土工格柵加筋土擋墻施工工藝探究

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摘要：不同的地基土質(zhì)會(huì)對(duì)地震波產(chǎn)生不同的過濾，影響傳入加筋土體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的地震波，本文以對(duì)地震影響最大的S波為例，分析不同地質(zhì)條件下S波對(duì)加筋土結(jié)構(gòu)的影響，利用FLAC3D動(dòng)力彈塑性模型對(duì)加筋土擋墻進(jìn)行地震反應(yīng)分析，分析了不同粘聚力和內(nèi)摩擦角的地基條件對(duì)加筋土擋墻抗震性能的影響，總結(jié)出不同地質(zhì)條件對(duì)加筋土擋墻抗震性能的影響。

關(guān)鍵詞：加筋擋土墻；地質(zhì)條件；地震反應(yīng)分析

土工格柵加筋土擋墻屬于柔性結(jié)構(gòu)，在地震作用下能夠吸收地震能量，具有較好的抗震性能，影響加筋土擋土墻抗震性能的因素有很多，諸如筋材間距、擋墻尺寸、土性參數(shù)等。欒茂田等采用非線性有限元法分析了加筋土擋墻的工作性能，劉華北對(duì)擋墻設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了彈塑性有限元研究，袁捷等對(duì)地震作用下加筋土路基力學(xué)行為進(jìn)行了彈塑性分析。加筋土擋墻地基承載力要能夠保證土體在動(dòng)力作用下的穩(wěn)定性，其變形需在允許值范圍內(nèi)。在地震過程中，加筋土擋墻承受地震力與靜荷載共同影響，因土體彈塑性特征及耗能，其動(dòng)力反應(yīng)過程復(fù)雜，穩(wěn)定性與變形與靜力荷載相比，影響較大，不易掌握其反應(yīng)特征。因此，本文從波動(dòng)理論的角度探尋不同地基土質(zhì)對(duì)加筋土擋土墻抗震性能的影響，并采用有限差分法理論模擬分析加筋土擋墻的抗震性能，提出了土工格柵加筋土擋墻施工工藝。

1計(jì)算模型的建立

1.1幾何參數(shù)

及材料參數(shù)加筋土擋墻的墻高為10m，墻后填土為粘性土，加筋材料為土工格柵，筋材長(zhǎng)度為10m，面板采用混凝土面板，加筋土擋墻計(jì)算模型如圖1所示。混凝土面板、墻后填土及地基土均采用摩爾-庫(kù)侖本構(gòu)模型，材料基本參數(shù)如表1、表2所示，土工格柵單元參數(shù)如表3所示，接觸面單元參數(shù)如表4所示。

1.2計(jì)算參數(shù)

由于地震荷載屬于隨機(jī)荷載，本文選用著名的EL-Centtro實(shí)測(cè)地震波作為荷載激勵(lì)，總時(shí)程選取前20s，步長(zhǎng)為0.02s，峰值加速度調(diào)整為0.15g，加速度時(shí)程曲線如圖2所示。模型的四周選用自由場(chǎng)邊界條件，激勵(lì)施加在模型的底部水平方向，結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)的過程中，內(nèi)部摩擦需要消耗能量，從而減小結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)幅度，產(chǎn)生阻尼作用。本文采用FLAC3D開展動(dòng)力計(jì)算，采用其內(nèi)置了多種阻尼形式，實(shí)際計(jì)算中多采用局部阻尼，所以本文計(jì)算模型動(dòng)力阻尼選用其內(nèi)置的選用局部阻尼。

2計(jì)算結(jié)果分析

2.1地基土摩擦角的影響

設(shè)定三種工況，地基土摩擦角不同，其它參數(shù)一致。通過數(shù)值模擬，分析研究這三種工況的動(dòng)力響應(yīng)，研究地基土摩擦角對(duì)加筋土擋墻的抗震性能的影響。計(jì)算結(jié)果如圖3、4所示。圖3地基土內(nèi)摩擦角分別為35°（工況4）、30°（工況9）和40°（工況10）參數(shù)條件下，墻背位置的加速度放大系數(shù)。當(dāng)高度比在0.2-1.0范圍內(nèi)，內(nèi)摩擦角為40°的工況下，加速度放大系數(shù)最大；內(nèi)摩擦角為30°工況下，加速度放大系數(shù)最小。在擋墻墻背頂部，內(nèi)摩擦角為40°的工況下，加速度放大系數(shù)最大；內(nèi)摩擦角為30°工況下，加速度放大系數(shù)最小。在地基土內(nèi)摩擦角在各種工況下，從擋墻底部到頂部的加速度放大系數(shù)均逐漸增大。圖4為工況同圖3，分析擋墻頂部在地震作用下的位移響應(yīng)。從圖可知，不同內(nèi)摩擦角的工況下，擋墻頂部位移相應(yīng)規(guī)律一致，三種工況下的最大正位移、最大負(fù)位移、最終位移均相近。最大正位移為0.09m，最大負(fù)位移為0.20m。以上分析可以看出，在加筋土擋墻中，不同的地基土摩擦角，對(duì)抗震性能的影響較小。

2.2地基土內(nèi)聚力的影響定義工況

1、工況2、工況3三種工況為其它條件一致、只有地基土內(nèi)聚力不同的工況，通過計(jì)算數(shù)值模擬，分析內(nèi)聚力參數(shù)對(duì)加筋土擋墻的影響。其計(jì)算結(jié)果如圖5、6所示。圖5地基土內(nèi)聚力分別為50KPa（工況4）、10KPa（工況11）和150KPa（工況12）參數(shù)條件下，墻背位置的加速度放大系數(shù)。由圖可以看出，在墻背相同位置，內(nèi)聚力為10Kpa時(shí)，加速度放大系數(shù)最大；內(nèi)聚力為50Kpa時(shí)，加速度放大系數(shù)最小。在高度比為1，即擋墻頂部，內(nèi)聚力為10Kpa時(shí)，加速度放大系數(shù)為6.0；內(nèi)聚力為150Kpa時(shí)，加速度放大系數(shù)為3.5；內(nèi)聚力為50Kpa時(shí)，加速度放大系數(shù)為3.0。在相同的內(nèi)聚力工況下，在高度比為0-1范圍內(nèi)，即從墻角到墻頂，加速度響應(yīng)逐漸增大。從圖6工況同圖5，分析擋墻頂部在地震作用下的位移響應(yīng)。內(nèi)聚力為50Kpa和150Kpa時(shí)，位移響應(yīng)基本一致。最大負(fù)位移響應(yīng)比最大正位移響應(yīng)值更大。而內(nèi)聚力為10Kpa時(shí)，位移響應(yīng)與另外兩種工況的位移響應(yīng)差距較大，最大正位移較小，最大負(fù)位移較大。從以上分析可以看出，在加筋土擋墻中，當(dāng)?shù)鼗恋膬?nèi)聚力在較小范圍內(nèi)時(shí)，在地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)差異明顯。而內(nèi)聚力超越一定范圍時(shí)，對(duì)抗震性能的影響減小。內(nèi)聚力對(duì)抗震性能影響的臨界點(diǎn)需要根據(jù)不同的地質(zhì)參數(shù)深入分析。

3施工工藝

3.1工藝流程

土工格柵加筋土與其它方式的加固土不同，其重要特征是這種加筋土由筋帶與填土交替鋪設(shè)并緊密壓實(shí)而成的一種復(fù)合材料。其加固效果和穩(wěn)定性，是通過土工格柵與填土之間的摩阻形成。因此，對(duì)填料的壓實(shí)要求較高，并且筋帶的材料質(zhì)量也是加筋效果的關(guān)鍵。施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→基底處理→土工格柵鋪設(shè)→填土→壓實(shí)→翻卷格柵→下層格柵鋪筑→填土。

3.2施工控制要點(diǎn)

3.2.1基底處理。當(dāng)基底土為碎石土、砂性土、黏土?xí)r，應(yīng)整平壓實(shí)，基底承載力達(dá)到設(shè)計(jì)要求，否則應(yīng)進(jìn)行換填或其它處理措施以滿足設(shè)計(jì)要求。3.2.2土工格柵鋪設(shè)。土工格柵鋪設(shè)應(yīng)連續(xù)、平整，不出現(xiàn)扭曲、折皺、重疊。搭接強(qiáng)度不低于材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，且搭接長(zhǎng)度不少于10cm。3.2.3填料與壓實(shí)。土工格柵攤鋪后應(yīng)及時(shí)填料壓實(shí)，間隔不超過48h，填料的壓實(shí)工藝應(yīng)嚴(yán)格按照作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)完成。

4結(jié)論

通過建立加筋土擋墻有限元模型，采用FLAC3D對(duì)加筋土擋墻進(jìn)行動(dòng)力反應(yīng)分計(jì)算，分析了不同地基土質(zhì)參數(shù)對(duì)加筋土擋墻抗震性能的影響，得出以下結(jié)論。

4.1地基土內(nèi)摩擦角越大，加筋土擋墻面板后加速度放大系數(shù)越大。

4.2不同地基土內(nèi)摩擦角下?lián)跬翂敳康奈灰品磻?yīng)差距略小，說明地基土摩擦角的變化對(duì)加筋土的抗震影響較小。

4.3當(dāng)?shù)鼗钔恋膬?nèi)聚力較小時(shí)，加筋土擋墻的加速度反應(yīng)越大。

4.4土工格柵加筋土擋墻的施工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求完成，并做好基底處理。其中土工格柵的攤鋪質(zhì)量是加筋效果的關(guān)鍵，鋪設(shè)應(yīng)連續(xù)、平整，并做好搭接。

作者:熊凱 單位:中建三局基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資有限公司