第十一次課 (加筋土擋土墻)（基礎(chǔ)課堂）

1、回 憶 墻體抵抗繞墻趾向外轉(zhuǎn)動(dòng)以致傾覆的能力?？箖A覆穩(wěn)定性驗(yàn)算要點(diǎn)1凌云書屋回 憶1）抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 墻體抵抗繞墻趾向外轉(zhuǎn)動(dòng)以致傾覆的能力，用抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)表示。計(jì)算公式為：2凌云書屋 加筋土擋土墻概述1加筋土擋土墻構(gòu)造2加筋土擋土墻設(shè)計(jì)3加筋土擋墻穩(wěn)定性驗(yàn)算43凌云書屋4凌云書屋5凌云書屋6凌云書屋7凌云書屋8凌云書屋 加筋土擋土墻一、加筋土擋墻的原理及構(gòu)造1.1 結(jié)構(gòu)與擋土原理1.2 加筋土加固機(jī)理1.3 加筋土擋土墻構(gòu)造9凌云書屋1.1 結(jié)構(gòu)與擋土原理 加筋土擋土墻是由基礎(chǔ)、墻面板、帽石、拉筋和填料等幾部分組成，如圖4-1所示。其擋土原理是依靠填料與拉筋之間的摩擦力來平衡墻面所承受的水

2、平土壓力，并以基礎(chǔ)、墻面板、帽石、拉筋和填料等組成復(fù)合結(jié)構(gòu)而形成擋土墻以抵抗拉筋尾部填料所產(chǎn)生的土壓力，從而保證了擋土墻的穩(wěn)定。10凌云書屋1.1 結(jié)構(gòu)與擋土原理圖4-1 加筋土擋土墻結(jié)構(gòu)圖11凌云書屋1.1 結(jié)構(gòu)與擋土原理 加筋土擋土墻的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)地基承載力要求低，屬于輕型支擋結(jié)構(gòu)，適合在軟弱地基上建造，施工簡(jiǎn)便，施工速度快，圬工量少，節(jié)省投資，少占地，外形美觀。 加筋土擋土墻一般應(yīng)用于支擋填土工程，由于加筋土擋土墻所具有的特點(diǎn)，在公路、鐵路、煤礦工程中得到較多的應(yīng)用。12凌云書屋1.2 加筋土加固機(jī)理(一) 加筋土基本原理當(dāng)前解釋和分析加筋土的強(qiáng)度主要有兩種觀點(diǎn)。一種把加筋土視為組合材料，用

3、摩擦原理來解釋與分析。另一種把加筋土視為均質(zhì)的各向異性材料，用莫爾一庫(kù)侖理論來解釋與分析，稱為準(zhǔn)粘聚力原理。13凌云書屋1.2 加筋土加固機(jī)理(二) 摩擦原理解釋 在加筋土結(jié)構(gòu)中，填土自重和荷載等其他外力產(chǎn)生的側(cè)壓力作用于面板，通過面板上的筋帶連結(jié)件將此側(cè)壓力傳遞給筋帶，企圖將筋帶從土中拉出。而筋帶材料又被土壓住，于是填土與筋帶之間的摩擦力阻止筋帶被拔出。因此，只要筋帶材料具有足夠的強(qiáng)度，并與土產(chǎn)生足夠的摩阻力，則加筋的土體就可保持穩(wěn)定。14凌云書屋1.2 加筋土加固機(jī)理圖4-2表示兩個(gè)與筋帶相接觸的土顆粒，在摩擦力和垂直于筋帶平面的法向壓力作用下，其合力與筋帶的法向平面成角。顯然，當(dāng)比土顆粒

4、與筋帶之間的摩擦角小或tan 比顆粒與筋帶間的摩擦系數(shù)f小時(shí)，土顆粒與筋帶之間不滑移。這時(shí)，顆粒與筋帶之間好象直接相連接似的在進(jìn)行著作用，如圖4-3所示。15凌云書屋1.2 加筋土加固機(jī)理圖4-2 土顆粒與筋帶間的摩擦圖4-3 土顆粒與筋帶的連接狀態(tài)16凌云書屋1.2 加筋土加固機(jī)理由于筋帶是按一定的間距順?biāo)椒较蚺帕械?，所以筋帶中的拉力是由其接觸的土顆粒傳遞給沒有直接接觸的土顆粒。這種力的傳遞結(jié)構(gòu)目前還在進(jìn)行研究和探索中，一般可近似地考慮為土拱的作用(如圖4-4所示)。這樣，筋帶之間的土層相當(dāng)于在兩條筋帶間填滿袋狀的土(如圖4-5所示)。此時(shí)袋中顆粒的受力可以認(rèn)為與直接同筋帶接觸的顆粒受力一

5、樣。17凌云書屋1.2 加筋土加固機(jī)理圖4-4 筋帶之間土拱作用圖4-5 筋帶間土體穩(wěn)定18凌云書屋1.2 加筋土加固機(jī)理(三)莫爾一庫(kù)侖理論解釋由三軸試驗(yàn)可知，在外力和自重作用下的加筋土試件，由于土中埋置了水平方向的筋帶，在沿筋帶方向發(fā)生膨脹變形時(shí)，筋帶猶如是一個(gè)“約束應(yīng)力( )”，阻止了土體的伸延變形.按照三軸試驗(yàn)條件，加筋土試件達(dá)到新的極限平衡時(shí)應(yīng)滿足的條件為：(4-1)19凌云書屋1.2 加筋土加固機(jī)理 若筋帶所增加的強(qiáng)度以“內(nèi)聚力”Cr加到土體內(nèi)來表示，如圖4-6所示。經(jīng)推導(dǎo)，得：圖4-6 加筋土莫爾圓(4-2)20凌云書屋1.3 加筋土擋土墻構(gòu)造 4.2.1 墻面板 4.2.2 拉

6、筋 4.2.3 拉筋與面板的連接 4.2.4 填料 4.2.5 墻面板下基礎(chǔ) 4.2.6 沉降縫與伸縮縫 4.2.7 帽石與欄桿 21凌云書屋1.2.1 墻面板保證拉筋、填料、墻面板構(gòu)成一個(gè)具有一定形狀的整體。有足夠的強(qiáng)度，保證拉筋端部土體穩(wěn)定。面板形狀有十字形、六角形、矩形、槽形、L形等，安裝時(shí)使楔口相互銜接。墻面板應(yīng)預(yù)留泄水孔，板后填筑細(xì)粒土?xí)r，應(yīng)設(shè)置反濾層。22凌云書屋1.2.2 拉筋拉筋應(yīng)具備有較高抗拉強(qiáng)度，有韌性，變形小，與填土間有較大摩阻力，抗腐蝕，便于制作，價(jià)格低廉。拉筋從材質(zhì)上可以分為金屬、鋼筋混凝土、CAT鋼塑復(fù)合材料、竹片、聚丙烯土工帶、土工格柵等。23凌云書屋1.2.2

7、拉筋 拉筋形狀、結(jié)構(gòu)、材質(zhì)應(yīng)最大限度地滿足如下基本特性：1、拉筋要求具有較高的抗拉強(qiáng)度，以保證結(jié)構(gòu)物的安全；2、拉筋應(yīng)具有較好的柔性、韌性，以適應(yīng)變形能力；24凌云書屋1.2.2 拉筋3、拉筋與填土之間應(yīng)具有較大的摩擦系數(shù)；4、要求拉筋在拉力的作用下，只容許產(chǎn)生一定的變形量；5、要求拉筋有良好的抗疲勞性能，具有抗老化、耐腐蝕及化學(xué)穩(wěn)定性好的特征；6、拉筋與面板的連結(jié)必須牢固可靠；7、要求拉筋的斷面形狀簡(jiǎn)單，便于加工制作，適合工廠化成批生產(chǎn)； 8、經(jīng)濟(jì)上合理。25凌云書屋1.2.3 拉筋與面板的連接 面板與拉筋必需有堅(jiān)固可靠的連接，具有耐腐蝕性能。 鋼筋混凝土拉筋與墻面板之間，串聯(lián)式鋼筋混凝土拉

8、筋節(jié)與節(jié)之間的連接，一般應(yīng)采用焊接。金屬薄板拉筋與墻面板之間的連接一般采用在圓孔內(nèi)插入螺栓連接。26凌云書屋1.2.3 拉筋與面板的連接對(duì)于聚丙烯拉筋與面板的連接，可用拉環(huán)，也可以直接穿在面板的預(yù)留孔中(如槽形板)。對(duì)于埋人土中的接頭拉環(huán)，都以浸透瀝青的玻璃絲布繞裹兩層防護(hù)。27凌云書屋1.2.4 填料 填料必須易于填筑和壓實(shí)，與拉筋之間有可靠的摩阻力，不應(yīng)對(duì)拉筋有腐蝕性。填料應(yīng)選擇有一定級(jí)配滲水的砂類土、礫石類土(卵石土、碎石土、礫石土)，隨鋪設(shè)拉筋，逐層壓實(shí)。0.3m28凌云書屋1.2.4 填料 對(duì)于泥炭、淤泥、凍結(jié)土、鹽漬土、垃圾土、強(qiáng)膨脹土及硅藻土，禁止使用。填料中不應(yīng)含有大量的有機(jī)物

9、。對(duì)于采用聚丙烯土工帶為拉筋時(shí)，填料中不宜含有兩價(jià)以上銅、鎂、鐵離子及氧化鈣、碳酸鈉、硫化物等化學(xué)物質(zhì)。29凌云書屋1.2.5 墻面板下基礎(chǔ) 基礎(chǔ)采用混凝土灌注或用漿砌片石砌筑。一般為矩形，高為0.250.4m，寬0.30.5m。頂面可作一凹槽，以利于安裝底層面板。對(duì)于土質(zhì)地基，基礎(chǔ)埋深不小于O.5m，還應(yīng)考慮凍結(jié)深度、沖刷深度等。30凌云書屋1.2.5 墻面板下基礎(chǔ)對(duì)軟弱地基，除作必要處理外，尚應(yīng)考慮加大基礎(chǔ)尺寸。土質(zhì)斜坡地區(qū)，基礎(chǔ)不能外露，其趾部到傾斜地面的水平距離應(yīng)滿足要求，見圖4-8。31凌云書屋1.2.5 墻面板下基礎(chǔ)圖4-8 加筋土擋墻護(hù)腳橫斷面圖32凌云書屋1.2.6 沉降縫與伸

10、縮縫由于加筋土擋土墻地基的沉陷和面板的收縮膨脹引起的結(jié)構(gòu)變形、基礎(chǔ)下沉、面板開裂，不但破壞其外觀，同時(shí)也影響結(jié)構(gòu)使用年限。為此，在地基情況變化處及墻高變化處，通常每隔1020m設(shè)置沉降縫。伸縮縫和沉降縫可統(tǒng)一考慮，面板在設(shè)縫處應(yīng)設(shè)通縫，縫寬23cm，縫內(nèi)宜用瀝青麻布或?yàn)r青木板填塞，縫的兩端常設(shè)置對(duì)稱的半塊墻面板。33凌云書屋1.2.7 帽石與欄桿 加筋土擋土墻頂面，一般設(shè)置混凝土或鋼筋混凝土帽石。帽石應(yīng)突出墻面35cm，其作用是約束墻面板，同時(shí)，也是為保證人身安全設(shè)置欄桿所需。欄桿高為1.01.5m，欄桿柱埋于帽石中，以保證欄桿的堅(jiān)固穩(wěn)定。34凌云書屋二、 加筋擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算1）拉筋斷裂破壞（

11、內(nèi)部穩(wěn)定性） 在拉筋強(qiáng)度不足，或者拉筋與連接件強(qiáng)度不足。2）土與拉筋間結(jié)合力不足（內(nèi)部穩(wěn)定性） 拉筋與土之間的摩擦力不足造成土體相對(duì)滑移3）外部不穩(wěn)定造成的破壞（外部穩(wěn)定性） 一）加筋土擋墻的破壞形式35凌云書屋二、 加筋擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算1）墻面板后產(chǎn)生如圖的折線剖裂面關(guān)鍵點(diǎn)：折線破裂面，錨固區(qū)，非錨固區(qū)二）計(jì)算基本假定36凌云書屋二、 加筋擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算2）拉筋有效長(zhǎng)度產(chǎn)生有效摩阻力， 不考慮無(wú)效長(zhǎng)度的摩阻力 3）拉筋與填料的摩擦系數(shù)全長(zhǎng) 范圍內(nèi)均勻分布4）每塊墻面板的土壓力均勻分布 二）設(shè)計(jì)計(jì)算基本假定37凌云書屋二、 加筋擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算1）墻背水平土壓力計(jì)算 墻后填料土壓力墻頂面荷載產(chǎn)生的

12、土壓力三）內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算38凌云書屋二、 加筋擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算墻后填料土壓力計(jì)算公式三）內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算39凌云書屋二、 加筋擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算墻頂面荷載土壓力計(jì)算公式1）應(yīng)力擴(kuò)散法三）內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算40凌云書屋二、 加筋擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算墻頂面荷載土壓力計(jì)算公式2）布辛納斯克解法三）內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算41凌云書屋二、 加筋擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算拉筋所受垂直應(yīng)力: 填料部分+頂面荷載部分三）內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算42凌云書屋二、 加筋擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算拉筋長(zhǎng)度計(jì)算: 保證拉力作用下不被拔出 無(wú)效長(zhǎng)度La 有效長(zhǎng)度Lb實(shí)際長(zhǎng)度在計(jì)算基礎(chǔ)上，參考經(jīng)驗(yàn)及規(guī)范確定。三）內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算43凌云書屋二、 加筋擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算拉筋長(zhǎng)度計(jì)算:無(wú)效

13、長(zhǎng)度La，0.3H折線法確定三）內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算44凌云書屋二、 加筋擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算拉筋長(zhǎng)度計(jì)算:有效長(zhǎng)度Lb三）內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算45凌云書屋二、 加筋擋土墻設(shè)計(jì)計(jì)算抗拔穩(wěn)定性驗(yàn)算單根抗拔穩(wěn)定性系數(shù)不小于2.0，最小1.5全墻的抗拔穩(wěn)定性系數(shù)不應(yīng)小于2.0，可按下式計(jì)算三）內(nèi)部穩(wěn)定性驗(yàn)算46凌云書屋三、墻面板設(shè)計(jì)墻面板設(shè)計(jì)首先應(yīng)滿足堅(jiān)固、美觀、方便運(yùn)輸和易于安裝等要求。墻面板的形狀、大小通常根據(jù)施工條件和其他要求來確定?；炷撩姘寰哂泻艽蟮膭傂裕诿姘彘g的水平接縫內(nèi)嵌入軟木板，可使墻身具有一定的抗撓性，有利于減少墻面的整體變形；在垂直方向的接縫內(nèi)嵌入聚氨脂泡沫塑料一類材料，有利于墻體排水。47凌云

14、書屋三、墻面板設(shè)計(jì) 在我國(guó)實(shí)際工程中，加筋土擋墻面板一般采用混凝土預(yù)制件，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不低于C20，面板厚度不小于8cm。加筋土擋墻面板的強(qiáng)度可以按均布荷載作用下的兩端懸臂的簡(jiǎn)支梁進(jìn)行檢算48凌云書屋三、墻面板設(shè)計(jì) 通常墻面板設(shè)計(jì)只需確定墻面板的厚度，可以根據(jù)墻面板的外力與所受最大彎矩進(jìn)行估算。墻面板應(yīng)按下列規(guī)定設(shè)計(jì)計(jì)算：(1)作用于單板的水平土壓力，應(yīng)按均勻分布；(2)單板可沿垂直向和水平向分別計(jì)算內(nèi)力；(3)墻面板與拉筋連接部分的配筋應(yīng)加強(qiáng)；(4)墻面板采用鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(TB 10002.3)按雙向懸臂梁進(jìn)行單面配筋設(shè)計(jì)。49

15、凌云書屋四、 拉筋設(shè)計(jì) (一)鋼筋混凝土拉筋的設(shè)計(jì) 1、鋼筋混凝土拉筋的構(gòu)造及尺寸 鋼筋混凝土拉筋截面可設(shè)計(jì)為矩形，長(zhǎng)度由擋土墻的穩(wěn)定性驗(yàn)算確定，較長(zhǎng)的應(yīng)分節(jié)預(yù)制。拉筋混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C20，鋼筋直徑不得小于8mm。其寬度及厚度可參考表。 拉筋尺寸參考表 主筋直徑筋條厚度筋條寬度20mm8cm1025cm20mm6cm1025cm50凌云書屋四、 拉筋設(shè)計(jì) 表中筋條寬度范圍較大，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)修建擋土墻地段橫向場(chǎng)地尺寸考慮選用，當(dāng)有足夠?qū)挾饶軡M足較長(zhǎng)的筋條長(zhǎng)度時(shí)，可選擇較窄的筋條寬度，以減少無(wú)效區(qū)的拉筋材料用量。 反之可選用較寬的拉筋，以適應(yīng)狹窄地區(qū)的修建，通常當(dāng)墻高在61Om時(shí)選擇15

16、18cm較為合適。51凌云書屋四、 拉筋設(shè)計(jì) 拉筋間距的選擇通常與面板的尺寸相互配合，一般根據(jù)擋土墻墻背上作用的土壓力大小、拉筋的強(qiáng)度、拉筋上承受的有效摩擦阻力來分配拉筋平衡時(shí)所需的密度。通常用下式來確定拉筋的間距：52凌云書屋四、 拉筋設(shè)計(jì) 當(dāng)機(jī)械化施工水平不高，或者無(wú)法進(jìn)行機(jī)械化施工時(shí)，一般采用0.5m2左右的小面板，拉筋的間距不可過大。另一方面間距過大單根拉筋所受外力也相應(yīng)增加，則拉筋的主筋直徑將會(huì)加大。為了控制填土夯實(shí)質(zhì)量起到控制填土分層厚度的作用，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮與分層填土厚度。53凌云書屋四、 拉筋設(shè)計(jì) 拉筋平面形狀大多為矩形，也可將拉筋的平面形狀設(shè)計(jì)為楔形，即等腰梯形，頂短邊在前

17、，底長(zhǎng)邊在后。楔形拉筋在填土中，當(dāng)面板將土側(cè)向拉力傳給拉筋后，使兩側(cè)土體受到楔形拉筋側(cè)壁的擠壓，產(chǎn)生被動(dòng)抗力，從而加強(qiáng)筋土間的相互作用，增加筋土間的摩擦效應(yīng)，提高拉筋的抗拔能力。 鋼筋混凝土楔形體拉筋54凌云書屋四、 拉筋設(shè)計(jì) 2、拉筋主筋的確定 根據(jù)實(shí)測(cè)拉筋的受力狀態(tài)，拉筋上拉力峰值約等于相應(yīng)面板上所承受的側(cè)向土壓力的1.361.87倍，所以在鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(TB 10025-2001)中規(guī)定拉筋的設(shè)計(jì)荷載為安全考慮，采用面板側(cè)向土壓力1.52.0倍考慮。即拉筋所受的拉力為拉筋所處的墻面板范圍內(nèi)的加筋土的水平土壓力與外荷載引起的側(cè)向土壓力之和，再乘以大于1的峰值附加系數(shù)。55凌云書

18、屋四、 拉筋設(shè)計(jì) 拉筋受力可近似地以墻面板中心深度的總側(cè)壓應(yīng)力乘以墻面板的面積來計(jì)算: 鋼筋混凝土拉筋主筋截面可根據(jù)上述計(jì)算方法所得的計(jì)算拉力進(jìn)行設(shè)計(jì)，按下式進(jìn)行計(jì)算： 由式(4-18)求出主筋的截面積后，則可得出其直徑或厚度。(4-18)(4-17)56凌云書屋四、 拉筋設(shè)計(jì)3、拉筋的連結(jié)和防腐 拉筋與面板的連接可采用預(yù)埋鋼筋的方法，面板內(nèi)的預(yù)埋鋼筋通常伸向外側(cè)，并設(shè)置縱橫向加強(qiáng)筋與預(yù)埋連結(jié)鋼筋捆扎，以保證預(yù)埋連結(jié)筋在混凝土內(nèi)有足夠的握裹長(zhǎng)度以及使混凝土受力均勻，其構(gòu)造如圖 所示。57凌云書屋四、 拉筋設(shè)計(jì) 拉筋與面板連接的構(gòu)造58凌云書屋四、 拉筋設(shè)計(jì) 拉筋節(jié)的連接構(gòu)造圖59凌云書屋四、 拉筋設(shè)計(jì)單根拉筋節(jié)之間的連接就是將單根拉筋節(jié)的主筋伸出混凝土板條以外進(jìn)行搭接，搭接長(zhǎng)度根據(jù)主筋直徑按混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范采用雙面搭接電弧焊計(jì)算。為了防止混凝土因?yàn)榘徇\(yùn)或碾壓過程中斷裂，可加入縱橫向4mm的防裂筋，其構(gòu)造如圖 所示。60凌云書屋四、 拉筋設(shè)計(jì)連結(jié)鋼筋經(jīng)電焊連接成一整體后，