠近有機玻璃板處粘貼若干L型塑料薄片作為標識.模型的尺寸和各測量儀器布置見圖2.

2 模型試驗結果及分析

本節(jié)所列的試驗數據均為通過相似比換算到原型后的結果.

2.1 擋墻的變形

圖3，圖4分別給出了模型試驗中擋墻頂部的豎向位移及返包平面的水平位移變化隨時間的變化曲線.

圖4 擋墻返包平面的水平位移變化曲線

圖5 擋墻返包段試驗前后照片對比

當離心機運轉780s時，加速度達到40 g，模擬擋墻施工完畢，此時擋墻產生較大變形，距離返包平面越近，頂部豎向沉降越大.而擋墻返包平面的累計水平位移隨擋墻高度的增加而增大，其變形規(guī)律與文獻[6]結論相類似.

780s之后，離心機在40 g狀態(tài)下繼續(xù)運轉，地基土開始排水固結，擋墻變形進一步加大.此階段發(fā)生的工后變形以沉降為主，仍然是靠近返包平面處的沉降更大，而返包平面處的水平位移變化較小.

隨著固結時間的增加，地基土中超孔隙水孔壓逐漸消散，擋墻頂部的豎向位移及返包平面的水平位移增加速率放緩，擋墻的變形也趨于穩(wěn)定.

通過圖5可發(fā)現，固結過程中不斷有孔隙水從地表排出，而擋墻呈整體變形，產生了一個穿越筋材加固區(qū)的準圓弧滑動面，滑動面后緣位于筋材加固區(qū)外側，并逐漸形成一條較深裂縫.

試驗結束后發(fā)現，擋墻返包平面的二、三層筋材交界處，土體有明顯的側向鼓出，原因可能是由于筋土界面處，土體所提供的摩擦力不足，導致第三層筋材被拔出.

2.2 土壓力

圖6的結果顯示，TY1，TY3測量值與無加筋時的理論值非常接近，而與之同一水平位置的TY2，TY4測量值較小.這是因為包裹式的筋材給擋墻提供側向約束的同時，在擋墻內部的加筋區(qū)域產生了網兜效應[7]，改變了擋墻中垂直應力分布，減少了由于土體自重作用而產生的垂直土壓力.豎向土壓力的分布規(guī)律與現場實測數據基本一致.

圖6 土壓力變化曲線

3 結論

本文通過離心模型試驗，研究了包裹式加筋土擋墻在考慮地基土排水固結情況下的長期變形.試驗中得出的結論如下:

(1)在軟土地區(qū)設計建造包裹式加筋土擋墻時，需考慮由軟土地基固結導致的擋墻長期變形.施工完畢后，擋墻的側向位移基本完成，工后變形以沉降為主，約占總沉降量的25%;而隨著地基土的固結，工后沉降不斷增加，但增加速率逐漸放緩，擋墻變形趨于穩(wěn)定.

(2)包裹式加筋土擋墻中，筋材不僅能為擋墻提供側向約束，還能調整土體中應力分布，使擋墻土體變形更加均勻.

(3)筋材有從回填體中被拔出破壞的可能性，設計加筋土擋墻時，需要驗算筋材拔出破壞的安全性.

[1]章為民，賴忠中，徐光明.加筋擋土墻離心模型試驗研究[J].土木工程學報，2000，33(3):84 －91.

[2]張嘎，王愛霞，張建民等.土工織物加筋土坡變形和破壞過程的離心模型試驗[J].清華大學學報(自然科學版)，2008，48(12):2057－2060.

[3]王嵐，邢永明，崔亞楠.粉煤灰加筋土擋墻工作機理的離心模型試驗研究[J].2006，23(1):44 －47.

[4]向科，羅風.土工離心模型實驗中的加筋材料[J].地下空間與工程學報，2007，3(5):789 －892.

[5]匡希龍，李振.土工離心模型試驗中結構物替代技術探討[J].公路交通技術，2008:1，5 －8.

[6]雷勝友.雙面加筋土高擋墻的離心模型試驗[J].巖石力學與工程學報，2005，24(3):417 －423.

[7]楊廣慶，呂鵬，龐巍等.返包式土工格柵加筋土高擋墻現場試驗研究[J].巖土力學，2008，29(2):517 －522.