土工格柵加筋土擋墻施工工藝探究
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摘要：不同的地基土質會對地震波產生不同的過濾，影響傳入加筋土體結構內部的地震波，本文以對地震影響最大的S波為例，分析不同地質條件下S波對加筋土結構的影響，利用FLAC3D動力彈塑性模型對加筋土擋墻進行地震反應分析，分析了不同粘聚力和內摩擦角的地基條件對加筋土擋墻抗震性能的影響，總結出不同地質條件對加筋土擋墻抗震性能的影響。
關鍵詞：加筋擋土墻；地質條件；地震反應分析
土工格柵加筋土擋墻屬于柔性結構，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，劉華北對擋墻設計參數進行了彈塑性有限元研究，袁捷等對地震作用下加筋土路基力學行為進行了彈塑性分析。加筋土擋墻地基承載力要能夠保證土體在動力作用下的穩定性，其變形需在允許值范圍內。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，其動力反應過程復雜，穩定性與變形與靜力荷載相比，影響較大，不易掌握其反應特征。因此，本文從波動理論的角度探尋不同地基土質對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計算模型的建立
1.1幾何參數
及材料參數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，筋材長度為10m，面板采用混凝土面板，加筋土擋墻計算模型如圖1所示。混凝土面板、墻后填土及地基土均采用摩爾-庫侖本構模型，材料基本參數如表1、表2所示，土工格柵單元參數如表3所示，接觸面單元參數如表4所示。
1.2計算參數
由于地震荷載屬于隨機荷載，本文選用著名的EL-Centtro實測地震波作為荷載激勵，總時程選取前20s，步長為0.02s，峰值加速度調整為0.15g，加速度時程曲線如圖2所示。模型的四周選用自由場邊界條件，激勵施加在模型的底部水平方向，結構在運動的過程中，內部摩擦需要消耗能量，從而減小結構的運動幅度，產生阻尼作用。本文采用FLAC3D開展動力計算，采用其內置了多種阻尼形式，實際計算中多采用局部阻尼，所以本文計算模型動力阻尼選用其內置的選用局部阻尼。
2計算結果分析
2.1地基土摩擦角的影響
設定三種工況，地基土摩擦角不同，其它參數一致。通過數值模擬，分析研究這三種工況的動力響應，研究地基土摩擦角對加筋土擋墻的抗震性能的影響。計算結果如圖3、4所示。圖3地基土內摩擦角分別為35°（工況4）、30°（工況9）和40°（工況10）參數條件下，墻背位置的加速度放大系數。當高度比在0.2-1.0范圍內，內摩擦角為40°的工況下，加速度放大系數最大；內摩擦角為30°工況下，加速度放大系數最小。在擋墻墻背頂部，內摩擦角為40°的工況下，加速度放大系數最大；內摩擦角為30°工況下，加速度放大系數最小。在地基土內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。從圖可知，不同內摩擦角的工況下，擋墻頂部位移相應規律一致，三種工況下的最大正位移、最大負位移、最終位移均相近。最大正位移為0.09m，最大負位移為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，對抗震性能的影響較小。
2.2地基土內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、只有地基土內聚力不同的工況，通過計算數值模擬，分析內聚力參數對加筋土擋墻的影響。其計算結果如圖5、6所示。圖5地基土內聚力分別為50KPa（工況4）、10KPa（工況11）和150KPa（工況12）參數條件下，墻背位置的加速度放大系數。由圖可以看出，在墻背相同位置，內聚力為10Kpa時，加速度放大系數最大；內聚力為50Kpa時，加速度放大系數最小。在高度比為1，即擋墻頂部，內聚力為10Kpa時，加速度放大系數為6.0；內聚力為150Kpa時，加速度放大系數為3.5；內聚力為50Kpa時，加速度放大系數為3.0。在相同的內聚力工況下，在高度比為0-1范圍內，即從墻角到墻頂，加速度響應逐漸增大。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。內聚力為50Kpa和150Kpa時，位移響應基本一致。最大負位移響應比最大正位移響應值更大。而內聚力為10Kpa時，位移響應與另外兩種工況的位移響應差距較大，最大正位移較小，最大負位移較大。從以上分析可以看出，在加筋土擋墻中，當地基土的內聚力在較小范圍內時，在地震作用下的動力響應差異明顯。而內聚力超越一定范圍時，對抗震性能的影響減小。內聚力對抗震性能影響的臨界點需要根據不同的地質參數深入分析。
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并緊密壓實而成的一種復合材料。其加固效果和穩定性，是通過土工格柵與填土之間的摩阻形成。因此，對填料的壓實要求較高，并且筋帶的材料質量也是加筋效果的關鍵。施工工藝流程為：施工準備→基底處理→土工格柵鋪設→填土→壓實→翻卷格柵→下層格柵鋪筑→填土。
3.2施工控制要點
3.2.1基底處理。當基底土為碎石土、砂性土、黏土時，應整平壓實，基底承載力達到設計要求，否則應進行換填或其它處理措施以滿足設計要求。3.2.2土工格柵鋪設。土工格柵鋪設應連續、平整，不出現扭曲、折皺、重疊。搭接強度不低于材料的設計強度，且搭接長度不少于10cm。3.2.3填料與壓實。土工格柵攤鋪后應及時填料壓實，間隔不超過48h，填料的壓實工藝應嚴格按照作業標準完成。
4結論
通過建立加筋土擋墻有限元模型，采用FLAC3D對加筋土擋墻進行動力反應分計算，分析了不同地基土質參數對加筋土擋墻抗震性能的影響，得出以下結論。
4.1地基土內摩擦角越大，加筋土擋墻面板后加速度放大系數越大。
4.2不同地基土內摩擦角下擋土墻頂部的位移反應差距略小，說明地基土摩擦角的變化對加筋土的抗震影響較小。
4.3當地基填土的內聚力較小時，加筋土擋墻的加速度反應越大。
4.4土工格柵加筋土擋墻的施工嚴格按照設計要求完成，并做好基底處理。其中土工格柵的攤鋪質量是加筋效果的關鍵，鋪設應連續、平整，并做好搭接。
作者:熊凱 單位:中建三局基礎設施建設投資有限公司
