浅议加筋土挡墙在道路工程中的应用

[摘 要] 加筋土挡墙因其施工方便、节省材料、对地基基础要求较低和经济性能佳等优点,在道路工程中得到了广泛的应用。本文阐述了其基本力学原理和设计方法,可供参考。

[关键词] 加筋土 挡墙 道路 控制

1前言

加筋土挡墙技术最早是由法国建筑工程师亨利·维达尔于1963年提出的,他开创性的研究引导了加筋技术的产生和发展,最早采用的是钢带加固。法国于1965年在比利牛斯山的普拉聂尔斯修建了第一座加筋土挡墙,1967-1968年间,法-意高速公路上大量传统的结构修改成加筋土结构,墙的高度最高可达23m。1972年美国首次在加利福尼亚州洛杉矶东北部的39号高速公路上应用了加筋土挡墙技术,此后,美国先后修建了多达7000多处的加筋土挡墙,其中最高高度达28m。近40年间,世界上有52个国家先后修建了29000多处加筋土结构,加筋土挡墙技术在世界范围内得到了大力的推广和应用。加筋土挡墙技术自70年代末在我国开始应用以来,目前已广泛应用于公路、铁路、水利、水运、市政、煤矿、林业、环境等部门或行业的工程建设中。研究加筋土挡墙在道路工程中的应用原理和设计方法具有重要的现实意义,本文将针对这一课题展开研究,以期为工程实践提供指导。

2加筋土挡墙的应用原理

加筋土的作用机理多是应用摩擦加筋理论来解释,拉筋所起的作用分为两种:一是在土体竖向压力作用时,埋入土中的拉筋与土之间的摩擦力,会阻止土体产生侧向膨胀。当垂直压力增加时,水平约束力也成正比例增加。二是加筋土中作用于墙背上的土压力经墙背将土压力传给拉筋,填土与拉筋之间的摩擦阻力会阻止拉筋拔出,因此只要拉筋材料具有足够的抗拉强度,筋与土之间具有足够的摩阻力,即足够的锚固长度。则加筋的土体就可以保证稳定。拉筋不被拔出时所需的摩擦关系应为:

要求拉筋不仅要有一定的抗拉强度,而且还要有足够的锚固长度。

由实验室模型实验和场地加筋土挡土墙实际测定的结果表明其拉力分布曲线如图1所示。从图1可以看出其特征是:

(1)拉筋上的最大拉力点不是出现在拉筋与墙面板的连接处,而是在加筋墙体内部,拉筋端点拉力约等于最大拉力的0.75倍。

(2)各层最大拉力点的连线,其形状近似一对数螺旋线,为简化计算,下部与墙面板踵部连接,与主动破裂面交在墙高二分之一处,上部近似一垂直线至填土表面。面板距破裂面的水平距离≤0.3H。靠近面板部分的土体为破坏区,该处拉筋有被拉力拉动的倾向,称为非锚固区(活动区)。破裂面以后部分称为锚固区(稳定区),该处土体有握住拉筋的倾向。非锚固区内的拉筋长度称为无效长度,锚固区内的拉筋长度称为有效长度。

需要提出的是,对于低强度、低模量、大变形的材料不能完全限制土的变形,这时需要考虑拉筋的变形性质。但一般工程上不希望土工材料具有大的延伸率,故钢带、钢筋混凝土筋带、高强度高模量的加筋塑料带等被广泛使用。

3.加筋土挡墙的设计计算

3.1计算内容

加筋土挡墙的设计总体上可以分为构造设计和结构设计。构造设计中,应根据有关规范,结合工程的使用要求、工作条件和环境条件,选择加筋材料和填料等。一般地,首先根据经验确定一个初始核算断面,初设加筋材料长度为0.7H(H为挡土墙的高度),如果墙后填土为斜坡式填土面还有超载作用,可设为0.8H。加筋土挡墙的结构设计计算主要分为两类:内部稳定计算和外部稳定计算。内部稳定计算,即是指加筋材料抗拉强度计算和抗稳定计算;外部稳定计算则是用于解决筋土形成的复合体墙的整体稳定、滑动稳定、倾覆稳定、沉降及基础的稳定及基底应力等问题。

3.2内部稳定计算

3.2.1筋带拉力的计算

我国公路加筋土工程设计规范计算筋带的拉力采用正应力均匀分布法,假定加筋体后的填土压力对加筋体内部的垂直应力不产生影响,则结点的拉筋拉力为:

3.2.2抗拔稳定性的计算

抗拔稳定性计算主要验算加筋带与土产生的摩擦力是否足以抵抗下滑土体产生的拉拔力。我国公路、水运加筋土工程规范采用0.3H型破裂面。土中筋带位于主动区和稳定区,位于主动区的长度为无效长度,位于稳定区的长度为有效长度,抗拔稳定性计算就是要求筋带有效长度与土产生的摩擦阻力大于土体下滑产生的拉拔力。对于条带式拉筋,可以忽略拉筋的则向摩擦阻力,则深度为Zi处的筋带的摩擦阻力为:

3.3外部稳定计算

筋带除要满足内部稳定的要求外,还要满足外部稳定的要求。外部稳定计算中抗水平滑动稳定性、抗深层滑动稳定性、倾覆稳定性、基地应力和沉降的计算,都是将筋土共同体看成一刚性墙,计算方法与普通重力挡土墙相似。挡土墙的整体稳定计算,即考虑加筋体与地基及后方部分填土的整体稳定,采用边坡稳定的方法进行验算,常采用圆弧法计算,一般不考虑圆弧穿过加筋层的情况。

4.结语

目前,我国基础设施的建设正经历着新一轮的发展高潮,道路工程项目随处可见。加筋土挡墙因其施工方便、节省材料、节省占地、对地基基础要求较低、价格经济等优点,必将在道路工程中得到更为广泛的应用。加筋土挡墙的发展前景依赖于设计理论的逐步完善和施工实践经验的日积月累,工程技术人员需要发挥主观能动性,以推动这项技术的发展和完善。

参 考 文 献

[1] 交通部第二公路设计院.公路设计手册[M].北京:人民交通出版社,1996

[2] 陈希哲。土力学地基基础[M]。清华大学出版社,1997。

[3] 何光春.加筋土工程设计与施工[M].北京人民交通出版社,2000■

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