雷勝友，惠會清，高 攀，張 磊

(1.長安大學 a.公路學院;b.理學院;c.建筑工程學院，西安 710064；2.中鐵隧道集團有限公司 技術(shù)中心,河南 洛陽 471009)

高填方下加筋土高擋墻實測變形分析

雷勝友1a，惠會清1b，高 攀2，張 磊1c

(1.長安大學 a.公路學院;b.理學院;c.建筑工程學院，西安 710064；2.中鐵隧道集團有限公司 技術(shù)中心,河南 洛陽 471009)

為了揭示位于“V”形溝谷中的某座3級加筋土擋墻的變形規(guī)律，在現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，重點分析了高填方下3級加筋土高擋墻墻面板位移、墻后填土體沉降、高填方下路面沉降以及擋墻下涵洞底部沉降在施工期間和竣工后的變化情況。結(jié)果表明：①加筋土擋墻墻面板的水平位移、豎向位移以及墻后填土體的沉降主要發(fā)生在施工期間，且數(shù)值都比較大，竣工后1～2 a的時間內(nèi)，其變形趨于穩(wěn)定，但總的累積變形較大，說明加筋土擋墻能夠適應(yīng)較大變形的填方工程，這是其優(yōu)勢所在；②在“V”形溝谷中采用高填方下加筋土高擋墻的結(jié)構(gòu)形式能滿足路面沉降要求，高填方下的涵洞也是安全的；③由于擋墻筋帶的特殊性，使得形成的加筋土擋墻具有錨定板擋墻和土釘墻的某些優(yōu)點，既能約束墻內(nèi)土體的變形，又能作為整體很好地同周圍“V”形溝谷變形相協(xié)調(diào)，使得填方內(nèi)應(yīng)力重分布，路面沉降變形平緩過渡，未產(chǎn)生明顯差異沉降，使用效果良好。這種擋墻結(jié)構(gòu)在山區(qū)公路鐵路建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景，值得推廣。

墻面板；高填方；加筋土擋墻；“V”形溝谷；鋼筋混凝土筋帶；現(xiàn)場試驗

1 研究背景

某高速公路要通過一處“V”形黃土大沖溝，經(jīng)綜合考慮后在下部設(shè)計成3級加筋土擋墻，每級擋墻(含基礎(chǔ))高度為10.5 m，上部填筑成24 m高的緩坡路堤，這樣填方體的總高度為54.7 m，這在高速公路的建設(shè)上比較少見。對于這種特殊地形中的加筋土擋墻的墻面板位移、墻后填土體的變形在施工期和工程竣工后如何發(fā)展變化，以上變形對高填方上的路面層的變形有何影響？高填方下的涵洞能否正常使用，是否會開裂過大？

針對以上問題，筆者根據(jù)現(xiàn)場實測資料[1-3]，進一步分析了施工期間和竣工以后墻面板位移和墻后填土變形，并對高填方上路面層和擋墻下方涵洞的沉降量進行了分析和討論，得到了一些規(guī)律性成果，可供生產(chǎn)設(shè)計部門參考。

2 高填方下加筋土擋墻變形現(xiàn)場實測

加筋土擋墻所用筋帶為鋼筋混凝土串聯(lián)式條帶，由4根單元筋帶電焊串聯(lián)而成，每根單元筋帶的尺寸為250 cm(長)×20 cm(寬)×6 cm(厚)，如圖1所示。

圖1 單元筋帶示意圖Fig.1 Sketch of unit reinforced band

墻面板為鋼筋混凝土面板拼裝而成，每塊面板正面為矩形，反面為槽型，正面尺寸為100 cm(長)×60 cm(高)×10.5 cm(厚)，每級擋墻設(shè)17層面板，擋墻基礎(chǔ)為0.3 m厚的素混凝土，面板預(yù)留鋼筋與筋帶的外露鋼筋焊接。為了便于沖溝排水，溝底設(shè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土拱涵一座，如圖2、圖3所示。

圖2 3級加筋土擋墻橫斷面Fig.2 Cross section of reinforced earth-retaining wall of three levels

圖3 高填方橫斷面示意圖Fig.3 Cross section of the high fill

在每級墻面板的頂部，沿線路方向，均布預(yù)埋件作為測量墻面板豎向位移的測點，并打上紅油漆，以做醒目標志，從上至下，第1級擋墻面板頂上設(shè)7個測點，第2級設(shè)7個測點，第3級設(shè)9個測點。同理，沿線路方向，在每級墻面板中部的夾縫連接處均勻布設(shè)外露鋼鉤，以作墻面板水平位移測點，第1級墻面板上布設(shè)有5個測點，第2級墻面板上布設(shè)有7個測點，第3級墻面板上布設(shè)有13個測點，在高填方的施工過程中和竣工后，均定期觀測墻面板的水平位移、豎向位移和開裂情況。對于墻面水平位移的量測，由于當時工期緊，主要考慮墻面板水平位移差異較小的地方很穩(wěn)定，沒有量測其位移值；而由于擔心出現(xiàn)危險情況，將水平位移差異較大的地方作為量測的重點部位，所以出現(xiàn)一些位移曲線不完整的情況。

表1 加筋土擋墻及附屬構(gòu)筑物變形Table 1 Measured deformation values of the reinforced earth retaining wall and auxiliary structures

注：由于竣工后很長一段時間內(nèi)對沉降進行了處理，故未對其累計最大變形進行統(tǒng)計。

高填方上路面鋪設(shè)后，沿線路的縱向布設(shè)了13個斷面，沿橫向分左、中、右，共布置了39個測點，定期測量路面的標高。路面上測點的布置及測試結(jié)果如圖4所示。

圖4 路面測點布置及沉降分布Fig.4 Settlements distribution of road surface

在路的中線與涵洞軸線相交的不同位置埋設(shè)沉降測桿，觀測涵洞頂部及填土的沉降，沉降測桿的編號分別為JS1,JS2,JS3,JS4，其布置情況見圖5，定期測量拱涵的洞內(nèi)外變形、位移以及開裂情況，并對施工期間和竣工后的量測結(jié)果進行了匯總,測量結(jié)果見圖5和表1。

圖5 墻后填土體中沉降板埋設(shè)標高Fig.5 Height of embedded settlement plates in the earth-fill behind the retaining wall

3 現(xiàn)場試驗結(jié)果分析

3.1 墻面板的位移及變形特點

3.1.1 豎向位移

加筋土擋墻面板豎向位移變化情況如圖6所示。

圖6 面板的豎向位移Fig.6 Vertical displacements of wall panels

從圖6(a)可以發(fā)現(xiàn)，第1級擋墻面板的最大豎向位移值為33 cm，發(fā)生在涵洞頂處，相鄰溝谷兩邊位移分別為23,21 cm，相差10 cm多，可見位移量較大。由于“V”形溝底部比較窄，溝谷兩側(cè)的約束使得中間部分填土體的沉降比較大。第1級擋墻面板的豎向位移雖然不均勻，但是，隨著時間的延續(xù)，墻面板豎向位移的不均勻程度大大減小。

對于第2級擋墻面板,如圖6(b)所示，由于“V”形溝谷向上比較開闊，最終填土體的沉降趨于平緩，墻面板的豎向位移相差不大，其差值在5 cm以內(nèi)。由于填土體的拖曳作用，“V”形溝谷兩側(cè)土體也向下發(fā)生位移，各點差異沉降減少，最終墻面板的豎向位移趨于平緩。

從第3級擋墻面板的豎向位移分布(圖6(c))，在1995-10-15—1995-11-20期間，第3級墻面板基本上還是整體下移，在1995-12-30—1996-07-30期間，墻面板的豎向位移呈盆狀分布，中間部分的豎向位移大，而兩邊的小，豎向位移發(fā)展很不均勻；在隨后的1996-11-05—1997-06-10期間，隨著時間的推移，各點的差異沉降在減小，最終，除了中部墻面板的豎向位移值稍大外，其余兩邊墻面板豎向位移趨于基本相同的值，從而說明加筋土擋墻適用于大變形填方工程，需要說明的是，1996-11-05—1997-06-10量測期間，由于將初值都歸0，所以所測值還是能反映第3級面板豎向位移的相對變化情況。

圖7 面板的水平向位移Fig.7 Lateral displacements of wall panels

3.1.2 水平向位移

加筋土擋墻面板水平向位移變化情況如圖7所示。從圖7(a)可以看出，1996-04-18所測得第1級墻面板水平位移基本上都在15 cm左右，隨著時間的推移，1996-05-11所測得水平位移變?yōu)?7 cm，在不到1個月的時間內(nèi)，墻面板整體向外移動了大約2 cm，在1996-05-21又有較大的位移，位移值達到23 cm，且位移分布不均勻，測點2處的墻面板凹進大約3 cm，在1996-05-30—1996-07-30期間墻面板累積位移量不大，其值穩(wěn)定在25 cm，到1997-06-10整個墻面的水平位移又有了明顯增加，位移值約35 cm，后來的觀測表明，最終穩(wěn)定在該值。

從圖7(b)可以看出，1996-05-01所測得第2級墻面板水平位移基本上都在13 cm左右，隨著時間的推移，1996-05-11所測得水平位移變?yōu)?7 cm，在不到1個月的時間內(nèi)，墻面板整體向外移動了大約4 cm，在1996-05-21—1996-07-30期間，墻面板又有較大的位移發(fā)展，且位移發(fā)展不均勻，最大水平位移值達到31 cm，但是到了1997-06-10該層面板的水平位移發(fā)展趨于均勻，各測點的水平位移差異較小，位移值穩(wěn)定在34 cm左右，右邊7 m測點處的面板有凹陷，后來該部分面板經(jīng)修復(fù)調(diào)整，恢復(fù)美觀。

從圖7(c)可以看出，1996-04-18所測得第3級墻面板水平位移發(fā)展非常不均勻，基本上在3 cm左右擺動，隨著時間的推移，1996-05-01—1996-07-30期間，該級面板的水平位移又有了較大的發(fā)展，在2個多月的時間內(nèi)，墻面板水平位移是不均勻的，測點1—4范圍的墻面板向外推移較快，測點4—8范圍墻面向外推移慢，經(jīng)過近1 a的變化，到了1997-06-10，測點4—11范圍內(nèi)的墻面板整體向外移動，位移值大約為18 cm， 測點11—13范圍的面板，由于受溝谷周圍邊界的約束，面板位移受到限制，使得位移量??；而測點1—4范圍的面板，由于墻后填土體大的豎向變形，拖曳著墻面板一起位移，所以這部分面板又凹進去不少，后來該部分面板進行局部修復(fù)調(diào)整?？偟膩碇v，整個第3級擋墻面板還是出現(xiàn)了“鼓肚子現(xiàn)象”，由于第3級擋墻沿線路方向比較長，所以這種現(xiàn)象一般不易覺察，因此整體上看還是比較美觀。

總之，從圖7可以發(fā)現(xiàn)，各級面板的水平向位移隨著時間的延長在不斷地增加，但最終趨于穩(wěn)定。由于墻面板與填土體之間沒有脫開，那么只有筋帶范圍以外的路堤填土體在自重和車輛動荷載的共同作用下，不斷地調(diào)整土顆粒的位置，使得非飽和黃土持續(xù)壓密沉降，推動加筋部分的復(fù)合體向外位移，進而產(chǎn)生了墻面板的水平向位移，且位移值較大，也使得路基頂部不得不進行二次補填壓實，以彌補頂部大的土體變形量，從而再一次證明加筋土擋墻結(jié)構(gòu)對于大變形填方工程，其優(yōu)點更為突出。

3.2 高填方下加筋土擋墻結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施變形分析

結(jié)合圖6、圖7及表1可知:施工期第1級墻面板的最大豎向位移為33.3 cm,竣工后的最大豎向位移為55.8 cm; 對應(yīng)的第2級墻面板的最大豎向位移為39.6 cm,竣工后的最大豎向位移為44.4 cm; 第3級面板的最大豎向位移為46.6 cm,竣工后的最大豎向位移為60.6 cm。 在施工期墻面板的豎向位移量約占總量的百分比分別為：第1級墻面板占59.7%，第2級墻面板占89.2%，第3級墻面板占76.9%。相應(yīng)的在施工期墻面板水平位移最大值分別為第1層面板26.8 cm，第2層面板30.3 cm, 第3層面板16.5 cm，占總位移值的百分比分別為：第1級墻面板占76.6%，第2級墻面板占81.9%，第3級墻面板占78.6%。

另外，通過調(diào)查得知，墻面板的最大開裂寬度為0.3 cm，墻面板僅有局部破損，經(jīng)過修復(fù)，已恢復(fù)美觀。

從表1還可以看出，施工期間，墻后填土體的沉降量分別為：JS1測值為19.6 cm，JS2測值為65.1 cm, JS3測值為68.1 cm,JS4測值為39.8 cm,分別占總沉降量的94.23%，94.89%，93.54%，92.34%。

圖8 涵洞底的沉降Fig.8 Settlements of the bottom of culvert

總之，通過以上數(shù)據(jù)的相對百分比可以看出，無論是墻面板還是墻后填土體，其位移或變形主要發(fā)生在施工期，且數(shù)值很大，從而再次表明加筋土擋墻在適應(yīng)大變形方面的優(yōu)勢。

從圖4可知，高填方頂部路面彎沉曲線呈鍋底狀，即在溝谷部分沉降量比較大，溝谷的兩邊沉降值小，符合高填方沉降的變化規(guī)律，本次測得的最大沉降量約為5 cm。仔細分析可知路面左幅、右幅及中線處的沉降量都非常接近，差異沉降極小，不超過2 cm，結(jié)合表1中的路面沉降量，可知路面最大累積沉降量為7.6 cm，路面最大外移量為7.6 cm。也說明在“V”形溝谷中采用高填方下的加筋土高擋墻的結(jié)構(gòu)形式能滿足路面對沉降的要求。

從圖8可以看出，施工結(jié)束后,洞底的沉降量隨著時間的延長而增加,初期沉降值在2 cm范圍內(nèi),最后一次所測的值在6 cm左右,涵洞底的沉降值沿軸線皆呈波浪狀分布。結(jié)合表1中涵洞底部沉降值，可知涵洞底最大的累積沉降量為10.8 cm，且都發(fā)生在施工期間，通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)混凝土涵洞最大的裂縫寬度為0.5 cm，隨后修補裂縫，其排水功能不受影響，從而說明高填方下的涵洞是安全的。

4 目前加筋土高擋墻使用情況

高填方下的加筋土擋墻自1996年7月竣工以來，一直運營良好, 頂面沉降量不大,墻面板的橫向位移很小，符合規(guī)范要求，而且經(jīng)過幾場雨季的考驗，實踐證明該工程是成功的，其科研成果在2002年通過了山西省科委組織的鑒定，被評為國內(nèi)領(lǐng)先水平。筆者還多次進行了該工程的回訪和現(xiàn)場考察，發(fā)現(xiàn)僅有個別面板微量外鼓，擋墻內(nèi)的填料體經(jīng)過近20 a的沉降，基本趨于穩(wěn)定，表明該擋墻是穩(wěn)定的。通過與施工、設(shè)計、科研單位人員的座談，發(fā)現(xiàn)若采用橋梁結(jié)構(gòu)，需修建120 m的大橋，工程造價約為850萬元，而采用高填方下的加筋土擋墻結(jié)構(gòu)，土方就近移挖作填，工程造價約300萬元。而且修建橋梁施工場地狹窄，施工難度大，周期長，而采用加筋土擋墻填土路基，施工方便，占地少，同時避免挖方路段余土外棄。

從使用效果看，該路段路基穩(wěn)定，后期沉降量僅為路基填土總高度的0.1%，由于加筋土擋墻所用的筋帶為鋼筋混凝串聯(lián)塊，具有很大的抗拉、抗壓強度，還具有一定的抗彎強度，不同于通常的土工合成材料[4-6]，使得形成的加筋土擋墻具有錨定板擋墻和土釘墻的某些優(yōu)點，既能約束墻內(nèi)土體的變形，又能作為整體很好地同周圍“V”形溝谷變形相協(xié)調(diào)。又由于“V”形溝谷的作用，使得填方內(nèi)應(yīng)力重分布，路面沉降變形平緩過渡，未產(chǎn)生明顯差異沉降，使用效果良好，由此可見，在山區(qū)公路建設(shè)中，采用高填方下的加筋土結(jié)構(gòu)跨越黃土沖溝，不僅技術(shù)上可行，而且經(jīng)濟合理。在我國土地資源缺乏，耕地面積日益減少的情況下，節(jié)約土地成為今后基本方針，而加筋土擋墻恰好具有占地少的優(yōu)點。綜上所述可以看出:加筋土擋墻結(jié)構(gòu)在公路鐵路、民航機場的建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景，值得推廣。

5 結(jié) 論

(1) 本文研究的3級加筋土墻墻面板的豎向位移和水平向位移、墻后填土體的沉降主要發(fā)生在施工期間，且數(shù)值較大，竣工后1～2 a的時間內(nèi)，其變形趨于穩(wěn)定，說明加筋土擋墻能夠適應(yīng)較大變形的填方工程，這是其優(yōu)勢所在。

(2) 在“V”形溝谷中采用高填方下加筋土高擋墻的結(jié)構(gòu)形式能滿足路面沉降要求，高填方下的涵洞也是安全的。

(3) 由于擋墻筋帶的特殊性，使得形成的加筋土擋墻具有錨定板擋墻和土釘墻的某些優(yōu)點，既能約束墻內(nèi)土體的變形，又能作為整體很好地同周圍“V”形溝谷變形相協(xié)調(diào)，使得填方內(nèi)土體應(yīng)力重分布，路面沉降變形平緩過渡，未產(chǎn)生明顯差異沉降，使用效果良好，節(jié)省了大量投資。這種擋墻結(jié)構(gòu)在山區(qū)公路鐵路建設(shè)中具有廣闊的應(yīng)用前景，值得推廣。

[1] 長安大學.太原東山過境高速公路加筋土高擋墻現(xiàn)場試驗研究[R].西安:長安大學,2002.

[2] 雷勝友.V形溝谷鋼筋混凝土加筋土擋墻的強度特性分析[J].重慶交通學院學報,2001, 20(1):65-68.

[3] 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.

[4] 王 賀.靜動荷載作用下高速鐵路土工格柵加筋土擋墻結(jié)構(gòu)行為研究[D].北京：北京交通大學，2016.

[5] 楊廣慶,劉華北,吳連海,等. 臺階寬度對加筋土擋墻垂直應(yīng)力的影響研究[J].巖石力學與工程學報，2016,35(1)：209-216.

[6] 張世暖，蔡曉光.地震作用下雙級加筋土擋墻的動力響應(yīng)研究[J].長江科學院院報，2017,34(1)：129-134.

(編輯：陳 敏)

Analysis of In-situ Measured Deformation of Reinforced HighEarth-retaining Wall with High Fill

LEI Sheng-you1, HUI Hui-qing2, GAO Pan3, ZHANG Lei4

(1.School of Highway, Chang’an University, Xi’an 710064, China; 2.School of Science, Chang’an University, Xi’an 710064, China; 3.Technology Center of China Railway Tunnel Group Co. Ltd., Luoyang 471009, China; 4.School of Civil Engineering, Chang’an University, Xi’an 710064, China)

In order to reveal the deformation law of a three-level reinforced earth retaining wall in a V-shapedvalley,according to in-situ test data, we analyzed the changes in wall panel displacement, settlement of backfill of the wall, settlement of road surface on high fill, and settlement of the bottom of culvert beneath the wall in construction period and after completion. Results revealed that the vertical and horizontal displacements of wall panels, and the deformations of the backfill mainly occurred during the construction period, and the values of displacements and deformations were relatively large. One or two years after the completion, the deformation tended to be stable, but the total cumulative deformation was large, which indicated that the reinforced earth retaining wall could adapt to the large deformation of filling projects, which is an advantage. Moreover, the structure of reinforced high earth retaining wall beneath high fill in V-shaped valley could meet the challenges posed by road surface settlement, and the culvert beneath high fill is safe. Besides, since the reinforcements of the wall are reinforced concretes, the reinforced earth wall has some advantages of anchoring board retaining wall and soil nailing wall, which could restrain the deformation of soil mass in the wall, and also serves as a whole to coordinate the deformation of V-shaped valley. Hence the stresses in the fill are redistributed, road surface settlement and deformation are transited smoothly with no significant settlement difference and good application effect.

wall panel; high fill; reinforced earth retaining wall; V-shaped valley; reinforced concrete reinforcement; in-situ test

2016-05-30；

2016-10-29

陜西省自然科學基金項目(2001C01)；地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室開放基金項目(GZ2005-03)；陜西省交通科技項目(06-01K)；長安大學精品課建設(shè)項目(2006)

雷勝友(1965-)，男，陜西澄城人，教授， 博士，從事加筋土強度、高速鐵路地基處理和巖石力學研究，(電話)13609243853(電子信箱)rongrong11085310@sina.com。

10.11988/ckyyb.20161021

TU443

A

1001-5485(2017)02-0084-05

2017,34(2):84-88,93