加筋土设计计算

1、加筋土 挡土墙 1.概 述 2.构 造 3.设 计 4.施 工 5.算 例 桥隧工程桥隧工程 2 2021/3/27 辽宁海城外环路工程采用（钢塑复合拉筋带）加筋土挡墙辽宁海城外环路工程采用（钢塑复合拉筋带）加筋土挡墙 3 2021/3/27 采用加筋土挡墙修建的嘉陵江防洪大堤（采用加筋土挡墙修建的嘉陵江防洪大堤（H=19H=19） 4 2021/3/27 云南楚雄云南楚雄大理高速公路特高（大理高速公路特高（H H43.7543.75）双面加筋土挡墙）双面加筋土挡墙 5 2021/3/27 青藏铁路采用加筋土挡墙青藏铁路采用加筋土挡墙 6 2021/3/27 建于香港建于香港青衣西北青衣西北,

2、 ,墙身高达墙身高达四十米的加筋填土四十米的加筋填土结构结构 7 2021/3/27 8 2021/3/27 国际发展历史 现代加筋土的概念和设计理论是20世纪60年代由法国工程 师亨瑞.瓦达尔（Henri Vidal）首创的。 根据他的设计理论于1965年在法国普拉聂尔斯成功修建了 一座公路加筋土挡土墙。以后,世界各国普遍开展了加筋 挡土墙的实验和设计工作。 在西班牙,1971年建造了第一座加筋土挡墙,随后的发展和 推广应用也相当快。美国1972年修 建加州39号公路时开 始使用。 据1977年的统计,世界上就修建了1500余座加筋土结构,并 投入使用,其中有700余座加筋土桥台。上世纪仅仅

3、在美国 就修建了2万多座加筋土结构。 1.1 1.概述 9 2021/3/27 国内发展历史 1978年我国才在云南建成第一座加筋土挡土墙。该挡土墙 采用链接的钢筋混凝土筋条。 直到20世纪80年代中叶,我国才开始将土工合成材料应用于 加筋土工程,如京津塘高速公路。 我国加筋土主要用之于加筋土挡土墙,上世纪90年代初出台 了加筋土挡墙设计规范。 近年来由于我国国民经济稳定高速发展,推进了新型挡土墙 的发展与研究。期间,建成了一些多级超高加筋土挡土墙, 如三峡移民工程巫山新城的57m高加筋土挡土墙等等,并引 发了相关的研究。 1.1 1.概述 10 2021/3/27 1.概述 11 2021/

4、3/27 1.2 加筋土挡土墙是利用加筋土技术修建 的一种轻型支挡结构物,是由墙面板、 拉筋、填料和基础组成的柔性复合结 构物。 加筋土挡土墙 , ,在挖方路段或在挖方路段或 地形陡峭的山坡地形陡峭的山坡, ,由于不利于布置拉筋由于不利于布置拉筋, , 一般不宜使用。一般不宜使用。 1.概述 12 2021/3/27 1.3 在公路工程中,常见的加筋土挡土墙形式有下列几种: (1)单面式加筋土挡土墙; (2)双面式加筋土挡土墙,双面式中又分为分离式、交错式以及对拉 式加筋土挡土墙; (3)台阶式加筋土挡土墙; (4)无面板加筋墙（包裹式加筋墙）。 按拉筋的形式可分为条带式加筋土挡土墙,即拉筋为

5、条带式, 每一层布满铺拉筋;席垫式土工合成材料加筋挡土墙,即每一层连 续满铺土工格网或土工席垫拉筋。目前,我国主要采用条带式有面 板的加筋土挡土墙。 1.概述 13 2021/3/27 挡土墙的形式 单面式双面分离式 双面交错式 台阶式 14 2021/3/27 1.4 (1)组成加筋土挡土墙的,在现场用 机械(或人工)分层填筑。这种装配式的方法,施工简便、快速,并且 (2)加筋土是,能够。在软弱地 基上修筑时,由于拉筋在填筑过程中逐层埋设,所以,因填土引起的地 基变形对加筋土挡土墙的稳定性影响比对其它结构物小,地基的处理 也较简便。 (3)加筋土挡土墙具有一定的柔性,抗振动性强,因此,它也是

6、一 种很好的抗振结构物。 (4)加筋土挡土墙。由于墙面板可以垂直砌 筑,可大量减少占地。挡土墙的总体布设和墙面板的形式图案可根据 周围环境特点和需要进行设计。 (5)加筋土挡土墙。与钢筋混凝土挡土墙相比,可减 少造价一半左右;与石砌重力式挡土墙比较,也可节约20以上。而 且,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。 1.概述 15 2021/3/27 1.5 挡挡 土土 原原 理理 q内部内部稳定稳定: :墙墙面所承受的水平土压力依面所承受的水平土压力依 靠填料与拉筋的摩擦力平衡靠填料与拉筋的摩擦力平衡 q外部外部稳定稳定: :复合复合结构形成的土墙抵抗拉结构

7、形成的土墙抵抗拉 筋尾部填料所产生的土压力筋尾部填料所产生的土压力 1.概述 16 2021/3/27 1.6 q基本原理基本原理: :在在土中沿应变方向埋置具有挠性的拉筋土中沿应变方向埋置具有挠性的拉筋材料材料, ,土土与拉筋材料产生摩擦与拉筋材料产生摩擦, ,使加使加 筋土犹如具有某种程度的粘聚性筋土犹如具有某种程度的粘聚性, ,从而改良了土的力学特性。从而改良了土的力学特性。 q解释和分析加筋土强度的两种观点解释和分析加筋土强度的两种观点 摩擦加筋摩擦加筋原理原理: :加加筋土视为组合筋土视为组合材料材料, ,认为认为加筋土是加筋土是 复合体结构（或称锚定式结构）复合体结构（或称锚定式结

8、构） 莫尔库仑莫尔库仑理论理论: :加加筋土视为均质各向异性筋土视为均质各向异性材料材料, ,认认 为加筋土是复合材料结构为加筋土是复合材料结构 1.概述 17 2021/3/27 摩擦加筋原理摩擦加筋原理 dTNfbdl 2 21 TTdT 填土自重和外力产生的土压力作用于墙面填土自重和外力产生的土压力作用于墙面板板, ,通通 过过墙面板的拉筋连接件将此土压力传递给拉筋墙面板的拉筋连接件将此土压力传递给拉筋, ,而拉筋而拉筋 又被土压住又被土压住, ,于是填土与拉筋之间的摩擦力阻止拉筋被于是填土与拉筋之间的摩擦力阻止拉筋被 拔出。因此拔出。因此, ,拉筋只要材料有拉筋只要材料有足够的强度足够

9、的强度, ,并与土产生并与土产生足足 够的摩阻力够的摩阻力, ,则加筋的土体就可保持稳定。则加筋的土体就可保持稳定。 1.概述 18 2021/3/27 莫尔库仑理论（准粘聚力理论）莫尔库仑理论（准粘聚力理论） 加筋土结构可以看加筋土结构可以看 作是各向异性的作是各向异性的复合材料复合材料, , 通常通常采用的拉筋采用的拉筋, ,其弹性模其弹性模 量远大于填土量远大于填土, ,拉筋与填土拉筋与填土 共同作用共同作用, ,包括填土的抗剪包括填土的抗剪 力、填土与拉筋的摩擦阻力力、填土与拉筋的摩擦阻力 及拉筋的抗拉力及拉筋的抗拉力, ,使得加筋使得加筋 土的强度明显提高。土的强度明显提高。 1.概

10、述 19 2021/3/27 1.概述 极限极限 平衡平衡 条件条件 （筋带产生（筋带产生“约束应力约束应力”） （筋带增加强度以（筋带增加强度以“内聚力内聚力”表示）表示） 20 2021/3/27 2.1 1 1、墙、墙面板面板 2 2、拉筋、拉筋 3 3、拉筋与面板的连接、拉筋与面板的连接 4 4、填料、填料 5 5、墙、墙面板下面板下基础基础 6 6、沉降缝、沉降缝与伸缩缝与伸缩缝 7 7、帽、帽石与石与栏杆栏杆 8 8、排水设施、排水设施 2.构造 21 2021/3/27 2.构造 墙面板墙面板 22 2021/3/27 2.构造 2.2 墙面板墙面板 q作用作用:防止防止拉筋间填

11、土从侧向拉筋间填土从侧向挤出挤出,并并保证拉筋、填料、墙面保证拉筋、填料、墙面 板构成有一定形状的整体。板构成有一定形状的整体。 q类型类型 金属面金属面板板:常用常用钢板、镀锌钢板、不锈钢板钢板、镀锌钢板、不锈钢板等等 混凝土面板混凝土面板 钢筋混凝土面板钢筋混凝土面板 国内一般采用国内一般采用 q板边一般有楔口和板边一般有楔口和小孔小孔,安装安装时使楔口相互衔接时使楔口相互衔接,并用短钢筋并用短钢筋 插入小孔插入小孔,将墙面板从上、下、左右串成整体墙面。将墙面板从上、下、左右串成整体墙面。 q墙面板后填筑细粒土时墙面板后填筑细粒土时,应设置反滤层。应设置反滤层。 23 2021/3/27

12、q 墙面板设计应满足下列规定墙面板设计应满足下列规定 1、作用于单板的水平、作用于单板的水平土压力土压力,应应按按均匀分布均匀分布; 2、单板可沿垂直方向和水平方向分别计算内力单板可沿垂直方向和水平方向分别计算内力; 3、墙面板与拉筋连接部分的配筋应加强、墙面板与拉筋连接部分的配筋应加强; 4、墙面板采用钢筋混凝土预制构件、墙面板采用钢筋混凝土预制构件,按双向悬臂梁进行单面按双向悬臂梁进行单面 配筋设计。配筋设计。 q 面板周边设计成突缘错台楔口面板周边设计成突缘错台楔口,使面板之间能相互嵌接使面板之间能相互嵌接,插销插销 钢筋连接时钢筋连接时,钢筋直径不能小于钢筋直径不能小于10mm; q

13、面板上的拉筋结点面板上的拉筋结点,可采用预埋钢拉环、钢板锚头或预留穿可采用预埋钢拉环、钢板锚头或预留穿 孔等形式孔等形式,露于混凝土外部的钢拉环、钢板锚头应作防锈处理露于混凝土外部的钢拉环、钢板锚头应作防锈处理, 聚丙烯土工带与钢拉环的接触面应作隔离处理。聚丙烯土工带与钢拉环的接触面应作隔离处理。 2.构造 24 2021/3/27 2.构造 25 2021/3/27 2.构造 26 2021/3/27 2.构造 27 2021/3/27 2.构造 2.3 拉筋 q拉筋材料必须具有以下拉筋材料必须具有以下特性特性: q 1、具有较高的、具有较高的抗拉强度抗拉强度,延伸率延伸率小小,蠕变小蠕变小

14、,不易产生脆性不易产生脆性破坏破坏; q 2、与填料之间具有足够的摩擦力、与填料之间具有足够的摩擦力; q 3、耐腐蚀和耐久性能好、耐腐蚀和耐久性能好; q 4、具有一定的柔性、具有一定的柔性,加工容易加工容易,接长及与墙面板连接简单接长及与墙面板连接简单; q 5、使用寿命长、使用寿命长,施工简单。施工简单。 q作用作用:承受承受垂直荷载和水平垂直荷载和水平荷载荷载,并并与填料产生摩擦力。与填料产生摩擦力。 q从材质上可分为金属、钢筋混凝土、从材质上可分为金属、钢筋混凝土、CAT钢塑复合材料、竹片、钢塑复合材料、竹片、 聚丙烯土工带、土工格栅等。聚丙烯土工带、土工格栅等。 28 2021/3

15、/27 钢钢带带: :一般一般用软钢用软钢轧制轧制, ,分分光面带和有肋带两种。光面带和有肋带两种。 2.构造 29 2021/3/27 2.构造 钢筋混凝土带钢筋混凝土带 v 混凝土标号不应低于混凝土标号不应低于C20,C20,主主筋为筋为3 3号钢号钢, ,直径直径88mm,mm,为防止或减少混凝土被压裂为防止或减少混凝土被压裂, , 混凝土内常布设钢混凝土内常布设钢丝网丝网; ; v 筋带连接多用焊接筋带连接多用焊接, ,也可用螺栓连接也可用螺栓连接, ,外露钢筋表面采用沥青纤维布处理。外露钢筋表面采用沥青纤维布处理。 30 2021/3/27 2.构造 聚丙烯土工带聚丙烯土工带 v 聚

16、丙烯土工带具有造价聚丙烯土工带具有造价低低, ,抗拉强度抗拉强度好好, ,不易脆断不易脆断, ,使用方便使用方便, ,施工简便等施工简便等优点优点; ; 其其缺点是低模量、高蠕变缺点是低模量、高蠕变, ,其抗拉强度受蠕变控制其抗拉强度受蠕变控制, ,使得墙面位移大或墙面平整性差使得墙面位移大或墙面平整性差, , 影响美观。影响美观。 v 技术指标技术指标 容许应力容许应力: : 断裂强度的断裂强度的1/51/51/71/7 延伸率延伸率: 4: 45 5 断裂强度断裂强度: 220: 220kPakPa 断裂延伸率断裂延伸率:10:10 厚度厚度: 0.8: 0.8mmmm 表面应有粗糙花纹表

17、面应有粗糙花纹 31 2021/3/27 聚丙烯土聚丙烯土 32 2021/3/27 2.构造 土工格栅土工格栅: :土工土工网格具有良好的技术网格具有良好的技术特性特性, ,已经已经作为拉筋材料推广使用。作为拉筋材料推广使用。 2.构造 34 2021/3/27 聚丙烯土工格栅聚丙烯土工格栅 35 2021/3/27 2.构造 q拉筋一般应水平拉筋一般应水平放置放置, ,并并垂直于墙面板。垂直于墙面板。 36 2021/3/27 2.构造 q拉筋一般应水平拉筋一般应水平放置放置, ,并并垂直于墙面板。垂直于墙面板。 37 2021/3/27 2.构造 q拉筋一般应水平拉筋一般应水平放置放置,

18、 ,并并垂直于墙面板。垂直于墙面板。 38 2021/3/27 2.构造 2.4 拉筋与面板的连接 q面板与拉筋连接必须坚固面板与拉筋连接必须坚固可靠可靠, ,耐耐腐蚀性能应与拉筋相同。腐蚀性能应与拉筋相同。 q钢筋混凝土拉筋与面板之间钢筋混凝土拉筋与面板之间, ,串联式钢筋混凝土拉筋节与节之串联式钢筋混凝土拉筋节与节之 间的连接间的连接, ,一般采用焊接。一般采用焊接。 q金属薄板拉筋与墙面板之间的连接一般采用圆孔内插入螺栓连金属薄板拉筋与墙面板之间的连接一般采用圆孔内插入螺栓连 接。接。 q聚丙烯拉筋与面板的连接聚丙烯拉筋与面板的连接, ,可用拉环可用拉环, ,也可直接穿在面板的预留也可直

19、接穿在面板的预留 孔中。孔中。 q埋入土中的接头拉环埋入土中的接头拉环, ,以浸透沥青的玻璃丝布绕裹两层防护。以浸透沥青的玻璃丝布绕裹两层防护。 39 2021/3/27 2.构造 40 2021/3/27 2.构造 2.5 填料 q填料填料特点特点: :易于易于填筑与压实、与拉筋之间有可靠的摩阻力、不应填筑与压实、与拉筋之间有可靠的摩阻力、不应 对拉筋有腐蚀性、水稳定性好。对拉筋有腐蚀性、水稳定性好。 q填料选择填料选择 1 1、通常选择有一定级配渗水的砂类土、砾石类土。、通常选择有一定级配渗水的砂类土、砾石类土。 2 2、采用粘性土和其他土作填料、采用粘性土和其他土作填料时时, ,必须必须

20、有相应的防水、压实等有相应的防水、压实等 工程措施。工程措施。 3 3、填料中不应含有大量的有机物。、填料中不应含有大量的有机物。 4 4、泥炭、淤泥、冻结土、盐渍土、垃圾、白垩土、中强膨、泥炭、淤泥、冻结土、盐渍土、垃圾、白垩土、中强膨 胀土及硅藻土胀土及硅藻土, ,禁止使用。禁止使用。 41 2021/3/27 2.构造 5 5、采用聚丙烯土工带为拉筋、采用聚丙烯土工带为拉筋时时, ,填料填料中不宜含有两价以上铜、镁、鉄离子及中不宜含有两价以上铜、镁、鉄离子及 氧化钙、碳酸钠、硫化物等化学物质。氧化钙、碳酸钠、硫化物等化学物质。 6 6、采用钢带作拉筋采用钢带作拉筋, ,填料应满足下表中化

21、学和电化学标准。填料应满足下表中化学和电化学标准。 q填料的设计参数应由试验和当地经验填料的设计参数应由试验和当地经验确定确定, ,无条件无条件时时, ,可参考填土设计参数可参考填土设计参数 表。表。 42 2021/3/27 2.构造 2.6 桥面板下基础 q混凝土浇注或浆砌片石砌筑。一般为混凝土浇注或浆砌片石砌筑。一般为矩形矩形, ,高高为为0.250.250.40.4m,m, 宽宽0.30.30.50.5m m。顶面可作一凹槽顶面可作一凹槽, ,以利于安装底层面板。以利于安装底层面板。 q土质地基基础埋深不小于土质地基基础埋深不小于0.50.5m,m,还应考虑冻结深度还应考虑冻结深度,

22、,冲刷深度冲刷深度 等。等。 q对于软弱地基对于软弱地基, ,除作必要处理外除作必要处理外, ,尚应考虑加大基础尺寸。尚应考虑加大基础尺寸。 q土质斜坡土质斜坡地区地区, ,基础基础不不 能外露能外露, ,其它要求如图。其它要求如图。 43 2021/3/27 2.构造 q加筋挡土墙高度大于加筋挡土墙高度大于 12m12m时时, ,墙墙高的中部宜设高的中部宜设 宽度不小于宽度不小于2.0m2.0m的错台。的错台。 错台顶部应设不小于错台顶部应设不小于20%20% 的排水横坡的排水横坡, ,并用混凝土并用混凝土 板板防护防护; ;当当采用细粒填料采用细粒填料 时时, ,上级墙的面板基础下上级墙的

23、面板基础下 应设置宽不小于应设置宽不小于1.0m1.0m, ,高高 不小于不小于0.5m0.5m的砂砾或灰的砂砾或灰 垫层。垫层。 44 2021/3/27 2.构造 2.7 沉降缝与伸缩缝 q在地基情况变化处及在地基情况变化处及 墙高变化墙高变化处处, ,通常通常每隔每隔 10102020m m设置沉降缝。设置沉降缝。 伸缩缝与沉降缝统一考伸缩缝与沉降缝统一考 虑。虑。 q面板在设缝处应设通面板在设缝处应设通 缝缝, ,缝宽缝宽2 23 3cm,cm,缝内宜缝内宜 用沥青麻布或沥青木板用沥青麻布或沥青木板 填塞填塞, ,缝的两端常设置缝的两端常设置 对称的半块墙面板。对称的半块墙面板。 45

24、 2021/3/27 2.构造 2.8 帽石与栏杆 q加筋挡土墙顶加筋挡土墙顶面面, ,一般一般设置混凝土或钢筋混凝土帽石。帽石设置混凝土或钢筋混凝土帽石。帽石 突出墙面突出墙面3 35 5cm,cm,其作用是约束墙面板。其作用是约束墙面板。 q栏杆高栏杆高1.01.01.51.5m,m,栏杆柱埋于帽石中栏杆柱埋于帽石中, ,以保证栏杆坚固稳定。以保证栏杆坚固稳定。 46 2021/3/27 2.构造 2.9 排水设施 加筋土挡墙和加筋土边坡都需做好排水设施。加筋土挡墙和加筋土边坡都需做好排水设施。 位于河岸上的加筋土位于河岸上的加筋土工程工程,其其填料必须保证水稳定性好填料必须保证水稳定性好

25、,一般一般 宜采用砂砾填料。同时应在墙面板后做好反滤设施。宜采用砂砾填料。同时应在墙面板后做好反滤设施。 加筋土工程在有水的地方加筋土工程在有水的地方,构造上必须保证水的畅通构造上必须保证水的畅通,同时还同时还 应防止有害水体对加筋材料寿命的影响。应防止有害水体对加筋材料寿命的影响。 47 2021/3/27 3.设计 3.1 计算方法 1 1、摩擦加筋原理及极限平衡法、摩擦加筋原理及极限平衡法 在加筋土结构在加筋土结构中中,由由填土自重和外力产生的土压力作用于墙面板填土自重和外力产生的土压力作用于墙面板, 通过墙面板上的拉筋连接件将此土压力传递给拉筋通过墙面板上的拉筋连接件将此土压力传递给拉

26、筋,企图将拉筋企图将拉筋 从土中拉出。而拉筋材料又被土压住从土中拉出。而拉筋材料又被土压住,于是填土与拉筋之间的摩于是填土与拉筋之间的摩 擦力阻止拉筋被拔出。因此擦力阻止拉筋被拔出。因此,只要拉筋材料具有足够的强度只要拉筋材料具有足够的强度,并并 与土产生足够的摩阻力与土产生足够的摩阻力,则加筋的土体就可保持稳定。则加筋的土体就可保持稳定。 48 2021/3/27 3.设计 加筋土结构受力分析加筋土结构受力分析 49 2021/3/27 拉筋与填土之间的摩擦力是如何发挥作用的呢拉筋与填土之间的摩擦力是如何发挥作用的呢?现从加筋体中取现从加筋体中取 一微分段一微分段dl进行进行分析分析,如如图

27、图52所示所示,设由土的水平推力在该微分段拉设由土的水平推力在该微分段拉 筋中所引起的拉力筋中所引起的拉力dT=T1-T2（假定拉力沿拉筋长度呈非均匀分布（假定拉力沿拉筋长度呈非均匀分布), 垂直作用的土重和外荷载为法向力垂直作用的土重和外荷载为法向力N,拉筋与土之间的摩擦系数为拉筋与土之间的摩擦系数为f （f=tan）,拉筋宽度为拉筋宽度为b,作用于长作用于长dZ的拉筋条上下两面的垂直力为的拉筋条上下两面的垂直力为 2Nbdl,如果如果 2NbdlfdT 则拉筋与土之间就不会产生相互滑动。若每一层加筋均能满足上则拉筋与土之间就不会产生相互滑动。若每一层加筋均能满足上 式的要求式的要求,则整个

28、加筋土结构的内部抗拔稳定性就得到保证。则整个加筋土结构的内部抗拔稳定性就得到保证。 50 2021/3/27 2 2、交替正交层系与均质等代材料原理、交替正交层系与均质等代材料原理 加筋土是由填料土与加筋材料层层交替铺设而成的加筋土是由填料土与加筋材料层层交替铺设而成的复合体复合体, , 每每一加筋材料和每一层填土形成一个单元层一加筋材料和每一层填土形成一个单元层, ,每层相互平行且每层相互平行且 间距相等间距相等, ,可将加筋体看成为交替正交层系。加筋体由很多的可将加筋体看成为交替正交层系。加筋体由很多的 单元层组成。假定各单元层的分层界面上无相对位移单元层组成。假定各单元层的分层界面上无相

29、对位移, ,每一层每一层 中三个均质材料的平面垂直于一个直角坐标轴中三个均质材料的平面垂直于一个直角坐标轴, ,而且层面必须而且层面必须 平行于一个弹性对称面。平行于一个弹性对称面。 这种交替正交层系可以用等代均质材料的理论来分析这种交替正交层系可以用等代均质材料的理论来分析, ,以以 研究加筋土在工作荷载作用下性状。研究加筋土在工作荷载作用下性状。 为计算加筋体中的应力为计算加筋体中的应力 分布分布, ,需要确定需要确定“等代于等代于”土与加筋层系统的均质正交材料的土与加筋层系统的均质正交材料的 性质性质, ,有关荷载条件和所给结构的几何条件。如果要确定等代有关荷载条件和所给结构的几何条件。

30、如果要确定等代 材料中一点的应力材料中一点的应力, ,则可用正交层理论求得土与加筋中同一点则可用正交层理论求得土与加筋中同一点 的应力。将未加筋土体中的临界应力区与加筋数量不同、加筋的应力。将未加筋土体中的临界应力区与加筋数量不同、加筋 方向不同、加筋材料布置不同的加筋体中的临界应力区进行比方向不同、加筋材料布置不同的加筋体中的临界应力区进行比 较较, ,获得加筋土的最佳设计。获得加筋土的最佳设计。51 2021/3/27 3 3、弹塑性板层理论、弹塑性板层理论 加筋体是填土与加筋材料层层铺设而加筋体是填土与加筋材料层层铺设而成成,把把每一层加筋材料和填每一层加筋材料和填 土看成为一个土看成为

31、一个“层板单元层板单元”,整个加筋体就是由粘结在一起的层整个加筋体就是由粘结在一起的层 板单元的有限层组成。假定每一层单元具有唯一的确定的材料板单元的有限层组成。假定每一层单元具有唯一的确定的材料 性质性质,则可用增量分析法计算层板单元在弹塑性状态下的位移和则可用增量分析法计算层板单元在弹塑性状态下的位移和 应力应力,从而对加筋体的应力变形特性进行分析。从而对加筋体的应力变形特性进行分析。 4 4、数值分析方法、数值分析方法 一般为有限元法和有限差分法。一般为有限元法和有限差分法。 目前目前,加筋土支挡结构设计计算采用的方法主要是极限平衡和有加筋土支挡结构设计计算采用的方法主要是极限平衡和有

32、限单元法。而对于加筋土支挡结构的力学计算模型限单元法。而对于加筋土支挡结构的力学计算模型,主要体现在主要体现在 加筋土支挡结构破裂楔体破裂面形式、土压力计算和筋材拉力加筋土支挡结构破裂楔体破裂面形式、土压力计算和筋材拉力 计算三方面。计算三方面。 52 2021/3/27 3.2 破裂面的假定形式 q破裂面的形状及位置破裂面的形状及位置 筋土分开的计算方法筋土分开的计算方法中中, ,加筋土挡土墙加筋土挡土墙面板后填料中面板后填料中 的破裂面的形状和位置是确定筋条尺寸的重要依据。的破裂面的形状和位置是确定筋条尺寸的重要依据。 3.设计 53 2021/3/27 设计计算中破裂面通常选用折线型的设

33、计计算中破裂面通常选用折线型的0.3H法。现行加筋土相法。现行加筋土相 关设计规范的关设计规范的0.3H折线法确定破裂面有折线法确定破裂面有两种两种: 铁路路基支挡结构设计规范铁路路基支挡结构设计规范（TB10025-2006 ）所推荐的）所推荐的 确定方法为破裂面上部确定方法为破裂面上部 取墙后取墙后0.3H处的竖直处的竖直面面,下部下部 H/2 取墙取墙 脚与脚与0.3H的连线。的连线。 公路路基设计规范公路路基设计规范（JTGD30-2004）的）的0.3H折线法竖直折线法竖直 部分取在墙后部分取在墙后0.3H处处,破裂面下部的斜面破裂面下部的斜面 为和水平面成为和水平面成 45+/2的

34、斜面。的斜面。 54 2021/3/27 3.设计 3.3 土压力计算 q 一、基本假定一、基本假定 1 1、墙面板承受填料产生的、墙面板承受填料产生的主动土压力主动土压力, ,每每块面板承受其相应范围内的土压块面板承受其相应范围内的土压 力力, ,将由墙面板上拉筋有效摩阻力抗拔力来平衡。将由墙面板上拉筋有效摩阻力抗拔力来平衡。 2 2、按折线滑面、按折线滑面假定假定, ,挡土墙挡土墙内部加筋体内部加筋体 分为滑动区和稳定区分为滑动区和稳定区, ,两区分界面为土体破裂两区分界面为土体破裂 面。作用于面板上的土压力由稳定区的拉筋面。作用于面板上的土压力由稳定区的拉筋 与填料之间的摩阻力平衡。与填

35、料之间的摩阻力平衡。 无效长度无效长度有效长度有效长度 3 3、拉筋与填料之间的摩擦系数在拉筋的全长范围相同。、拉筋与填料之间的摩擦系数在拉筋的全长范围相同。 4 4、压在拉筋有效长度上的填料自重及荷载对拉筋产生有效摩、压在拉筋有效长度上的填料自重及荷载对拉筋产生有效摩阻力阻力, ,且且拉拉 筋上受到的竖直荷载沿拉筋长度均匀分布。筋上受到的竖直荷载沿拉筋长度均匀分布。 55 2021/3/27 1 1、作用在墙面板上的水平土压应力、作用在墙面板上的水平土压应力 （1 1）墙后加筋土填料产生的水平土压应力）墙后加筋土填料产生的水平土压应力 静止土压力系数静止土压力系数 sin1 0 K 主动土压

36、力系数主动土压力系数 ) 2/45(tan 2 a K ihihhi21 iiih hK 11 二、土压力计算二、土压力计算 a、墙后填料产生的土压力b、土压力系数 56 2021/3/27 （2 2）墙顶面活荷载产生的水平土压应力）墙顶面活荷载产生的水平土压应力 方法方法一一: :按按应力扩展线计算应力扩展线计算 交点交点D D不在破裂区，荷载产不在破裂区，荷载产 生的土压力不对墙面板产生生的土压力不对墙面板产生 影响。影响。 0 2 ih 一般取一般取3030 57 2021/3/27 方法方法二二: :按按弹性理论的条形荷载下土中压力公式计算弹性理论的条形荷载下土中压力公式计算 荷载在挡

37、土墙上产生的侧向土压力荷载在挡土墙上产生的侧向土压力 荷载在土体内产生的竖向土压力荷载在土体内产生的竖向土压力 58 2021/3/27 （3 3）作用于拉筋位置的竖向土压应力等于填料自重应力和墙顶面活荷）作用于拉筋位置的竖向土压应力等于填料自重应力和墙顶面活荷 载产生的竖向土压应力之和。载产生的竖向土压应力之和。 1 1）墙后填料产生的竖向土压应力）墙后填料产生的竖向土压应力 2 2）墙顶面活荷载产生的竖向土压应力）墙顶面活荷载产生的竖向土压应力 59 2021/3/27 2、路堤式加筋挡土墙的破裂面和土压力计算、路堤式加筋挡土墙的破裂面和土压力计算 方法方法一一: : 1 1、将增加的路堤

38、式部、将增加的路堤式部 分的填分的填土土, ,换算换算成均匀成均匀 分布在路基宽度范围内分布在路基宽度范围内 的土柱的土柱 2 2、把下部实际挡土、把下部实际挡土 墙墙高加上换算土墙墙高加上换算土 柱高作为虚拟的路柱高作为虚拟的路 肩式挡土墙高肩式挡土墙高H Hs s 3 3、顶部车辆荷载的换算土、顶部车辆荷载的换算土 柱按柱按3030扩散至虚拟墙顶扩散至虚拟墙顶面面 , ,重新重新换算成相应的土柱换算成相应的土柱 4 4、墙后破、墙后破 裂面按虚拟裂面按虚拟 墙高的墙高的0.30.3H H 方法确定方法确定 60 2021/3/27 方法方法二二: :按按实际墙高的路肩式挡土墙实际墙高的路肩

39、式挡土墙计算计算, ,将将墙顶的梯形填土及车辆荷载均作为墙顶的梯形填土及车辆荷载均作为 超载考虑。超载考虑。 1 1、将梯形填、将梯形填土土, ,换算换算成成 均匀分布在路基宽度范均匀分布在路基宽度范 围内的均布荷载围内的均布荷载 2 2、顶部车辆荷载的换算土、顶部车辆荷载的换算土 柱按柱按3030扩散至墙顶扩散至墙顶面面, ,重重 新新换算成相应的土柱换算成相应的土柱, ,作局作局 部荷载部荷载 3 3、墙后破、墙后破 裂面按实际裂面按实际 墙高的墙高的0.30.3H H 方法确定方法确定 61 2021/3/27 方法方法三三: :以以路堤顶面作为虚拟路肩挡土墙墙路堤顶面作为虚拟路肩挡土墙

40、墙顶顶, ,按按虚拟路肩式加筋土挡土墙计算虚拟路肩式加筋土挡土墙计算 为超载考虑。为超载考虑。 3 3、墙后破、墙后破 裂面按实际裂面按实际 墙高的墙高的0.30.3H H 方法确定方法确定 1 1、墙顶以上的、墙顶以上的 填土换算成相应填土换算成相应 的均布土柱的均布土柱 2 2、车辆引起的侧压力、车辆引起的侧压力 按弹性理论计算按弹性理论计算 62 2021/3/27 3.设计 3.3 拉筋设计 一、筋材拉力计算一、筋材拉力计算 1 1、库伦合力法、库伦合力法 把加筋土桥台视为摩擦锚固把加筋土桥台视为摩擦锚固系统系统, ,通过通过计算拉计算拉 筋承受的面板面积所受土压力来确定筋材承担的最大

41、筋承受的面板面积所受土压力来确定筋材承担的最大 拉力。假定在施工运营期间产生的侧向位移使面板后拉力。假定在施工运营期间产生的侧向位移使面板后 的土楔体达到了极限平衡状态。的土楔体达到了极限平衡状态。 由库伦理论由库伦理论有有 :T:T1 1+T+T2 2+T+Ti i+ +T Tn n=E=EA A+S+Sx x 63 2021/3/27 式中式中 1 1、2 2、i i、 nn筋筋 材竖向分层编号材竖向分层编号 E EA A面板单位面积所受土压力面板单位面积所受土压力 合力合力 S Sx x筋材水平铺设间距筋材水平铺设间距 当加筋土结构顶面水平当加筋土结构顶面水平时时, ,其其筋材所受拉力成

42、三角分布筋材所受拉力成三角分布, , 因而因而:T:Ti i=iT=iT1 1 T T1 1、 、T T2 2、 T Ti i、 、 T Tn n各层筋材所各层筋材所 受拉力受拉力 i 1nn 2 1 i i n 1i ini2 n 1i 1i T TTTTTT 64 2021/3/27 而而 S Sy y 筋材竖向铺设间距筋材竖向铺设间距 整理得整理得 式中式中 ZiZi第第i i层筋材到结构顶面的垂直层筋材到结构顶面的垂直 距离距离 当当n n大于大于10,10,加加筋土结构高度大于筋土结构高度大于5m5m时时, ,式中式中n/n+1n/n+1约等于约等于 1 1。 xa 2 x 2 1

43、SKHSE A y nSH yxi SSZKT ai 1n n 65 2021/3/27 2 2、应力均匀分布法、应力均匀分布法 对于黏性材料的加筋土对于黏性材料的加筋土结构结构, ,面面板起到装饰和临板起到装饰和临 时挡土作用非常明显。假定筋材所受竖向力均匀分时挡土作用非常明显。假定筋材所受竖向力均匀分 布布, ,即即 所以所以, ,单根筋材受力为单根筋材受力为 3 3、工程实用法、工程实用法 加筋材料拉力计算复杂加筋材料拉力计算复杂, ,关键是土压力系数。实关键是土压力系数。实 际工程中采用基本符合实际又相对简单的处理方法。际工程中采用基本符合实际又相对简单的处理方法。 根据资料分析根据资

44、料分析, ,在加筋结构物顶部在加筋结构物顶部, ,土压力系数与土压力系数与 yxi SSZKT ai iv Z 66 2021/3/27 静止土压力系数静止土压力系数相同相同, ,在在顶面下顶面下6m6m范围内呈线性变化范围内呈线性变化, ,故故 第第i i层单根筋材所受拉力为层单根筋材所受拉力为 式中式中T Ti i第第i i层单筋所受拉力层单筋所受拉力 W Wi i第第i i层单筋所受法向压力层单筋所受法向压力 K Ki i结构顶面下结构顶面下Z Zi i处土压力系数处土压力系数 K K0 0静止土压力系数静止土压力系数 K Ka a主动土压力系数主动土压力系数 Z Zi i第第i i层筋

45、材到桥台顶面垂直距离层筋材到桥台顶面垂直距离 yx SSWKT iii 土压力系数 ai i a Z i KKZ Z KKKZ i ,m6 6 1m6 i 60i 时当 时，当 67 2021/3/27 4 4、规范法、规范法 根据根据公路加筋土工程设计规范公路加筋土工程设计规范（JTJ 015-JTJ 015- 9191）中计算）中计算公式公式: : 式中式中 yxFipibbiii SShhhKT 21 K Ki i加筋土体内深加筋土体内深h hi i处土压力系数处土压力系数 1 1支挡结构填料容重（支挡结构填料容重（KN/mKN/m3 3） b b上部上部结构等代容重（结构等代容重（KN

46、/mKN/m3 3） 2 2支挡结构以上填料容重（支挡结构以上填料容重（KN/mKN/m3 3） pi pi 活载竖向应力在深活载竖向应力在深h hi i处产生垂直应处产生垂直应 力力 Fi Fi 水平荷载在深水平荷载在深h hi i处产生侧向应力处产生侧向应力 h h行车荷载的等代均布土层厚度行车荷载的等代均布土层厚度 68 2021/3/27 二、拉筋长度设计二、拉筋长度设计 拉筋总长由有效段长和无效段长组成。拉筋总长由有效段长和无效段长组成。 1 1、无效段长度、无效段长度 拉筋的无效长度为拉筋在滑动区长拉筋的无效长度为拉筋在滑动区长度度, ,按按0.3H0.3H折线法确折线法确 定。定

47、。 2 2、有效段长度、有效段长度 拉筋有效长度拉筋有效长度 时当 2 H hiHL ai 3 . 0 时当 2 H hi)( 6 . 0 iai hHL af T L vi i bi 2 69 2021/3/27 aa拉筋宽度（拉筋宽度（m m）; ; vi vii i层拉筋上竖向土压强层拉筋上竖向土压强度度; ; ff拉筋与填料之间的拉筋与填料之间的摩擦系数摩擦系数, ,根据根据抗拔试验抗拔试验确确 定定; ;当当没有试验据时没有试验据时, ,可查下可查下表表: : 其中其中 yxii SSKT KK安全系数安全系数, ,一般一般工程工程1.51.5, ,公路、铁路工程可公路、铁路工程可2

48、.0;2.0; i iii层拉筋对墙板中心处水平压力层拉筋对墙板中心处水平压力强度强度; 70 2021/3/27 拉筋长度的实际设计采用拉筋长度的实际设计采用值值,可可按下列原则并满按下列原则并满 足挡土墙内部稳定的要求统一、协调考虑采用。足挡土墙内部稳定的要求统一、协调考虑采用。 1、墙高小于、墙高小于3m时时,采用等长拉筋采用等长拉筋,拉筋长度拉筋长度 3.0m; 2、墙高大于墙高大于3m时时,拉筋最小长度拉筋最小长度 0.8H,且且5.0m; 3、墙高大于墙高大于3m时时,可以考虑变换拉筋长度可以考虑变换拉筋长度,但采但采 用不等长拉筋时用不等长拉筋时,同等长度拉筋的墙段高度同等长度拉

49、筋的墙段高度3.0; 4、一处挡土墙拉筋不宜多于一处挡土墙拉筋不宜多于3种长度种长度,相邻不等相邻不等 长拉筋的长度差长拉筋的长度差 1.0m; 5、采用钢筋混凝土板条作为拉筋材料时采用钢筋混凝土板条作为拉筋材料时,每节长每节长 度不宜大于度不宜大于2.0m。 71 2021/3/27 三、拉筋截面设计三、拉筋截面设计 式中式中 T Ti i第第i i层拉筋设计拉力层拉筋设计拉力 ff筋材材料抗拉强度设计值筋材材料抗拉强度设计值 除按上式计算还应考虑腐蚀的除按上式计算还应考虑腐蚀的影响影响, ,作作适当增加。适当增加。 f i T A 72 2021/3/27 四、墙板设计四、墙板设计 墙面板

50、设计宜符合下列墙面板设计宜符合下列规定规定: : 作用于单块墙面板上的作用于单块墙面板上的土压力土压力, ,可可按均布按均布分布分布; ; 墙面板可作为两端外伸的简支板墙面板可作为两端外伸的简支板, ,应沿竖直方向和水应沿竖直方向和水 平方向分别计算作用效应平方向分别计算作用效应; ; 墙面板与筋带联结部分的钢筋布置或构建强度宜适墙面板与筋带联结部分的钢筋布置或构建强度宜适 当加强当加强; ; 钢筋混凝土面板的配筋计算钢筋混凝土面板的配筋计算, ,应按相关规定执行。应按相关规定执行。 73 2021/3/27 五、拉筋与面板的连接和防腐五、拉筋与面板的连接和防腐 74 2021/3/27 注意

51、注意事项事项: : 、面板与筋面板与筋拉拉连接必须坚固连接必须坚固可靠可靠,耐耐腐蚀性能应与拉腐蚀性能应与拉 筋相同。筋相同。 、钢筋混凝土拉筋与面板之间钢筋混凝土拉筋与面板之间,串联式钢筋混凝土拉串联式钢筋混凝土拉 筋节与节之间的连接筋节与节之间的连接,一般采用焊接。一般采用焊接。 、金属薄板拉筋与墙面板之间的连接一般采用圆孔内、金属薄板拉筋与墙面板之间的连接一般采用圆孔内 插入螺栓连接。插入螺栓连接。 、聚丙烯拉筋与面板的连接、聚丙烯拉筋与面板的连接,可用拉环可用拉环,也可直接穿在也可直接穿在 面板的预留孔中。面板的预留孔中。 、埋入土中的接头拉环、埋入土中的接头拉环,以浸透沥青的玻璃丝布

52、绕裹以浸透沥青的玻璃丝布绕裹 两层防护。两层防护。 75 2021/3/27 六、拉筋六、拉筋抗拔稳定验算抗拔稳定验算 对于路肩对于路肩墙墙,计算计算拉筋的抗拔稳定性时拉筋的抗拔稳定性时,拉筋锚固区和拉筋锚固区和 非锚固区的分界采用非锚固区的分界采用0.3H分界线。拉筋的抗拔稳定性包分界线。拉筋的抗拔稳定性包 括全墙和单板的抗拔稳定性。墙顶的荷载在一定填土深括全墙和单板的抗拔稳定性。墙顶的荷载在一定填土深 度处度处,既有水平作用力既有水平作用力,也有竖向作用力也有竖向作用力,两者对拉筋的抗两者对拉筋的抗 拔稳定性效果正好相反。因此拔稳定性效果正好相反。因此,计算拉筋抗拔稳定性时应计算拉筋抗拔稳

53、定性时应 包括有荷载和无荷载两种情况。单板抗拔稳定系数不应包括有荷载和无荷载两种情况。单板抗拔稳定系数不应 小于小于2.0,困难时可适当减小困难时可适当减小,不得小于不得小于1.5。 拉筋抗拔稳定性由拉筋抗拔稳定系数来评价拉筋抗拔稳定性由拉筋抗拔稳定系数来评价,其值计算其值计算 式式如下如下: 76 2021/3/27 全墙抗拔稳定系数全墙抗拔稳定系数 单板抗拔稳定系数单板抗拔稳定系数 0 . 2 xi fi si E S K f S x E 式中式中 各层拉筋产生的摩各层拉筋产生的摩 擦力总和擦力总和 各层拉筋承担各层拉筋承担 水平拉力总和水平拉力总和 0 . 2 x f s E S K 7

54、7 2021/3/27 七、拉筋抗拉强度检算七、拉筋抗拉强度检算 在拉筋抗拉强度检算在拉筋抗拉强度检算时时, ,应应满足拉筋最大拉力满足拉筋最大拉力 不大不大 于拉筋抗拉强度于拉筋抗拉强度, ,拉筋拉应力不大于拉筋容许拉应力。拉筋拉应力不大于拉筋容许拉应力。 imax T 拉筋容许抗拉强度拉筋容许抗拉强度maxi i a T F T T 拉筋拉应力拉筋拉应力 max K A T i i 式中式中TT拉筋极限抗拉强度（拉筋极限抗拉强度（KNKN） F Fi i拉筋考虑铺设时机械损伤、材料蠕变、化学及生拉筋考虑铺设时机械损伤、材料蠕变、化学及生 物破坏等因素时的物破坏等因素时的影响系数影响系数;

55、;此处此处可取最大值可取最大值5.05.0 各分墙段拉筋层的最大拉力（各分墙段拉筋层的最大拉力（KNKN） A Ai i扣除预留锈蚀量后的各分墙段拉筋截面面积（扣除预留锈蚀量后的各分墙段拉筋截面面积（m m2 2） K K拉筋容许应力提高系数拉筋容许应力提高系数 拉筋容许拉应力（拉筋容许拉应力（KPaKPa） imax T 78 2021/3/27 3.43.4 全墙整体稳定验算全墙整体稳定验算 3.设计 整体滑动整体滑动 地基承载力地基承载力 抗滑移抗滑移 抗倾覆抗倾覆 验验 算算 内内 容容 79 2021/3/27 1 1、土压力计算、土压力计算 采用库仑理论计算 ),min( 21 加

56、筋体加筋体 填土内填土内 摩擦角摩擦角 墙后填 土内摩 擦角 80 2021/3/27 2 2、抗滑移稳定性分析、抗滑移稳定性分析 抗滑移稳定系数 3 3、抗倾覆稳定性分析、抗倾覆稳定性分析 抗倾覆稳定系数 81 2021/3/27 地基承载力验算 min max 基底应力 （eL/6eL/6） （e eL/6L/6） 4 4、地基承载力分析、地基承载力分析 （岩石地基）（岩石地基） 土质地基）土质地基） 4/L (6/ L e 82 2021/3/27 5 5、整体抗滑承载力分析、整体抗滑承载力分析 分析方法分析方法 1 1、条块法、条块法 2 2、整体法、整体法 83 2021/3/27

57、4.施工 加筋挡土墙,国外一般称为MSE Retaining Wall, 这是一个体系,包括了墙面材料,加筋材料和回填材料 三个主要部分。对于材料的不同选择,导致了施工工 艺和设计分析的不同,而产生了形形色色的加筋挡土 墙。如墙面,可以选择钢丝网,或混凝土预制板;加筋 材料可以是钢筋,钢丝网,土工编织物。 84 2021/3/27 4.施工 4.1 施工准备 （1）熟悉施工图和设计文件,做好现场材料,特别是填枓与土工格栅拉筋 的核查工作（质量和数量）。 （2）根据现场情况、设计文件和工期要求,编制实施性施工组织设计文 件。 （3）设置施工基线和施工水准点,进行中线测量、水平测量,复测横断面。

58、（4）临时道路,临时设施,预制场和工地仓库的修建,施工用水、电和通 讯线路的铺设等。 （5）加筋材料,钢筋,水泥,砂,石,防腐材料,反滤材料等的直接采购或招 标采购。 （6）施工机具准备:碾压机械、其它施工机械、测量检测仪器等。 （7）工地现场管理人员,专业技木人员,技木工人和农民工等人员的组织。 （8）其它各种施工记录表格、各类材料出厂质保书分部分项工程质检 （自检）和报检。 85 2021/3/27 4.施工 4.2 材料入场 86 2021/3/27 4.施工 4.3 堆放场地 87 2021/3/27 4.3 面板安装 一、在条形基础上准确画出面板外缘线,画线时应用经 纬仪操作,在曲线

59、部分应加密画线点。 4.施工 88 2021/3/27 二、在确定的外缘线上定点,进行水平测量,并按板长 画线分割,整平板基座. 三、板安砌一般从变形缝处开始,依次向两边延伸,安 砌时用M5或M7.5水泥砂浆砌筑调平,勾缝. 4.施工 89 2021/3/27 四、面板安砌可用人工或机械吊装就位,按要求的垂度、坡 度挂线安砌;单块面板的倾斜度可控制在内倾1左右,严禁面 板外倾. 五、面板安砌只能用砂浆调整水平误差,不得用石子或铁片 支垫（应力集中）,在面板后不小于0.3m范围内宜回填砂砾或 碎石. 4.施工 90 2021/3/27 4.施工 4.4 基坑开挖放坡 进行详细测量定位,并标出基础

60、开挖线及开挖 深度,达到设计高度后,根据砂性土、粘性土、碎石 土等土质基底,均应按设计要求整平压实,用轻便触 探方法检查基底,满足设计承载力后,进行再分层方 法填筑碎石,直至达到设计标高。基础混凝土每隔 18米设一道伸缩缝,缝宽20毫米。缝内填塞沥青麻 筋,在基础上浇筑或放置预制基础,基础一定要做得 平整,使得面板能够直立,必须严格控制基础顶面标 高。 91 2021/3/27 4.施工 4.5 平整坡底与基础 92 2021/3/27 4.施工 4.6 铺放第一层加筋材料 93 2021/3/27 4.施工 4.7 加筋材料上铺土压实 94 2021/3/27 4.施工 4.8 透水材料铺设