宋凡，李明飛，霍欣雨，張雪梅，李歡，武帥斌

（沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110870）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)化與城市化進(jìn)程加快，人口不斷涌入城市，使城市廢物和生活垃圾產(chǎn)生量急劇增多。垃圾填埋場(chǎng)以其經(jīng)濟(jì)、方便的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為各個(gè)國(guó)家處理城市生活垃圾的有效手段之一。在城市生活垃圾填埋場(chǎng)中，垃圾一般采用分層分塊填埋方式，逐漸堆積到設(shè)計(jì)高度。垃圾填埋體由于其高壓縮性和沉降變形，以及填埋作業(yè)機(jī)械的碾壓，將對(duì)鋪設(shè)在填埋場(chǎng)邊坡上的襯墊層起到拖拽作用，在襯墊層中形成拉力。為了保證防滲系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性，需要在邊坡的頂端或分段邊坡的平臺(tái)處設(shè)置錨固區(qū)對(duì)襯墊層進(jìn)行錨固：一般采用錨固槽（錨固溝）形式，某些條件下也可采用脹栓錨固或預(yù)埋鎖錨固。襯墊層錨固結(jié)構(gòu)是襯墊系統(tǒng)的重要組成部分，應(yīng)提供足夠的錨固能力，以防止襯墊層材料的拔出破壞[1-2]。

孫洪軍等[3]通過(guò)對(duì)土工膜錨固形式進(jìn)行分析，建立了不同錨固形式下土工膜拉伸力學(xué)模型，并推導(dǎo)了相應(yīng)的計(jì)算公式，但對(duì)于溝槽錨固結(jié)構(gòu)，未考慮溝槽側(cè)壁摩擦力提供的錨固作用。張文華等[4-5]對(duì)使用螺栓錨固土工膜的固定端做了研究，說(shuō)明螺栓錨固等穿透式錨固方式只能用于襯墊層最頂端，如果使用位置在填埋垃圾下方，將給滲濾液提供下滲通道，因此在填埋場(chǎng)工程中應(yīng)用有限。傳統(tǒng)溝槽錨固體系在施工過(guò)程中需對(duì)溝槽側(cè)壁及底面進(jìn)行加固處理，工程量較大，襯墊層上混凝土澆筑、養(yǎng)生工期較長(zhǎng)，且混凝土錨固體下襯墊層如發(fā)生破壞，維修加固困難。因此，本文設(shè)計(jì)了一種襯墊層榫卯式錨固結(jié)構(gòu)，能夠解決或改進(jìn)傳統(tǒng)溝槽錨固體系的問題；同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)的新型錨固結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模型試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)其錨固性能，確保在使用過(guò)程中具有足夠的安全性和穩(wěn)定性。

1 垃圾填埋場(chǎng)襯墊層榫卯式錨固結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)的垃圾填埋場(chǎng)襯墊層榫卯式[6]錨固結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要構(gòu)件包括基錨固塊、輔錨固塊、栓桿、限位樁等，均由鋼筋混凝土材料預(yù)制而成。限位樁通過(guò)預(yù)留限位樁孔插入至垃圾填埋場(chǎng)邊坡坡頂或中間平臺(tái)下部地基中?；^固塊和輔錨固塊均設(shè)有榫頭、卯槽和半圓形凹槽，榫頭、卯槽和半圓形凹槽的半徑考慮襯墊層厚度并與之相匹配。由土工膜和設(shè)置在土工膜兩側(cè)的土工布構(gòu)成的垃圾填埋場(chǎng)襯墊層從基錨固塊和輔錨固塊間穿過(guò)，通過(guò)栓桿將基錨固塊和輔錨固塊固定，使兩者通過(guò)擠壓作用夾緊襯墊層。最終，襯墊層通過(guò)基錨固塊和輔錨固塊的自重以及限位樁的限位作用被固定在填埋場(chǎng)邊坡地基上，限位樁預(yù)制長(zhǎng)度考慮實(shí)際工程地基土質(zhì)條件，根據(jù)單樁水平承載力計(jì)算確定。設(shè)計(jì)的填埋場(chǎng)襯墊層榫卯式錨固結(jié)構(gòu)可采用工廠化預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)裝配式施工。部件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化制作可替代傳統(tǒng)混凝土灌注固定方法，提高工作效率、縮短工期，從而解決工期長(zhǎng)、維修加固困難等問題，在固定襯墊層的同時(shí)，可保持襯墊層的完整性，避免引起滲漏。

圖1 垃圾填埋場(chǎng)襯墊層榫卯式錨固結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 基錨固塊、輔錨固塊以及栓桿實(shí)物模型

2 模型制作

為評(píng)價(jià)新型錨固結(jié)構(gòu)的錨固性能，驗(yàn)證其安全性和穩(wěn)定性，制作了基錨固塊、輔錨固塊以及栓桿實(shí)物模型并進(jìn)行了加載試驗(yàn)?；^固塊、輔錨固塊以及栓桿三個(gè)構(gòu)件因?yàn)樵谕庑紊暇哂心軌蚱鹾系奶攸c(diǎn)，因此在同一模板箱內(nèi)一次澆筑完成。這也說(shuō)明該裝置的設(shè)計(jì)具有便于制作的優(yōu)點(diǎn)。模型實(shí)物如圖2所示，拼裝后尺寸為長(zhǎng)1500mm、 寬 200mm、高300mm。

試驗(yàn)使用HDPE土工膜和無(wú)紡?fù)凉げ甲鳛橐r墊層的土工合成材料。作為襯墊層防滲材料和主要受力層的HDPE土工膜厚1.5mm，雙面加糙，彈性模量（1%應(yīng)變）為290MPa，抗拉強(qiáng)度為25MPa；無(wú)紡?fù)凉げ贾饕鸨Ｗo(hù)土工膜的作用，規(guī)格為400g/m2。襯墊層試樣（圖3）包括一幅土工膜、兩幅土工布，長(zhǎng)度均為200cm。為保證襯墊層在加載過(guò)程中受力均勻，避免應(yīng)力集中，同時(shí)考慮試驗(yàn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的偏移，寬度定為60cm。

圖3 垃圾填埋場(chǎng)襯墊層材料試樣

3 榫卯式錨固結(jié)構(gòu)加載試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)假定基錨固塊被牢固固定在填埋場(chǎng)地基上，研究錨固結(jié)構(gòu)對(duì)襯墊層的錨固能力。模型加載試驗(yàn)在電液伺服壓力機(jī)移動(dòng)平臺(tái)上進(jìn)行，如圖4、圖5所示。將錨固塊與襯墊層組合后（圖6），用壓力機(jī)將基錨固塊加壓用以固定，通過(guò)定制裝置將拉力機(jī)水平固定于壓力機(jī)移動(dòng)平臺(tái)，位置在輔錨固塊一側(cè)，拉力機(jī)拉桿與錨固塊底部伸出的襯墊層保持在同一高度，防止受力方向不一致，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。拉力機(jī)收縮量即為襯墊層受拉端的位移量。通過(guò)拉力機(jī)施加的拉力相當(dāng)于垃圾填埋場(chǎng)邊坡上襯墊層收到的拉伸荷載，襯墊層端部夾具與拉桿端部通過(guò)荷載傳感器連接，荷載傳感器用于測(cè)量施加的拉力大小。

圖4 試驗(yàn)裝置正視圖

圖5 試驗(yàn)裝置側(cè)視圖

圖6 安裝組合后的榫卯式錨固結(jié)構(gòu)

3.2 試驗(yàn)加載過(guò)程

錨固塊對(duì)襯墊層的壓力及摩擦力是決定錨固作用能否達(dá)到的關(guān)鍵，所以，試驗(yàn)過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注襯墊層承受的拉力和被拉出的程度。試驗(yàn)步驟如下：

（1）調(diào)整拉力機(jī)拉桿伸出距離，以拉緊襯墊層，采集系統(tǒng)位移試驗(yàn)力清零，在襯墊層試樣上標(biāo)記控制點(diǎn)，作為襯墊層拔出長(zhǎng)度的測(cè)點(diǎn)；

（2）開啟電動(dòng)伺服缸開始加載，以5mm/min的速度拖拽襯墊層施加拉力，采集系統(tǒng)自動(dòng)記錄拉力與拖拽距離數(shù)據(jù)；

（3）試驗(yàn)過(guò)程中，觀察錨固結(jié)構(gòu)位置變化情況，記錄主要標(biāo)志點(diǎn)變位值；

（4）考慮到加載設(shè)備安全，當(dāng)拉力達(dá)到峰值或5kN時(shí)停止加載，測(cè)量襯墊層從錨固結(jié)構(gòu)內(nèi)的拔出量。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)過(guò)程中，襯墊層受拉端拉力與位移的關(guān)系如圖7所示，整個(gè)變化過(guò)程可以分為三個(gè)階段：

圖7 土工膜受拉端拉力與位移關(guān)系圖

（1）襯墊層拉緊調(diào)整階段（0～400N）

此階段土工膜由松弛逐漸拉緊，使土工膜和土工布組成的襯墊層與錨固裝置間貼合更加緊密，并使得擠壓在基錨固塊、輔錨固塊與栓桿間的襯墊層應(yīng)力得到調(diào)整，表現(xiàn)為受力曲線上的拉力突變。

（2）錨固結(jié)構(gòu)平穩(wěn)受力階段（400～1300N）

此階段襯墊層與基錨固塊、輔錨固塊與栓桿間緊密咬合，相對(duì)滑移量逐漸減小，受拉端位移增加量逐漸變?yōu)橐r墊層本身的伸長(zhǎng)量。

（3）錨固力出現(xiàn)震蕩階段（1300N以上）

此階段襯墊層與基錨固塊、輔錨固塊與栓桿間出現(xiàn)微小滑移，基錨固塊下部混凝土出現(xiàn)裂縫，基錨固塊與輔錨固塊間距離局部增大，錨固力出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象并最終達(dá)到峰值。

考慮錨固結(jié)構(gòu)模型厚度，試驗(yàn)中錨固結(jié)構(gòu)平穩(wěn)受力階段所能達(dá)到的錨固力（約6.5 kN/m）已超過(guò)一般工程所需的大小（0.8～3.0kN/m），此時(shí)土工膜應(yīng)力為4.3MPa，遠(yuǎn)小于其抗拉強(qiáng)度，說(shuō)明項(xiàng)目設(shè)計(jì)的榫卯式錨固結(jié)構(gòu)具有足夠的錨固能力，能夠滿足工程需要，設(shè)計(jì)所考慮的固定機(jī)理充分發(fā)揮了作用。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的垃圾填埋場(chǎng)襯墊層榫卯式錨固結(jié)構(gòu)，可采用預(yù)制裝配式施工，部件可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化制作，能提高工作效率、縮短工期，有效改善了傳統(tǒng)溝槽錨固體系工程量大、工期長(zhǎng)、維修加固困難等問題。另外，在固定襯墊層的同時(shí)，可保持襯墊層的完整性，避免引起滲漏。加載試驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的榫卯式錨固結(jié)構(gòu)具有足夠的錨固能力，能夠滿足工程需要，設(shè)計(jì)所考慮的固定機(jī)理充分發(fā)揮了作用。