加筋土挡土墙技术原理及设计讲义57

第五章加加筋筋土挡土土墙第一章概概述述第二节加加筋筋土的基基本原理理第三节加加筋筋体材料料与结构构设计第一节概概述述加筋土挡挡土墙是是利用加筋土技技术修建的一一种支挡挡结构物物。加筋土是一种在在土中加加入拉筋筋的复合合土，它它利用拉筋筋与土之之间的摩摩擦作用用，改善土体体的变形形条件和和提高土土体的工工程性能能，从而达达到稳定定土体的的目的。。加筋土挡挡土墙一般应用用于地形形较为平平坦且宽宽敞的填填方路段段上，在挖方路段段或地形形陡峭的的山坡，，由于不不利于布布置拉筋筋，一般般不宜使使用。在公路工工程中，，常见的的加筋土土挡土墙墙形式有有下列几几种：(1)单面式加加筋土挡挡土墙；；(2)双面式式加筋筋土挡挡土墙墙，双双面式式中又又分为为分离离式、、交错错式以以及对拉拉式加加筋土土挡土土墙；；(3)台阶式式加筋筋土挡挡土墙墙；(4)无面板板加筋筋墙。。按拉筋筋的形形式可可分为为条带带式加加筋土土挡土土墙，，即拉拉筋为为条带带式，，每一层层布满满铺拉拉筋；；席垫垫式土土工合合成材材料加加筋挡挡土墙墙，即即每一一层连连续满铺铺土工工格网网或土土工席席垫拉拉筋。。目前前，我我国主主要采采用条条带式式有面面板的加加筋土土挡土土墙。。(1)组成加加筋土土的墙面板板和拉拉筋可可以预预先制制作，在现现场用用机械械(或人工工)分层填填筑。。这种种装配配式的的方法法，施施工简简便、、快速速，并并且节省劳力和和缩短短工期期。(2)加筋土土是柔性结结构物物，能够够适应地地基轻轻微的的变形形。在软软弱地地基上上修筑筑时，，由于于拉筋筋在填填筑过过程中中逐层层埋设设，所所以，，因填填土引引起的的地基基变形形对加加筋土土挡土土墙的的稳定定性影影响比比对其其它结结构物物小，，地基基的处处理也也较简简便。。(3)加筋土土挡土土墙具具有一一定的的柔性性，抗抗振动动性强强，因因此，，它也也是一一种很很好的的抗振振结构构物。。(4)加筋土土挡土土墙节约占占地，，造型型美观观。由于于墙面面板可可以垂垂直砌砌筑，，可大大量减减少占占地。。挡土土墙的的总体体布设设和墙墙面板板的形形式图图案可可根据据周围围环境境特点点和需需要进进行设设计。。(5)加筋土土挡土土墙造价比比较低低。与钢钢筋混混凝土土挡土土墙相相比，，可减减少造造价一一半左左右；；与石石砌重重力式式挡土土墙比比较，，也可可节约约20％以上上。而而且，，加筋筋土挡挡土墙墙造价价的节节省随随墙高高的增增加而而愈加加显著著，因因此它它具有有良好好的经经济效效益。。加筋土土的特特点加筋体体材料料与结结构设设计一、加加筋体体横断断面矩形倒梯形形正梯形形加筋土土挡土土墙的的构造造(一)加筋体体加筋体体墙面面的平平面线线形可可采用用直线线、折折线和和曲线线。相相邻墙墙面的的内夹夹角不不宜小小于70°°。加筋筋体的的横断断面形形式—船应采采用矩矩形。。(二)基础加筋体体墙面面下部部应设设置宽宽度不不小于于0.3m．厚度度不小小于0.2m的混凝凝土基基础，，但属属下列列情况况之一一者可可不设设：1．面板板筑于于石砌砌圬工工或混混凝土土之上上；2．地基基为基基岩。。(三)排水设设施对可能能危害害加筋筋体的的地面面水和和地下下水，，应采采取适适当的的排水水或防防水措措施。。（四））沉降降伸缩缩缝加筋土土挡土土墙应应根据据地形形、地地质、、墙高高等条条件设设置沉沉降缝缝，沉沉降缝缝间距距：土土质地地基为为10~30m，岩石石地基基可适适当增增大。。沉降降缝、、伸缩缩缝宽宽度一一放为为1~2cm，可采采用沥沥青板板、软软木板板或沥沥青麻麻絮等等填塞塞。二填填料料1、填料料是加加筋土土工程程的主主体材材料，，对填填料的的一般般要求求如下下：2、易压压实；；能与与拉筋筋产生生足够够的摩摩擦力力；满满足化化学和和电化化学标标准；；水稳稳定性性好。。3、有一一定级级配的的砾类类土、、砂类类土，，与拉拉筋之之间的的摩擦擦力大大，是是透水水性能能好，，应优优先选选用；；碎石石土、、结土土、中中低液液限粘粘质土土和稳稳定土土也可可采用用；腐腐质土土、冻冻结土土等影影响拉拉筋和和面板板使用用寿命命的应应禁止止采用用。4、填料料的设设计参参数包包括容容重r、计算算内摩摩擦角角Ψ和摩擦擦系数数f等，应应由试试验或或当地地经验验数据据确定定。三拉拉筋筋1、拉筋筋的主主要作作用是是与填填料产产生摩摩擦力力，并并承受受结构构内部部的拉拉力。。因此此，拉拉筋必必须具具有以以下特特性；；具有有较高高的强强度，，受力力后变变形小小；较较好的的柔性性与韧韧性：：表面面粗糙糙，能能与填填料产产生足足够的的摩擦擦力；；抗腐腐蚀性性和耐耐久性性好；；加工工、接接长和和与面面板的的连接接简单单。2、筋带带可以以分为为钢带带、钢钢筋混混凝土土带和和聚丙丙烯土土工带带、钢钢塑复复合带带等。。高速速公路路和一一级公公路上上的加加筋土土工程程应采采用钢钢带或或钢筋筋混凝凝土带带。四墙墙面面板面板的的主要要作用用是防防止端端部土土体从从拉筋筋间挤挤出。。1．一般般规定定(1)面板设设计应应满足足坚固固、美美观、、运输输方便便和易易于安安装等等要求求。(2)面板一一般采采用混混凝土土顶制制件，，其强强度等等级不不应低低于C18，厚度度不应应小于于8cm。(3)面板上上的筋筋带结结点，，可采采用预预埋钢钢拉环环、钢钢板锚锚头或或顶留留穿筋筋孔等等形式式。钢钢拉环环应采采用直直径不不小于于10mm的I级钢筋筋；钢钢板锚锚头应应采用用厚度度不小小于3mm的钢板板。露露于混混凝土土外部部的钢钢拉环环、钢钢板锚锚头应应做防防锈处处理，，聚丙丙烯土土工带带与钢钢拉环环的接接触面面应做做隔离离处理理。(4)面板四四周应应设企企口和和相互互连接接的装装置。。失稳的的立交桥桥加筋土土挡土土墙加筋土土的基基本原原理砂性土土在自自重或或外力力作用用下易易产生生严重重的变变形或或坍塌塌。若若在土土中沿沿应变变方向向埋置置具有有韧性性的拉拉筋材材料，，则土土与拉拉筋材材料产产生摩摩擦，，使加筋土土犹如如具有有某种种程度度的粘粘聚性性，从而而改良良了土土的力力学特特性。。其基本本原理理存在在于拉拉筋与与土之之间的的相互互摩阻阻联结结之中中，这这些基基本原原理一一般可可以归归纳为为两点点予以以解释释：(1)摩擦加加筋原原理；；(2)准粘聚聚力原原理(或莫尔尔一库库伦理理论)。土工合合成材材料加加筋土土——机理1）加筋筋的效效果与加筋筋材料料的层层数或或间距距、布布置、、强度度和刚刚度、、筋土土界面面的摩摩擦特性性等因因素有有关2）破坏坏模式式①筋筋土相相对滑滑动②②加加筋筋拉断断一、摩摩擦加加筋理理论在加筋筋土结结构中中，由由填土土自重重和外外力产产生的的土压压力作作用于于墙面面板，，通过过墙面面板上上的拉拉筋连连接件件将此此土压压力传传递给给拉筋筋，企企图将将拉筋筋从土土中拉拉出。。而拉拉筋材材料又又被土土压住住，于于是填填土与与拉筋筋之间间的摩摩擦力力阻止止拉筋筋被拔拔出。。因此此，只只要拉拉筋材材料具具有足足够的的强度度，并并与土土产生生足够够的摩摩阻力力，则则加筋筋的土土体就就可保保持稳稳定。。拉筋与与填土土之间间的摩摩擦力力是如如何发发挥作作用的的呢?现从加加筋体体中取取一微微分段段dl进行分分析，，如图图5—2所示设由土土的水水平推推力在在该微微分段段拉筋筋中所引引起的的拉力力dT=T1-T2假定拉拉力沿拉筋长长度呈非均均匀分布)，垂直作用用的土重和外外荷载为法法向力N，拉筋与土土之间的摩擦擦系数为f*拉筋宽度为为b，作用于长dZ的拉筋条上上下两面的的垂直力为2Nbdl，拉筋与土土体之间的的摩擦阻力力即为2Nf*bdl，如果2Nf“bdl>dT则拉筋与土土之间就不不会产生相相互滑动。。这时，拉拉筋与土之之间好像直直接相连似似地发挥着着作用。如果每一层层加筋均能能满足上式式的要求，，则整个加加筋土结构构的内部抗抗拔稳定性性就得到保保证。作用机理沿主动破裂裂面BC将墙体分为为主动区和和稳定区，，下滑土棱棱体ABC自重产生的的水平推力力对每一层层拉筋形成成拉力T，欲将拉筋筋从土中拔拔出，而稳稳定区土体体与筋带的的摩擦阻力力阻止拉筋筋被拔出。。如果每一层层拉筋与土土体的摩擦擦阻力均能能抵抗相应应的土推力力，则整个个墙体就不不会出现BC滑动面，加加筋土体的的内部稳定定就有保证证。二、准粘聚聚力理论加筋土结构构可以看作作是各向异异性的复合合材料，通通常采用的的拉筋，其其弹性模量量远大于填填土。在这这种情况下下，拉筋与与填土的共共同作用，，包括填土土的抗剪力力、填土与与拉筋的摩摩擦阻力及及拉筋的抗抗拉力，使使得加筋土土的强度明明显提高，，这可从三三轴试验中中得到验证证。加筋土的基基本应力状状态如图5-4所示，在没没有拉筋的的土体中，，在竖向应应力的作用用下。土体体产生竖向向压缩和侧侧向膨胀变变形。随着着竖向应力力的加大，，压缩变形形和膨胀变变形也随之之加大，直直到破坏。。如果在土土体中设置置水平方向向的拉筋，，则在同样样的竖向应应力作用下下，其侧向向变形大大大减小甚至至消失，土工合成材材料加筋土土——机理Gray在三轴压缩缩试验中发发现:加筋土的抗抗剪强度包包线是双直直线的加筋土的抗抗剪强度比比未加筋土土的抗剪强强度提高了了，这是加加筋土的基基本思路。。加筋提高土土的抗剪强强度，有两两种等价的的解释:等效围压原原理和准内内聚力原理理。如图5—4b)所示。这是是由于水平平拉筋与土土体之间产产生摩擦作作用，将引引起侧向膨膨胀的拉力力传递给拉拉筋，使土土体侧向变变形受到约约束。拉筋筋的约束力力σR相当于在土土体侧向施施加一个侧侧压力σ3，其关系可可用莫尔圆圆表示，如如图5—5a)所示。莫尔圆l为土体未破破坏时的弹弹性应力状状态；圆Il则是未加拉拉筋的土体体极限应力力状态；圆圆IIl是加筋土体体的应力状状态，土体体中加入高高弹性模量量的拉筋后后，拉筋对对土体提供供了一个约约束阻力σR，即水平应应力增量△△σ3，使得侧向向压减小，，亦即在相相同的轴向向变形条件件下，加筋筋土能承受受较大的主主应差。Ds3=2Dcot(45o-f/2)原理：筋材在拉应应变方向，，提供拉力力，对土体体产生压力力，从而提提高土的抗抗剪强度加筋土中的土加筋土31c素土3上述分析说说明，加筋筋土体的强强度有了增增加，应有有一条新的的抗剪强度度线来反映映这种关系系。这已被被试验所证证实，如图图5—6所示，图中中加筋砂与与未加筋砂砂的强度曲曲线几乎完完全平行，，说明9值在加筋前前后基本不不变，加筋筋砂的力学学性能的改改善是由于于新的复合合土体(即加筋砂)具有“粘聚聚力”的缘缘故，“粘粘聚力”不不是砂土固固有的，而而是加筋的的结果，所所以称为““准粘聚力力”。土工合成材材料加筋土土的应用及及研究补充内容加筋土的发发展历史建于2000多年前的中中国长城，，在许多地地方用柳枝作粘粘土和砾石石的“加筋筋材”。加筋土的发发展历史陕西半坡村村的仰韶遗遗址，很多多简单房屋屋的墙壁和屋顶顶利用草泥泥修筑而成土工合成材材料加筋土土——历史二十世纪70年代后期，，美国等国国家采用土土工网或土土工织物作作为加筋材材料，进行行了包裹式加筋筋挡土墙的试验研究究，Michell和Villet首先试验包包裹式加筋筋挡土墙美国林业部部分别在Siskiyou(1974年)和奥林匹克克国家公园园(1975年)修建了包裹式加筋筋挡土墙在美国联邦邦公路局的的倡导下，，NewYork,Colorado等洲的公路路部门于二十世纪80年代修建了包裹裹式加筋挡挡土墙，将Tensar塑料拉伸土工格格栅引入加加筋土，原材料为为聚乙烯（PE）从1986年，土工合合成材料加加筋土在美美国迅速普普及，用于于加筋挡土土墙、加筋筋陡坡、软软基上加筋筋路堤土工合成材材料加筋土土——历史我国从80年代初开始始将土工合合成材料应应用于加筋筋土工程，起初主要要采用无纺针刺土土工织物和和塑料排水水带，如京津塘塘高速公路路二十世纪90年代中期开开始，国产的土土工合成材材料种类迅迅速增多，，相继出现了单向向和双向塑塑料拉伸土土工格栅、、涤纶纤维维经编土工工格栅、玻玻璃纤维经经编土工格格栅和土工工网等，在材料种种类增多的的同时，产产品也逐渐渐系列化，，加上国家家加大基础础设施的投投资，土工工合成材料料加筋土工工程有了大大发展，取取得了可喜喜的成果，，但主要用于铁铁路、公路路的软基处处理，土工合成成材料加筋土挡土土墙、加筋筋土桥台、、加筋陡坡坡等才刚刚刚兴起由于我国重重应用，轻轻现场观测、、模型试验验和理论研研究，同时应用领领域比较单单一，导致致目前我国土工合成材材料加筋土土技术水平与国外外差距逐渐拉大。。一、土工格格栅原理将高分子聚聚合物挤出，经强烈拉伸，形成高强强度抗拉力力的均匀条条带，将条条带纵横编编织和夹合，以高频超超声波焊接成网状，埋埋于土体，，亦即给土土体加筋，，从而形成成为复合土土，改变土土体的力学学性能，有有效克服地基不不均匀沉降降、土体深层滑滑动、侧向位移、、坍塌、保持土体的的稳定性。。二、土工格格栅种类的的比较和选选择a.拉伸土工格格栅b.玻纤类土工工格栅c.其它a、单向拉伸伸聚丙烯土土工格栅特点：1、抗拉强度度高2、耐蠕变性性能好3、与砂石的的磨擦系数数大4、化学性质质稳定用途：土木工程加加固、加筋筋增强，用用于隔离不不同的材料料。工程应用：：主要应用于于软土地基基堤坝、挡挡土墙和桥桥台，滑坡坡修补、高高速公路路路基（路面面）、港口口、码头机机场等软基基加筋工程程。b、玻璃纤维维土工格栅栅特点：该产产品具有纵横向抗拉拉强度高、、延伸率低低、耐高温温、抗碱性性能优等特性性。工程应用：：应用于沥青路面、、沥青混凝凝土路面、水泥路面面。施工方方便、造价价低，可以以防止道路路反射裂纹纹的产生，，延长道路路使用寿命命。亦可作作为山坡、、水库、港港湾码头、、水渠、江江堤的护坡坡、护底的的增强基材材，是土木木工程的理理想材料。。三、土工格格栅在岩土土工程中应应用1、软土地基基和路基中中的应用2、边坡防护护中的应用用1、土工格栅栅软土地基基和路基中中的应用a、软土地基基加固b、路堤边坡加加筋c、加筋土挡墙墙a、软土地基加加固土工格栅具有有较强的抗拉拉强度及较好好的延性，它它和砂垫层共共同作用时能能将应力均匀地扩扩散到较大的的面积上．防止滑动圆弧弧通过路堤和和地基土网孔与上下层层土体的咬合合作用，形成成一个较高强强度的抗剪切切层，从而增加土体的抗抗剪强度，b、路堤边坡加加筋路堤如果将边边坡做陡，不不仅能减少填土方量量，还可节约约用地，是一举两得得的好事。如如果地基的承承载力较高，，堤坝不致因因坡度过陡而而破坏，这时时采用土工织织物加筋陡坡坡即可达到此此目的。c、加筋土挡墙墙它可以代替混混凝土重力式式挡墙。其最最大优点是对地基的要求求比重力式挡挡墙要低，抗抗震性较好。b、土工格栅三三维植被土工工网作岸坡防防护植被网是一种种类似于丝瓜瓜瓤状的植草草土工网垫，，以加入土工工格栅制成。。植被护坡设计计主要包括：：判别采用植被被的必要性；；确定铺设范围围；草种选择DrainageforsubsurfacedrainsHighpermeable,non-biodegradablesoilfilteringfabricsandhelpstomaintainthesoilstabilityforroadway,buildingsandairportrunways.Embankment/erosioncontrol隔离RailroadstabilizationGeotextilereducemaintenanceandextendtherack’sservicelife.Theyalsopreventthelossofcostlyballast,reduceraildeformationandincreasetheballast’sloadcarryingcapacity.2、土工格栅在在岸坡防护中中的应用a、江河湖海岸岸坡防护。b、岸坡防冲植植被。加筋挡土墙加筋土挡土墙墙由填料、在在填料中布置置的拉筋以及及墙面板三部分组组成，其基本本结构如图5—1所示。加筋土挡墙的的结构由面板，拉筋筋和填土三部部分组成

鍍鋅鋼條AAB砌块砌块组合式面面板L形预制面板装配式面板土工格栅面板面板土工格栅加筋筋挡土墙土工格栅加筋筋建成5～6.5m高的加筋挡土土墙加筋土挡土墙墙加筋土挡墙Hqr

qsVWqsKaHKaLrsxvP1Pq加筋土式挡土墙特点及适用范范围由面板，拉筋筋和填土三部部分组成，借借助于拉筋和和填土间的摩摩擦作用，把把土的侧压力力传给拉筋，，从而稳定土土体。既是柔柔性结构，可可承受地基较较大的变形；；可承受荷载的的冲击、振动动作用。施工简便，外外形美观、占占地面积少，，而且对地基基的适应性强强。适用于缺乏石石料的地区和和大型填方工工程。加筋土挡墙可可用于增强路基边坡坡稳定性；用于城市立交交桥台（减小小占地面积））和地基软弱弱、石料缺乏乏地区等。墙面系统可以以采用砼面板板、石块、石石笼或以土工工格栅回包后后形成的柔性结结构。当土体中加入入拉筋（如土土工格栅等））经夯实后，，拉筋与