加筋土擋土墻設(shè)計大賽初賽

1、加筋土擋土墻設(shè)計大賽初賽設(shè)計原理： 利用加筋條與土之間的摩擦和作用在擋墻上的土壓力之間平衡從而實現(xiàn)擋墻擋土的效果。加筋土擋墻在墻后土體內(nèi)埋設(shè)筋帶，使土體與筋帶組成復(fù)合土體共同作用，以增強其自身穩(wěn)定性，能夠彌補土的抗剪強度低和沒有抗拉強度的弱點。需要計算的幾個內(nèi)容： 一、應(yīng)力計算 應(yīng)力計算主要是計算土體的豎向應(yīng)力、橫向應(yīng)力 二、配筋計算主要是確定配筋深度、配筋的長度和寬度、錨固端的長度加筋土擋墻的具體破壞模式（1）筋帶拉斷引起的破壞，如圖所示；筋帶的抗拉強度驗證（2）筋帶拔出引起的破壞，如圖所示；筋帶的抗拔(有效摩擦力)強度驗證 （3）擋土墻傾覆破壞，如圖所示； 整個墻體的抗傾覆強度驗證破裂面的

2、確定現(xiàn)行設(shè)計理論對破裂面的類型和位置的假定只要有以下四種，即直線型、對數(shù)螺旋線型、折線型和復(fù)合型。設(shè)計計算中破裂面通常選用折線型的0.3H法。 a）直線型 b）對數(shù)螺旋線型 c）折線型 d）復(fù)合型圖 破裂面形式現(xiàn)行加筋土相關(guān)設(shè)計規(guī)范的0.3H折線法確定破裂面有兩種：公路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（TB10025-2006 ）所推薦的確定方法如圖a）所示，破裂面上部取墻后0.3H處的豎直面，下部取墻腳與0.3H的連線16。公路路基設(shè)計規(guī)范（JTGD30-2004）的0.3H折線法豎直部分取在墻后0.3H處，破裂面下部的斜面為和水平面成的斜面17，如圖 b）所示。破裂面將墻后的土體分為活動區(qū)（非錨固區(qū)）

3、和穩(wěn)定區(qū)（錨固區(qū)）兩部分。 a) b) 圖 0.3H折線法確定破裂面加筋擋土墻的基本假定通過前面所述的設(shè)計原理，加筋土擋墻在設(shè)計計算時可做以下幾點基本假定18：（1）墻面板承受填料產(chǎn)生的主動土壓力，且每塊面板承受各自相應(yīng)范圍內(nèi)的土壓力，并由連接在墻面板上的拉筋的有效摩擦阻力即抗拔力來平衡；（2）擋土墻內(nèi)部加筋體分為活動區(qū)（非錨固區(qū)）和穩(wěn)定區(qū)（錨固區(qū)），這兩區(qū)分界面即為土體的破裂面。破裂面通常按0.3H折線法來確定?？拷姘寤顒訁^(qū)內(nèi)的拉筋長度為無效長度；作用于面板上的土壓力由穩(wěn)定區(qū)與填料之間的摩擦阻力平衡，在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)拉筋長度為有效長度；（3）拉筋與填料之間摩擦系數(shù)在拉筋全范圍內(nèi)相同；(4）壓在拉

4、筋有效長度上的填料自重及荷載對拉筋均可產(chǎn)生有效的摩擦阻力。擋土墻的穩(wěn)定性分析加筋擋土墻失穩(wěn)破壞主要包括外部失穩(wěn)破壞、內(nèi)部失穩(wěn)破壞。由于加筋土的特性，外部失穩(wěn)一般在加筋擋土墻不會發(fā)生，主要是內(nèi)部失穩(wěn)破壞是擋墻失穩(wěn)破壞的主要破壞形式。內(nèi)部穩(wěn)定性分析包括：拉筋拉力計算、拉筋強度驗證算，以及拉筋長度（包括錨固長度和非錨固長度）的確定，以確保拉筋在最大拉力作用下不被拉斷或拔出。內(nèi)部穩(wěn)定性分析土壓力計算作用在加筋土擋墻面板上的水平土壓力，為墻后填料和墻頂荷載產(chǎn)生的水平土壓力與之和，即。墻后填料產(chǎn)生的土壓力墻后填土產(chǎn)生的土壓應(yīng)力，其分布曲線如圖所示，根據(jù)下式計算： (1-1) 當(dāng)時 當(dāng)時 式中 填土產(chǎn)生的水

5、平壓應(yīng)力（KPa）； 填土重度（KN/）； 墻頂填土距第層墻面板中心的高度（m）； 擋土墻內(nèi)深處的土壓力系數(shù)； 靜止土壓力系數(shù)； 主動土壓力系數(shù)； 填土綜合內(nèi)摩擦角（°）。 墻頂以上填土高度（m）；墻高與之和圖 由填土產(chǎn)生的水平壓應(yīng)力分布墻頂荷載產(chǎn)生的土壓力 墻頂荷載產(chǎn)生的水平壓應(yīng)力，根據(jù)規(guī)范推薦的方法，采用彈性理論采用下式計算16： (1-2)式中 荷載產(chǎn)生水平土壓應(yīng)力（KPa）； 荷載邊緣至墻背的距離（m）； 荷載換算土柱高（m）； 荷載換算寬度（m）。 因此，對于路肩擋土墻，作用在墻背上的土壓應(yīng)力為： (1-3)作用在拉筋上的豎向應(yīng)力計算填料與拉筋之間的摩擦阻力時，需確定該處的

6、豎向壓應(yīng)力，則填料和拉筋之間單位面積上的摩擦阻力為。等于填料自重和墻頂填土自重豎向壓應(yīng)力與荷載引起的豎向壓應(yīng)力之和。即按下式計算： （1-4） 式中 第層面板所對應(yīng)拉筋上的垂直壓應(yīng)力（KPa）； 計算點至荷載中線的距離（m）；如圖3-3所示。由于是隨距離變化的值，所以根據(jù)上式計算出的豎向土壓力沿拉筋長度分布是不同的。在實際設(shè)計計算時，可取線路中心線下、拉筋末端和墻背三點應(yīng)力得的平均值作為計算值。 圖 荷載引起的豎向壓應(yīng)力 拉筋拉力拉筋拉力由水平土壓力乘以系數(shù)計算，如式： (1-5) (1-6) 式中 第層面板所對應(yīng)拉筋的計算拉力（KN）； 第層面板所承受的側(cè)向壓力（KN）； 第層面板所承受的地

7、震側(cè)向壓力（KN）； 拉筋拉力峰值附加系數(shù)，可采用1.52.0；、拉筋之間的水平和垂直間距（m）。拉筋抗拔力拉筋抗拔力計算中，由于拉筋厚度遠小于其寬度和長度，故可以忽略拉筋側(cè)面產(chǎn)生的摩擦力，只可根據(jù)拉筋上、下兩面所產(chǎn)生的摩擦力按下式計算： (1-7) 式中 拉筋抗拔力（KN）； 拉筋寬度（m）； 拉筋有效錨固長度（m）； 拉筋與填料之間的摩擦系數(shù)，根據(jù)抗拔試驗確定；當(dāng)沒有試驗據(jù) 時，可采用0.30.4。拉筋長度的確定拉筋總長度包括無效長度（非錨固長度）和有效長度（錨固長度）。設(shè)計計算根據(jù)0.3H折線法來確定拉筋的長度。拉筋的無效長度 (1-8) 拉筋有效長度 （1-9） 拉筋總長度 （1-10

8、） 拉筋抗拔穩(wěn)定性驗算對于路肩墻，計算拉筋的抗拔穩(wěn)定性時，拉筋錨固區(qū)和非錨固區(qū)的分界采用0.3H分界線，如圖所示。拉筋的抗拔穩(wěn)定性包括全墻和單板的抗拔穩(wěn)定性。墻頂?shù)暮奢d在一定填土深度處，既有水平作用力，也有豎向作用力，兩者對拉筋的抗拔穩(wěn)定性效果正好相反。因此，計算拉筋抗拔穩(wěn)定性時應(yīng)包括有荷載和無荷載兩種情況。單板抗拔穩(wěn)定系數(shù)不應(yīng)小于2.0，困難時可適當(dāng)減小，但不得小于1.5。拉筋抗拔穩(wěn)定性由拉筋抗拔穩(wěn)定系數(shù)來評價，其值計算式如下：全墻抗拔穩(wěn)定系數(shù) （1-11） 單板抗拔穩(wěn)定系數(shù) （1-12） 拉筋抗拉強度驗算在拉筋抗拉強度檢算時，應(yīng)滿足拉筋最大拉力不大于拉筋抗拉強度，拉筋拉應(yīng)力不大于拉筋容許拉

9、應(yīng)力。 拉筋容許抗拉強度 （1-13） 拉筋拉應(yīng)力 （1-14） 式中 拉筋極限抗拉強度（KN）； 拉筋考慮鋪設(shè)時機械損傷、材料蠕變、化學(xué)及生物破壞等因素時的 影響系數(shù)；此處可取最大值5.0； 各分墻段拉筋層的最大拉力（KN）； 拉筋拉應(yīng)力（KPa）； 扣除預(yù)留銹蝕量后的各分墻段拉筋截面面積（）； 拉筋容許應(yīng)力提高系數(shù)； 拉筋容許拉應(yīng)力（KPa）。墻面板內(nèi)力計算在墻面板內(nèi)力檢算時，視板內(nèi)側(cè)土壓力強度為均布荷載，墻面板為簡支梁或懸臂梁，進行豎向軸心受壓、橫向和豎向截面彎矩和剪力檢算，然后根據(jù)求解的內(nèi)力情況進行配筋計算。換算均布荷載根據(jù)公路筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（TB10002.3-2

10、005）27，當(dāng)墻面板的長邊與短邊之比大于或等于2時，按短邊為跨度計算板的內(nèi)力，否則應(yīng)按雙向板計算。按下式將面板內(nèi)側(cè)土壓力換算成均布荷載： （1-15）式中 面板內(nèi)側(cè)土壓力（KN）； 拉筋水平方向間距（m）； 拉筋豎直方向間距（m）。軸心受壓一般地，如果擋土墻不是太高，墻面板采用合適等級的混凝土預(yù)制時，面板不會發(fā)生軸心受壓破壞。在必要的檢算時，只可檢算最底層面板的截面壓應(yīng)力，確保其不超過面板軸心抗壓強度。彎矩和剪力假設(shè)面板在中心位置連接一根拉筋，板的跨度為，把面板視為拉筋連接處固定的懸臂梁，計算截面彎矩和剪力。彎矩和剪力的最大值均發(fā)生面板中間截面，分別為 和，如圖3-4所示。如果一個面板連接多

11、根拉筋，則依實際情況計算面板內(nèi)力。 a）均布荷載 b）彎矩圖 c)剪力圖圖 面板受力圖 面板計算截面彎拉應(yīng)力和剪應(yīng)力應(yīng)分別滿足式（1-16）、（1-17）的條件。 （1-16） （1-17） 式中 計算截面處的彎矩（KNm）； 計算截面處的剪力（KN）； 計算截面凈面積（）； 材料容許應(yīng)力提高系數(shù)； 混凝土容許彎拉應(yīng)力（MPa）； 混凝土容許剪應(yīng)力（MPa）。 外部穩(wěn)定性分析基底抗滑穩(wěn)定性加筋土擋墻抗滑穩(wěn)定性計算的原理是，驗證基底抗滑力是否大于作用在擋土墻上的總水平力。若基底抗滑力大于總水平力，則擋土墻不會發(fā)生基底滑動破壞。對于加筋土擋墻，在計算基底抗滑穩(wěn)定性時，同樣將加筋體視為實體墻。對非浸

12、水條件： （1-18 式中 抗滑穩(wěn)定系數(shù)；鐵路規(guī)范規(guī)定不應(yīng)小于1.3； 作用在基地上的豎向力總和（KN）； 墻后主動土壓力的水平力總和（KN）； 墻前土壓力的水平分力（KN）； 基底傾斜角（°）； 基底與地層間的摩擦系數(shù)；鐵路規(guī)范規(guī)定取值在0.30.4之間。 地震力作用下，擋土墻的受力如圖所示，此時擋土墻的抗滑穩(wěn)定系數(shù)為： （1-19） 式中 地震主動土壓力的總水平分力（KN）； 地震主動土壓力的總豎向分力（KN）； 擋土墻墻身的總水平地震力（KN）；圖 加筋土擋墻抗滑穩(wěn)定性驗算示意圖傾覆穩(wěn)定性同樣，加筋土擋墻在計算傾覆穩(wěn)定性時，將加筋體視為實體墻，其橫向?qū)挾葧艽?。因此，加筋土擋墻一般不會發(fā)生傾覆破壞。必要檢算時，傾覆穩(wěn)定性由傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)來衡量，其值一般會遠大于1.3。按下式計算： （1-20） 式中 抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)；公路規(guī)范規(guī)定不應(yīng)小于1.3； 穩(wěn)定力系對墻趾的總力矩（KNm）； 傾覆力系對墻趾的總力矩（KNm）。基底承載力