加筋土挡土墙设计

加筋土挡土墙

一、加筋土的特点与基本原理

加筋土挡土墙自20世纪60年代初问世以来，以其显著的技术经济效益，被广泛地应用于土木工程中，同时加筋土技术本身也逐渐地完善成熟。加筋土挡土墙的基本构造如图2-5-2

所示。

加筋土工程有以下特点：

1．可以做成很高的垂直填土，从而减少占地面积，这对不利于开挖的地区、城市道路以及土地珍贵地区而言，有着很大的经济效益。

2．面板、筋带可以在工厂中定形制造、加工，在现场可以用机械分层施工。这种装配式施工方法简便快速，并且节省劳动力和缩短工期。

3．加筋土是柔性结构物，能够适应地基较大的变形，因而可用于较软的地基上。同时，由于加筋土结构所特有的柔性能够很好地吸收地震的能量，故其抗震性好。

4．造价低廉，据国内部分工程资料统计，加筋土挡土墙的造价一般为钢筋混凝土挡墙的50％，重力式挡土墙的60％~80％。

加筋土的基本原理是借助于拉筋与填土间的摩擦力来提高填土的抗剪强度，从而保证土

体平衡。

加筋土体工作时，土和拉筋一起承受外部和内部的荷载，由于土与拉筋之间的摩擦作用，

将士中的应力传递给拉筋，而拉筋所产生的拉应力抵抗了土体的水平位移，就好像在土体中增加了一个内聚力，从而改进了土体的力学特性。因此，土与拉筋间的摩擦作用是加筋土体能否稳定的一个重要因素。

土体与拉筋间的摩擦作用是很复杂的，不仅取决于土壤成分、颗粒粒径级配、拉筋种类及其断面形状相尺寸，而且与环境状况、结构类型、荷载方式等有关。取拉筋小的一个微段dL分析，如图2-5-18所示，设此微段的拉力变化为dT，拉筋宽度为b，作用于拉筋表面土的单位

的摩擦作用，拉筋必须有足够的长度；为了承受拉力Ti，拉筋又必须有足够的强度。

二、加筋土的材料与构造

(一)加筋土填料

填料是加筋土工程的主体材料，对填料的一般要求如下：

易压实；能与拉筋产生足够的摩擦力；满足化学和电化学标准；水稳定性好(浸水工程)。

有一定级配的砾类土、砂类土，与拉筋之间的摩擦力大，是透水性能好，应优先选用；碎石土、结土、中低液限粘质土和稳定土也可采用；腐质土、冻结土等影响拉筋和面板使用寿命的应禁止采用。

填料的设计参数包括容重r、计算内摩擦角Ψ和摩擦系数f等，应由试验或当地经验数据确定。当无上述条件时，可参照交通部部颁标准(JTJ 015—91)《公路加筋土工程设计规范》中相关表选用。

(二)筋带

拉筋的主要作用是与填料产生摩擦力，并承受结构内部的拉力。因此，拉筋必须具有以下特性；具有较高的强度，受力后变形小；较好的柔性与韧性：表面粗糙，能与填料产生足够的摩擦力；抗腐蚀性和耐久性好；加工、接长和与面板的连接简单。

筋带可以分为钢带、钢筋混凝土带和聚丙烯土工带三种。高速公路和一级公路上的加筋

土工程应采用钢带或钢筋混凝土带。

1．扁钢带

扁钢带一般用软钢(3号钢)轧制而成，按其外形又可分为光面带和有肋带两种，断面为扁矩形，宽度不应小于30mm，厚度不应小于3mm。钢带埋在土中容易锈蚀，出此，钢带表面一般应镀锌或采取其他措施进行防锈处理。

2．钢筋混凝土带

钢筋混凝土带的平面为长条形或楔形，断面为扁矩形，宽10~25cm，厚6~10cm。为了施

工方便，钢筋混凝土带应分节顶制，分节长度一般宜小于300cm。为防止混凝土断裂可在混凝土内布设钢丝网。顶制件所用混凝土的强度等级不宜低于C18(即轴心受压应力、主拉应力和弯曲拉应力分别不小于7.0MPa、0.45MPa和0.70MPa)，钢筋直径不得小于8mm。预制件的接长或与面板连接，可采用焊接或螺栓结合，结点处应做防锈处理。

筋带设计拉力由钢筋承担，钢筋截面应考虑锈蚀影响。

3．聚丙烯土工带

聚丙烯土工带的宽度应大于18mm，厚度应大于0.8mm。为提高土工带与填土之间的摩擦力，其表面应压有粗糙花纹。

填料中有尖锐棱角的粗粒料会刺穿或割断土工带，因此，在含有尖锐棱角的粗粒料中不得使用聚丙烯土工带作为拉筋。

(三)面板

面板的主要作用是防止端部土体从拉筋间挤出。

1．一般规定

(1)面板设计应满足坚固、美观、运输方便和易于安装等要求。

(2)面板一般采用混凝土顶制件，其强度等级不应低于C18，厚度不应小于8cm。

(3)面板上的筋带结点，可采用预埋钢拉环、钢板锚头或顶留穿筋孔等形式。钢拉环应采用直径不小于10mm的I级钢筋；钢板锚头应采用厚度不小于3mm的钢板。露于混凝土外部

的钢拉环、钢板锚头应做防锈处理，聚丙烯土工带与钢拉环的接触面应做隔离处理。

(4)面板四周应设企口和相互连接的装置。当采用插销连接装置时，插销直径不应小于10mm。

2．混凝土面板的外形

混凝土面板的外形可选用十字形、槽形、六角形、L形和矩形等，一般尺寸见表2-5-4。墙顶和角隅处可采用异形面板和角隅面板。

三、加筋土挡土墙的构造

加筋土挡土墙一般由加筋体、基础、排水设施和沉降伸缩缝等几部分构成。

(一)加筋体

加筋体墙面的平面线形可采用直线、折线和曲线。相邻墙面的内夹角不宜小于70°。加筋体筋带一般应水平布设并垂直于面板，当一个结点有两条以上筋带时，应扇状分开。当相邻墙面的夹角小于90°时，宜将不能垂直布设的筋带逐渐斜放，必要时在角隅处增设加强筋带。当双面加筋土挡土墙的筋带相互插入时，应错开铺设避免重叠。在拱涵顶部的双面加筋土挡土墙，其下部宜增加筋带用量或采用防止拱两端墙面变位的其他措施。

加筋体的横断面形式—船应采用矩形。当地形、地质条件限制时也可采用上宽下窄或上

窄下宽的阶梯形。断面尺寸由计算确定，底部筋带长度不应小于3m，同时不小于0.4H。

加筋土挡土墙顶部一般应按路线要求设置纵坡；路堤式挡土墙，也可调整两端与路线水平距离，变更墙高，将墙项设计成平坡。设置纵坡的加筋土挡土墙顶部可按纵坡要求设置异形面板，也可将需设异形面板的缺口用浆砌片石或现浇混凝土补齐。

加筋体填料的压实度是保证加筋体稳定性的重要因素之一，应按相关规范的要求采用。

浸水地区的加筋体应采用渗水性良好的土做填料。在面板内侧应设置反滤层或铺设透水土工

织物。季节性冰凉地区的加筋体宜采用非冻胀性土填料，否则应在墙面板内侧设置不小于0.5m的砂砾防冻层。

加筋土挡土墙高度大于12m时，填料应慎重选择。墙高的中部宜设宽度不小于1m的错

台。墙高大于20m时，应进行特殊设计。

(二)基础

加筋体墙面下部应设置宽度不小于0.3m．厚度不小于0.2m的混凝土基础，但属下列情况之一者可不设：

1．面板筑于石砌圬工或混凝土之上；

2．地基为基岩。

加筋体面板基础底面的埋置深度，对于一般土质地基不应小于0.6m，当设置在岩石上时应清除表面风化层。当风化层很厚难以全部清除时，可采用土质地基的埋置深度。浸水地区和冰冻地区的基础埋置深度要求同重力式挡土墙。

软弱地基上的加筋土挡土墙，当地基承载力不能满足要求时，应进行地基处理。加筋土挡土墙的基底可做成水平或结合地形做成台阶形。

(三)排水设施

缩缝，其间距一般与沉降缝一致。

沉降缝、伸缩缝宽度一放为1~2cm，可采用沥青板、软木板或沥青麻絮等填塞。

四、加筋土挡土墙的结构计算

(一)车辆荷载换算

车辆荷载换算的等代均布土层厚度h按下式计算：

r——加筋体填土容重，kN／m3；

∑G——布置在B x L0面积内的轮载或履带荷载，KN。

1．B的取值规定

汽车—10级或汽车—15级作用时，取挡土墙分段长度，但不大于15m。汽车—20级作用时，取重车的扩散长度，当挡土墙分段长度在10m及以下时，扩散长度不越过10m；挡土墙分段长度在10m以上时，扩散长度不超过15m。汽车—超20级作用时，取重车的扩散长度，但不超过20m。平板挂车或履带车作用时，取挡土墙分段长度和车辆扩散长度两者之较大值，但不超过15m。车辆的扩散长度B按下式计算：

B=L'十a十(2H'十H)tan30°

式中：L'——汽车或平板车的前后相距(履带车为零)，m；

a——车轮或履带的着地长度，m；

H'——加筋体上路提高度，m，如图2-5-2所示；

H——加筋体高度，m。

2．L0的取值规定

在内部稳定性分析中，当活动区进入路基宽度时，分别用路基宽度和活动区宽度计算等代土层厚度h，取h较大者所对应的L0；当活动区未进入路基宽度时，取路基宽度。外部稳定性验算取路基宽度。

3．车辆荷载布置

汽车荷载纵向布置：当B值取挡土墙分段长度时,为分段长度内可能布置的车轮；当取重车的扩散长度时，为一辆重车。

汽车荷载的横向布置：L0范围内可能布置的车轮。车轮中线距路面（硬路肩）或安全带的距离为0.5m。

平板挂车或履带车荷载在纵向只布置一辆。横向为L0范围内可能布置的车轮或履带，

轮中线距路面(硬路肩)或安全带边缘的距离为1.0m。

(二)加筋土挡土墙的破坏形式

加筋土挡土墙的破坏形式有如下三种：

1．拉筋断裂造成的破坏当拉筋的强度不足，或拉筋与连接螺栓的尺寸偏小，或拉筋因腐蚀而强度逐渐下降时，拉筋可能部分或全部被拉断，从而导致加筋体失去内部稳定性。

2．填料与拉筋间的摩擦力不足造成的破坏当填料与拉筋间的摩擦力不足以平衡拉筋所

受拉力时，拉筋与填料可能相对滑动，致使挡土墙发生严重变形。

以上两种破坏形式均与加筋土挡土墙的内部稳定性有关。

3．加筋体的滑动和倾覆破坏当加筋体的外部稳定性不足时，导致加筋体整体产生过大的沿基底的滑动变形或绕墙趾的倾覆变形。

为此，要保证加筋土挡土墙在使用过程中发挥应有的作用，设计时应进行内部稳定性和外部稳定性计算。

加筋土挡土墙设计的首要问题是确定破裂面的形状和位置。由实验室模型试验和实地加

筋土挡土墙原型试验测定的结果表明：拉筋上的最大拉力点不是出现在拉筋与墙面板的连接

处，而是在墙体内部，连接处的拉力约为最大拉力的0.75倍；各层拉筋最大拉力点的连线通过墙面板脚．其形状近似对数螺旋线。在挡土墙的上部，最大拉力线与墙面间距离≤0.3H(H为墙高)。

在加筋体中，各层拉筋最大拉力点的连线就是可能的破坏面。为了简化计算，近似地认为破裂面是一条通过墙面板脚，在挡土墙的上部距面板背向距离为0.3H的折线，如图2-5-20所示。

破裂面把加筋体分成两部分，破裂面与墙面板之间的部分称为活动区，活动区的土体具有将加筋条拔出土体的趋势，该区摩擦力的方向指向墙外；活动区以外的部分称为稳定区或锚固区，稳定区的土体具有阻止加筋条被拔出的趋势。该区加筋条表面的摩擦力方向指向墙内。

(三)筋带拉力与长度计算

筋带拉力与长度计算的基本方法是局部平衡法。局部平衡法的原理是根据作用在填料中最大拉应力点上的应力，计算筋带最大拉应力Tmax。如图2-5-21所示，在最大拉应力点E上

拉筋的根数由设计断面面积除以每根拉筋的断面面积确定：

筋带的总长度由活动区长度和锚固区长度两部分组成。筋带锚固长度计算不计车辆荷载

引起的抗拔力，锚固长度按式(2-5-38)计算。

(四)外部稳定性计算

加筋体外部稳定性计算包括基础底面地基承载力验算，基底抗滑稳定性验算和抗倾覆稳

定性验算。计算时假定加筋体结构为刚体，计算方法同重力式挡土墙。

山坡上的加筋体容易出现整体滑动，必要时可增加整体滑动稳定性验算．验算方法同'圆

弧滑动面法'。

对于墙高大于12m的加筋土挡土墙，为增强高墙的安全，应采用总体平衡法进行验算。

因计算工作量很大，此不赘述。

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