加筋土挡墙设计及算例1

加筋土挡土墙设计及算例主要内容第一节概述第二节

加筋土挡土墙结构计算步骤第三节加筋土挡土墙算例第一节

概述加筋土是在土中加入加筋材料（或称筋带）的一种复合土。在土中加入加筋材料可以提高土体的抗剪强度，增加土体工程的稳定性。1965年法国普拉聂尔斯（Prageres）首次成功地修建了一座公路加筋挡墙。我国于1979年首次在云南建成加筋土挡墙试验工程。第一节

概述一、结构与挡土原理挡土原理内部稳定：墙面所承受的水平土压力依靠填料与拉筋的摩擦力平衡缺乏石料地区及大型填方工程；用于一般地区的路肩式和路堤式挡土墙，但不应修建在滑坡、水流冲刷和崩塌等不良地质地段。外部稳定：复合结构形成的土墙抵抗拉筋尾部填料所产生的土压力适用条件第一节

概述二、加筋土挡土墙类型类型1、单面式加筋土挡土墙双面式加筋土挡土墙

2、有台阶式加筋土挡土墙无台阶式加筋土挡土墙

3、有面板加筋土挡土墙无面板加筋土挡土墙第一节

概述三、加筋土加固机理基本原理：在土中沿应变方向埋置具有挠性的拉筋材料，土与拉筋材料产生摩擦，使加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。解释和分析加筋土强度的两种观点第一节

概述摩擦加筋原理：加筋土视为组合材料，认为加筋土是

复合体结构（或称锚定式结构）莫尔－库仑理论：加筋土视为均质各向异性材料，认为加筋土是复合材料结构第二节加筋挡墙结构计算车辆荷载换算的等代均布土层厚度h按下式计算：(一)车辆荷载换算∑G

——布置在B×

l0面积内的轮载或履带荷载，KN。B——荷载布置长度(m)。l0——荷载布置宽度（m）。r

——加筋体填土容重，kN／m3。①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。

②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。③汽车—超20级作用时，取重车的扩散长度，但不超过20m。1．B的取值规定第二节加筋挡墙结构计算车辆的扩散长度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轴距(履带车为零)，m；a—车轮或履带的着地长度m；H'—加筋体上路堤高度m，如右图所示；H—加筋体高度，m。第二节加筋挡墙结构计算在内部稳定性分析中

2．L0的取值规定①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；②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。第二节加筋挡墙结构计算拉筋断裂造成挡土墙破坏拉筋强度不足拉筋与面板连接能力不足超载拉筋腐蚀拉筋与土间结合力不足造成挡土墙破坏因外部不稳定造成挡土墙破坏地基承载力低沿基底抗滑稳定性不足抗倾覆能力不够内部稳定性计算外部稳定性分析(二)加筋土挡土墙的破坏形式第二节加筋挡墙结构计算筋条纵向拉应力分布特征拉筋拉力的最大值在墙的内部，T面/Tmax〈0.75。加筋土体中，最大拉力线通过墙面角，在挡土墙上部，最大拉力线与墙面的距离不大于0.3H。加筋土体中，最大拉力线就是可能的破裂面。最大拉力线的位置随加筋土工程的几何形状、荷载情况、基础形式、土与拉筋间的摩擦力等因素而变化。第二节加筋挡墙结构计算在加筋体中，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，如图简化破裂面图所示。第二节加筋挡墙结构计算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；破裂面把加筋体分成两部分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。第二节加筋挡墙结构计算(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。如图下图所示，第二节加筋挡墙结构计算路堤式挡土墙：路肩式挡土墙：一般情况下，距墙顶面深度为Zi的第i层拉筋所受的最大拉应力Ti为：

在最大拉应力点上不存在切应力，主要是垂直应力σv和水平应力σH。加筋层某一深度的水平应力σH用筋带来局部平衡。γ1--挡土墙内填土重度(kN/m3)；γ2--挡土墙上填土重度(kN/m3)；h—车辆荷载换算的等代土层厚度(ｍ)h1—挡土墙上填土载换算的等代土层厚度(ｍ)第二节加筋挡墙结构计算第二节加筋挡墙结构计算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(a)计算。(a)[Kf]—拉筋要求的抗拔稳定系数，一般取1.2~2.0；f'—拉筋与填土的摩擦系数；bi—第i单元拉筋宽度总和(m)；Ti—拉筋所受拉力(kN)。

路肩式挡土墙路堤式挡土墙第二节加筋挡墙结构计算拉筋总长度按照下式计算:L1i—第i层稳定区内筋材长度(m)L2i—第i层活动区拉筋长度(m)当时β—简化破裂面的倾向部分与水平面的夹角当时拉筋长度的实际设计采用值，可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。1、墙高小于3m时，采用等长拉筋，拉筋长度≥3.0m；

2、墙高大于3m时，拉筋最小长度≥0.8H，且≥5.0m；3、墙高大于3m时，可以考虑变换拉筋长度；

4、一处挡土墙拉筋不宜多于3种长度，相邻不等长拉筋的长度差≥1.0m；5、采用钢筋混凝土板条作为拉筋材料时，每节长度不宜大于2.0m。第二节加筋挡墙结构计算（四）外部稳定性计算加筋土挡土墙重力式挡土墙地基承载力抗滑移整体滑动抗倾覆验算内容第二节加筋挡墙结构计算1、抗滑移稳定性分析抗滑移稳定系数2、抗倾覆稳定性分析抗倾覆稳定系数水平抗滑力总和倾覆力矩总和抗倾覆力矩总和水平滑移力总和第二节加筋挡墙结构计算地基承载力验算基底应力（e≤L/6）（e＞L/6）3、地基承载力分析此时最小应力为0不同地基偏心矩不同第二节加筋挡墙结构计算4、整体抗滑承载力分析分析方法①条块法②整体法第二节加筋挡墙结构计算第三节加筋挡土墙算例（一）设计资料1.加筋土路肩墙墙高H=11m，分段长度为10m，形式为路肩式挡土墙。2.路基宽度B=41m，路面宽度B｀=39.5m。可知路基路面之间距离为0.75m。3.荷载标准为汽车—超20级。4.加筋体填料：墙后填土均为砂土，砂土容重γ1=19KN/m3，计算内摩擦角φ=35°。墙体采用矩形断面，加筋体宽为14m。5.筋带采用CAT钢塑复合筋带，宽度为30mm，厚度为2mm，容许拉应力[σL]=80Mpa。CAT钢塑复合筋带的拉力系有多根高强钢丝承担，外包裹层塑料主要起保护作用6.土与筋带之间的摩擦系数f*=0.4，加筋体与地基之间的摩擦系数f=0.4。7.地基为粘土，容许承载力根据地质报告8.面板采用50×100cm板厚25cm，混凝土标号为25号，筋带节点水平间距和垂直间距分别为：Sx=0.5m，Sy=0.5m9.以荷载组合Ⅰ进行计算（见下表），[Kf]=2.0。第三节加筋挡土墙算例（二）内部稳定计算1.筋带受力计算1、因挡土墙形式为路肩式挡土墙，所以不考虑加筋体上部填土重力的等代土层厚度。2、只计算汽车—超20级重车荷载作用下的等代土层厚度hc。

（1）荷载布置长度B0的确定《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）的相关规定如下图所示：第三节加筋挡土墙算例

汽车—超20级中的重车为550KN。

前后轴距：

L'=3+1.4+7+1.4=12.8m，车轮接地长度：a=0.2m，第三节加筋挡土墙算例由于扩散长度B0'=19.35m<20m故取B0=B0'=19.35m因此，重车的扩散长度B0'为：

B0'=L'+a+（2H'+H）tg30。

=12.8+0.2+（2×0+11）tg30°=19.35m（2）荷载布置宽度L0的确定根据《公路加筋土工程设计规范》（JTJ015-91）的规定，挡土墙在进行内部稳定计算时，应当首先判断活动区是否进入路基宽度，根据此情况决定L0的限值，由于0.3H=0.3×11=3.3m，故活动区进入路面宽度为2.55m，因此取路基全宽和活动区宽度分别进行计算等代均布土层厚度h。第三节加筋挡土墙算例由《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）的相关规定：由图可计算出路基全宽布置12辆车荷载，活动区布置1辆车荷载。第三节加筋挡土墙算例第三节加筋挡土墙算例因为h2>h1，故L0=3.3m；hc=h2=0.59m根据规范中公式：Ti=Ki（r1hi+r1hc）sxsy

计算得各层筋带所受拉力列于表-1中Ki的计算按下列公式计算：第三节加筋挡土墙算例筋带所受拉力计算表（垂直应力均匀分布法）表—1加筋层号hi（m）kir1hi（kpa）r1hc（kpa）sxsyTi10.50.4139.511.210.252.1421.00.419.011.210.253.0231.50.38728.511.210.253.8442.00.37438.011.210.254.6052.50.36147.511.210.255.3063.00.34857.011.210.255.9373.50.33566.511.210.256.5184.00.32276.011.210.257.02第三节加筋挡土墙算例94.50.30985.511.210.257.47105.00.29695.011.210.257.86115.50.283104.511.210.258.19126.00.271114.011.210.258.48136.50.271123.511.210.259.13147.00.271133.011.210.259.77157.50.271142.511.210.2510.41168.00.27115211.210.2511.06178.50.271161.511.210.2511.70189.00.271171.011.210.2512.34第三节加筋挡土墙算例199.50.271180.511.210.2512.992010.00.27119011.210.2513.632110.50.271199.511.210.2514.282211.00.271209.011.210.2514.922.筋带断面计算根据公式（其中容许应力提高系数K=1.0）计算并列入表-2中。筋带断面计算表（垂直应力均匀分布法）表—2加筋层号拉力Ti（kn）断面面积Ai（mm2）总宽度bi（mm）12.1426.7513.375第三节加筋挡土墙算例23.0237.7518.87533.8448.0024.0044.6057.5028.7555.3066.2533.12565.9374.12537.06376.5181.37540.68887.0287.7543.87597.4793.37546.688107.8698.2549.125118.19102.37551.188128.48106.0053.00第三节加筋挡土墙算例139.13114.12557.063149.77122.12561.0631510.41130.12565.0631611.06138.2569.1251711.70146.2573.1251812.34154.2577.1251912.99162.37581.1882013.63170.37585.1882114.28178.5089.252214.92186.5093.25第三节加筋挡土墙算例根据初步拟定的筋带长度第1—6层为14m，第7—10层为10m，第11—13层为8m，第14—22层为6m，按公式:检算的各层的抗拔稳定系数列入表—3中。

3.筋带长度计算抗拔稳定系数计算表（垂直应力均匀分布法）表—3筋带层号hi

（m）Ti（KN）Li（m）Loi（m）Lei（m）bi（m）r1hi（KPa）Kf10.52.14143.310.70.01349.50.51第三节加筋挡土墙算例21.03.02143.310.70.018919.01.0231.53.84143.310.70.02428.51.5242.04.60143.310.70.028838.02.0452.55.30143.310.70.033147.52.5463.05.93143.310.70.037157.03.0573.56.51103.36.70.040766.52.2384.07.02103.36.70.043976.02.5594.57.47103.36.70.046785.52.87105.07.86103.126.880.049195.03.27115.58.1982.865.140.0512104.52.69126.08.4882.605.40.053114.03.08第三节加筋挡土墙算例136.59.1382.345.660.0571123.53.50147.09.7762.083.920.0611133.02.61157.510.4161.824.180.0651142.52.98168.011.0661.564.440.0691152.03.37178.511.7061.304.70.0731161.53.79189.012.3461.044.960.0771171.04.24199.512.9960.785.220.0812180.54.712010.013.6360.525.480.0852190.05.212110.514.2860.265.740.0893199.55.732211.014.926060.09332096.27第三节加筋挡土墙算例从表—3可知除第1—3层筋带抗拔稳定系数Kf<[Kf]=2.0外其余各层的Kf值均大于2.0。为此采用Kf=2.0反求第1—3层筋带所需总宽度bi第三节加筋挡土墙算例设计采用值：CAT钢塑复合筋带的用量应以偶数的根数表示，因此需将计算筋带数量进行适当的调整，从而确定设计采用数量。根据采用的筋带数量计算抗拔稳定系数Kf的值。

将计算结果列入表—4中。

通过增加筋带的总宽度来调节抗拔稳定系数使之满足大于或等于2.0的要求。第三节加筋挡土墙算例表—4筋带层号筋带计算宽度（m）筋带数量筋带总宽度bi（m）采用的Kf计算数量（根）采用数量（根）10.05261.7520.062.2820.03711.2420.063.2330.03151.0520.063.8140.02880.9620.064.2450.03311.1020.064.6060.03711.2420.064.9470.04071.3620.063.2880.04391.4620.063.48第三节加筋挡土墙算例90.04671.5620.063.68100.04911.6420.063.99110.05121.7120.063.15120.0531.7720.063.48130.05711.9020.063.67140.06112.0440.125.12150.06512.1740.125.49160.06912.3040.125.86170.07312.4440.126.23180.07712.5740.126.60190.08122.7140.126.96第三节加筋挡土墙算例200.08522.8440.127.33210.08932.9840.127.70220.09333.1140.128.07第三节加筋挡土墙算例(三)外部稳定计算1.基底底面地基应力验算按规范规定当挡土墙进行外部稳定性验算时L0的取值及等代土层厚度h布置的范围均为路基全宽度第三节加筋挡土墙算例根据《公路加筋土工程设计规范》（JTJ015-9