加筋土挡土墙设计大赛初赛

加筋土挡土墙设计大赛初

赛

This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020

加筋土挡土墙设计大赛初赛

设计原理：

利用加筋条与土之间的摩擦和作用在挡墙上的土压力之间平衡从而实现挡墙挡土的效果。加筋土挡墙在墙后土体内埋设筋带，使土体与筋带组成复合土体共同作用，以增强其自身稳定性，能够弥补土的抗剪强度低和没有抗拉强度的弱点。

需要计算的几个内容：

一、应力计算

应力计算主要是计算土体的竖向应力、横向应力

二、配筋计算

主要是确定配筋深度、配筋的长度和宽度、锚固端的长度

加筋土挡墙的具体破坏模式

（1）筋带拉断引起的破坏，如图所示；

筋带的抗拉强度验证

（2）筋带拔出引起的破坏，如图所示；

筋带的抗拔(有效摩擦力)强度验证

（3）挡土墙倾覆破坏，如图所示；

整个墙体的抗倾覆强度验证

破裂面的确定

现行设计理论对破裂面的类型和位置的假定只要有以下四种，即直线型、对数螺旋线型、折线型和复合型。设计计算中破裂面通常选用折线型的法。

a ）直线型

b ）对数螺旋线型

c ）折线型

d ）复合型

图 破裂面形式

现行加筋土相关设计规范的折线法确定破裂面有两种：

《公路路基支挡结构设计规范》（TB10025-2006 ）所推荐的确定方法如图a ）所示，破裂面上部2H 取墙后处的竖直面，下部2

H 取墙脚与的连线[16]。 《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）的折线法竖直部分取在墙后处，破裂面下部的斜面为和水平面成45/2ϕ︒+的斜面[17]，如图 b ）所示。

破裂面将墙后的土体分为活动区（非锚固区）和稳定区（锚固区）两部分。

a) b)

图 折线法确定破裂面

加筋挡土墙的基本假定

通过前面所述的设计原理，加筋土挡墙在设计计算时可做以下几点基本假定[18]：

（1）墙面板承受填料产生的主动土压力，且每块面板承受各自相应范围内的土压力，并由连接在墙面板上的拉筋的有效摩擦阻力即抗拔力来平衡；

（2）挡土墙内部加筋体分为活动区（非锚固区）和稳定区（锚固区），这两区分界面即为土体的破裂面。破裂面通常按折线法来确定。靠近面板活动区内的拉筋长度a L 为无效长度；作用于面板上的土压力由稳定区与填料之间的摩擦阻力平衡，在稳定区内拉筋长度b L 为有效长度；

（3）拉筋与填料之间摩擦系数在拉筋全范围内相同；

(4）压在拉筋有效长度上的填料自重及荷载对拉筋均可产生有效的摩擦阻力。

挡土墙的稳定性分析

加筋挡土墙失稳破坏主要包括外部失稳破坏、内部失稳破坏。

由于加筋土的特性，外部失稳一般在加筋挡土墙不会发生，主要是内部失稳破坏是挡墙失稳破坏的主要破坏形式。

内部稳定性分析包括：拉筋拉力计算、拉筋强度验证算，以及拉筋长度（包括锚固长度b L 和非锚固长度a L ）的确定，以确保拉筋在最大拉力作用下不被拉断或拔出。

内部稳定性分析

土压力计算

作用在加筋土挡墙面板上的水平土压力hi σ，为墙后填料和墙顶荷载产生的水平土压力i h 1σ与i h 2σ之和，即i h i h hi 21σσσ+=。

墙后填料产生的土压力

墙后填土产生的土压应力，其分布曲线如图所示，根据下式计算：

i i i h h γλσ=1 (1-1) 当m 6≤i h 时 ；6

)61(0i a i i h h λλλ+-= 当m 6>i h 时 a i λλ=

式中 i h 1σ—填土产生的水平压应力（KPa ）；

γ—填土重度（KN/3m ）；

i h —墙顶填土距第i 层墙面板中心的高度（m ）；

i λ—挡土墙内深i h 处的土压力系数；

0λ—静止土压力系数；

a λ—主动土压力系数；

0ϕ—填土综合内摩擦角（°）。

s H —墙顶以上填土高度（m ）；H —墙高与s H 之和

图 由填土产生的水平压应力分布

墙顶荷载产生的土压力

墙顶荷载产生的水平压应力，根据规范推荐的方法，采用弹性理论采用下式计算[16]： ]arctan arctan )()([02020220h2i i

i i i i i h b h l b l b h l b h h b bh h -++++-+=πγσ (1-2) 式中 i h2σ—荷载产生水平土压应力（KPa ）；

b —荷载边缘至墙背的距离（m ）；

0h —荷载换算土柱高（m ）；

0l —荷载换算宽度（m ）。

因此，对于路肩挡土墙，作用在墙背上的土压应力为：

i h i h hi 21σσσ+= (1-3)

作用在拉筋上的竖向应力

计算填料与拉筋之间的摩擦阻力时，需确定该处的竖向压应力vi σ，则填料和拉筋之间单位面积上的摩擦阻力为f vi ⋅σ。vi σ等于填料自重和墙顶填土自重竖向压应力与荷载引起的竖向压应力之和。即按下式计算：

（1-4）

式中 vi σ—第i 层面板所对应拉筋上的垂直压应力（KPa ）；

x —计算点至荷载中线的距离（m ）；如图3-3所示。

由于x 是随距离变化的值，所以根据上式计算出的竖向土压力沿拉筋长度分布是不同的。在实际设计计算时，可取线路中心线下、拉筋末端和墙背三点应力得的平均值作为计算值。

图 荷载引起的竖向压应力

拉筋拉力

拉筋拉力由水平土压力乘以系数K 计算，如式：

)(Fi xi i E E K T += (1-5)

y x hi xi S S E σ= (1-6)

式中 i T —第i 层面板所对应拉筋的计算拉力（KN ）；

xi E —第i 层面板所承受的侧向压力（KN ）；

Fi E —第i 层面板所承受的地震侧向压力（KN ）；

K —拉筋拉力峰值附加系数，可采用~；

x S 、y S —拉筋之间的水平和垂直间距（m ）。