加筋土挡土墙设计与施工结构设计.doc

加筋土挡土墙设计与施工结构设计1研究动态与发展趋势1.1 研究动态土工加筋技术是一种在土工结构物中或者原位土体中埋设抗拉性能较好的材料而使系统力学特性能得到改善的土体加固方法20世纪60年代,亨利〔Henri Vidal提出了加筋土概念,1965年,法国修建了世界上第一座加筋土挡墙[1]此后,该技术引起了世界的广泛关注前西德《地下建设》杂志〔1979年曾誉之为"继钢筋混凝土之后又一造福人类的复合材料"[2]；70年代,国际上先后召开了加筋土技术的国际研讨会,并成立了"加筋土工程协会"等国际间的合作研究机构；80年代,许多国家在拓展填料、筋材的应用围方面做了大量工作西马克〔Simac[3]等人开展的土工合成材料取得了重要成果20世纪90年代至今,加筋土的研究工作则主要集中在如下几个方面： 〔1完善设计计算理论,并研究与其他加固技术的配合应用问题； 〔2将加筋土看作匀质"复合材料",采用有限元法和弹塑性理论进行分析研究； 〔3研究加筋带的寿命； 〔4加筋土体变形的因素和计算方法； 〔5外载荷在加筋体的扩散及其对加筋土体部稳定的影响和加筋地基承载力计算等。

在加筋土的设计方法上,仍以极限平衡法最为普遍,其次是有限元法席德〔Seed[4]提出了位移法后来,在加筋土设计方面,有些国家的设计人员开始采用极限状态法,但目前尚未被普遍使用 在试验研究方面,根据试验方法和条件的不同,可分为几个方面：性能试验、三轴试验、模型试验、原位试验性能试验主要是得到筋材或者筋-土作用时的各种物理、力学指标,以便为数值分析和计算确定参数戴尔[5]试验发现土和筋材间的摩擦角小于土本身的摩擦角代禄发现加筋与土之间的剪切阻力比原压实土的剪切阻力有所降低,却增加了土整体强度[6]吴景海通过格栅的拉拔试验得作用于横肋的被动土压力起主要作用[7]林宇亮、果林研究了柔性网面土工格栅加筋土挡墙的工程特性,试验测试墙背侧向土压力、垂直土压力、筋带变形以及面墙变形情况[8]在三轴试验中,通过施加围压和轴压来模拟土中一点的应力状态和所经历的路径孟喜设计了单层立体加筋砂土的试验方案,试验结果表明立体加筋砂土的强度随竖向筋的高度增加而增大[9]王琛,雷运波等采用大型三轴剪切仪研究了CAT钢塑复合带加筋红土和对应素土的应力-应变关系 [10]模型试验包括室静态模型试验和离心模型试验。

静态模型试验是,用室静态模型来间接模拟原型的试验,离心模型试验要求模型具有与原型相似的边界条件和受力状态[11]在包裹式挡墙的离心模型试验中,卡耐密[12]认为若墙顶无超载,则墙面土压力沿着墙高近似线形分布,Wong K S[13]认为是抛物线分布果林通过模拟加筋土挡墙的铁路路基在动力荷载作用下的模型试验得出了加筋土挡墙路基的动态响应特性[14]；对基覆边坡的不同支挡结构在地震荷载下的动力特性进行数值模拟和振动台模型试验,研究了基覆边坡在压缩汶川波XZ双向激励下支挡结构基覆边坡加速度响应规律[15]原位试验又称为现场试验,能够反映加筋工程的实际情况克雷斯托普在现场试验中,发现面板上的侧压力与筋材、面板间连接情况有关 [16]果林针对支挡结构后膨胀力的实际情况,设计了一种侧向膨胀力的测试方法,发现：侧向膨胀力约为竖向膨胀力的25%[17]邓、邵生俊等利用现场试验研究了膨胀土加筋挡土墙稳定性的影响因素[18]我国的加筋土技术起步较晚但发展迅猛,全国先后共举行了5次加筋土技术经验交流会<,1982年;,1986年;,1990年;,1994年;,1998年>。

铁道部先后在南昆线、京九线结合工程建设,开展了土工合成材料加筋挡土墙的研究,公路工程中修建了高达51m的加筋土挡土墙工程1.2 发展趋势 加筋土挡土墙的工作机理十分复杂,目前人们对加筋挡土墙的研究仍然很不成熟,许多问题值得进一步深入的研究和分析：〔1随着加筋材料和填料发展多样化,需要进一步研究筋材和填料之间的摩擦特性,进行多种交叉试验,为今后填料和拉筋的适配性选择提供指导和参考依据〔2预拉加筋土在国和国外研究的比较少果林[19]、杜运兴[20]、立伟[21]等对预应力加筋土进行了探讨,但是预应力加筋土的理论和研究方法还比较少,需要进一步的研究和发展〔3地基土参数对加筋挡土墙工作性状的作用具有重要的意义,因此需要更深入的研究筋-土-地基之间的相互影响和作用,建立之间的互动关系 〔4加筋土挡土墙变形分析、计算和控制是今后加筋挡土墙设计和计算理论研究的一个重要课题2特点及适用条件2.1加筋土挡土墙类型 加筋土技术在公路、铁路、建筑、水利、煤矿等都得到应用,尤其是公路部门应用最广泛常见的加筋土挡上墙形式有下列几种： 〔1单面式加筋土挡土墙； 〔2双面式加筋土挡土墙,其中又分为分离式、交错式以及对拉式加筋土挡土墙；〔3台阶式加筋土挡土墙。

a单面式挡土墙 b台阶式挡土墙 c双面式挡土墙图1 加筋土挡土墙类型图2 加筋土挡土墙结构示意图2.2加筋土挡土墙的结构组成〔1墙面板：墙面板的主要作用就是防止拉筋间填土从侧向挤出,并能确保拉筋、墙面板和填料之间构成一个具有一定形状的整体面板一般采用钢筋混凝土或者混凝土,预留泄水孔,为适应顶部和角隅处的构造要求,需设计角隅面板〔图3和异型面板〔图4〔a凸部时用 〔b凹部时用图3 角隅面板图4异型面板 图5 面板基础要求〔2面板下基础：基础采用混凝土灌注或用浆砌片石砌筑,顶面可作一凹槽,以利于安装底面面板对于土质地基基础埋深不小于0.5 m,还应考虑冻结深度、冲刷深度等土质斜坡地区,基础不能外露,其它要求如图5〔3拉筋：拉筋应当具有较高的抗拉强度,有较强韧性,变形小,并且具有较好的柔性〔4填料：填料必须便于填注和压实,并且应当与拉筋之间有可靠的摩擦阻力,不能对拉筋有腐蚀性〔5帽石与栏杆：帽石设置在加筋土挡土墙顶面,一般为混凝土或钢筋混凝土结构帽石应高出墙面3- 5 cm栏杆高为1.0-1. 5 m,栏杆应埋在帽石中,以确保栏杆的坚固和稳定。

2.3加筋土挡土墙的特点加筋土挡土墙能得到迅速发展和广泛应用是由于它具有以下特点：〔1组成加筋土的墙面板和拉筋可以预先制作,在现场用机械或人工分层填筑〔2加筋土是柔性结构物,能够适应地基轻微的变形,地基的处理也比较简单〔3加筋土挡土墙具有一定的柔性,抗振动性强,因此,它也是一种很好的抗振结构物〔4加筋土挡土墙节约占地,造型美观〔5加筋土挡土墙造价比较低,加筋土挡土墙造价的节省随墙高的增加而愈加显著,因此它具有良好的经济效益2.4加筋土挡土墙的适用条件加筋土挡墙是柔性结构,可承受地基较大的变形,对于地基承载力的要求相对较低,可承受荷载的冲击、振动作用用于一般地区的路肩式和路堤式挡土墙、缺乏石料及大型填方工程、占地受限的高大支挡结构物中,但不应修建在滑坡、水流冲刷和崩塌等不良地质地段,在挖方路段或地形陡峭的山坡,由于不利于布置筋带,一般也不使用3结构设计及力学计算方法3.1加筋土挡土墙破坏形式通过大量的模型试验和工程实践表明,加筋土挡土墙通常有如下三种破坏形式：〔1拉筋断裂造成挡土墙破坏 ,包括：拉筋强度不足、拉筋与面板连接能力不足、超载、拉筋腐蚀〔2拉筋与土间结合力不足造成挡土墙破坏〔3因外部不稳定造成挡土墙破坏,包括：地基承载力低、沿基底抗滑稳定性不足 、抗倾覆能力不够 。

〔a拉筋拔出破坏 〔b拉筋断裂 〔c面板与拉筋接头破坏 〔d面板断裂 〔e贯穿回填土破坏 〔f沿拉筋表面破坏图6 加筋土挡土墙部产生的破坏形式（a） 土坡整体失稳 〔b滑动破坏〔c倾覆破坏 〔d承载力破坏图7 加筋土挡土墙外部产生的破坏形式3.2加筋土挡土墙设计步骤加筋土挡上墙的设计步骤一般如下：〔1首先根据挡土墙的用途、所处位置,拟定加筋土挡土墙的平面、纵断面及横断面形式〔图8,筋体长度一般取0.8 H〔H为挡上墙高度〔2确定地基及填料的各项参数,以及作用于墙上的各项荷载〔3进行部稳定性计算,包括拉筋强度检算、抗拔稳定检算、面板结构设计等〔4外部稳定计算,包括加筋体抗〔水平滑动稳定、抗倾覆稳定、基底合力偏心距、地基承载力检算〔a矩形 〔b到梯形〔c正梯形 〔d锯齿形图8 加筋体典型横断面3.3加筋土挡土墙设计及计算加筋土挡土墙结构计算主要分为两大部分,一是部稳定性分析,二是外部稳定性分析。

部稳定性分析包括拉筋强度检算、抗拔稳定检算、面板结构设计等外部稳定性分析计算是要解决筋土形成的复合体墙的抗<水平>滑动稳定、抗倾覆稳定、基底合力偏心距、地基承载力检算规[22]规定稳定性分析时,拉筋锚固区和非锚固区的分界可采用0.3H 分界线,路肩墙加筋体上填土厚度应计入墙高部稳定性计算时应将路堤墙加筋体上填土换算成等代均布填土荷载〔图9,荷载土柱高 应按下式计算： 〔1式〔1中：一填土换算荷载土柱高〔> ,时取；一边坡坡率；一墙高〔> ；一墙顶以上堤坡脚至加筋面板的水平距离〔>；当进行外部稳定检算时,加筋挡土墙墙顶以上填土荷载应按填土几何尺寸计算图9 拉筋锚固区与非锚固区分界线〔1土压力计算水平土压应力应按下式计算： 〔2当时,；当时,；, 〔3式〔2、〔3中：图10 土压力计算系数墙顶面荷载产生的水平土压应力按弹性理论条形荷载考虑： 〔4式〔4中：图11 墙顶面荷载计算图示作用于墙面板的水平土压应力为填料和荷载产生的水平土压应力之和,应按下式计算： 〔5当考虑地震作用时, 〔6 〔7式〔5、〔6、〔7中：拉筋所在位置的垂直压力为填料自重压力与荷载产生的压力之和,应按下式计算： 〔8, 〔9式〔8、〔9中：一第层面板所对应拉筋上的垂直压应力〔；一计算点、至荷载中线的距离〔>。

〔2部稳定计算① 拉筋拉力计算 〔10式〔10中：拉筋拉力不应大于拉筋的容许抗拉强度,当采用土工合成材料时 ；当采用钢筋混凝土板条时式中：一加筋材料极限抗拉强度<> ；一拉筋考虑铺设时机械损伤等因素时的影响系数,应按实际经验确定,无经验时可采用2.5-5.0；当施工条件差、材料蠕变性大时,取大值；一拉筋容许拉应力<> ；—扣除预留锈蚀量后拉筋截面面积< > ② 拉筋抗拔力应根据拉筋上、下两面所产生的摩擦力按下式计算： 〔11式〔11中：③ 拉筋抗拔稳定性应包括有荷载和无荷载两种情况,并按规定,分别检算全墙抗拔稳定和单板抗拔稳定全墙抗拔稳定系数不应小于2.0 ,可按下式计算： 〔12式〔12中：④ 拉筋长度的设计按下列原则并满足挡土墙部稳定的要求统一、协调考虑采用 a、墙高小于3m时,采用等长拉筋,拉筋长度≥3.0m； b、墙高大于3m时,拉筋最小长度≥ 0.8H,且≥5.0m； c、墙高大于3m时,可以考虑变换拉筋长度,但采用不等长拉筋时,同等长度拉筋的墙段高度≥3.0； 。