挡土墙设计

第八章 挡土墙设计 第八章 挡土墙设计 第8-1节​ 概述 一、挡土墙的分类及用途 为防止路基填土或山坡土体坍塌而修筑的承受土体侧压力的墙式构造物，称为挡土墙。在公路工程中，它广泛地用于支撑路堤填土或路堑边坡，以及桥台、隧道洞口和河流堤岸等处。 路基工程中，挡土墙的建筑费用较高，故路基设计时，应与其他可能的工程进行技术经济比较，择优选定。 公路工程中的挡土墙主要按下述几种方法进行分类。 按照挡土墙设置的位置，挡土墙可分为：路堑墙、路堤墙、路肩墙和山坡墙等类型，如图2-5-1所示。 按照结构形式，挡土墙可分为：重力式挡土墙、锚定式挡土墙、薄壁式挡土墙、加筋土挡土墙等。 按照墙体材料，挡土墙可分为：石砌挡土墙、混凝土挡土墙、钢筋混凝土挡土墙、钢板挡土墙等。 挡土墙各部分名称如图2-5-1a)所示。靠回填土或山体的一侧面称为墒背；外露的一侧面称为墙面．也称墙胸；墙的顶面部分称为墙顶；墙的底面部分称为基底或墙底；墙面与墙底的交线称为墙趾；墙背与墙底的变线称为墙踵；墙背与铅垂线的夹角称为墙背倾角a。 挡土墙设置位置不同，其用途也不相同。 路堑墙设置在路堑边坡底部，主要用于支撑开挖后不能自行稳定的山坡，同时可减少挖方数量，降低挖方边坡的高度(图2-5-1a)。 路堤墙设置在高填土路提或陡坡路堤的下方，可以防止路堤边坡或路堤沿基底滑动，同时可以收缩路堤坡脚，减少填方数量，减少拆迁和占地面积(图2-5-1b)。 路肩墙设置在路肩部位，墙顶是路肩的组成部分，其用途与路堤墙相同。它还可以保护临近路线的既有的重要建筑物(图2-5-1c)。沿河路堤，在傍水的一侧设置挡土墙，可以防止水流对路基的冲刷和侵蚀，也是减少压缩河床的有效措施(图2-5-1d)。 山坡墙设置在路堑或路堤上方，用于支撑山坡上可能坍滑的覆盖层、破碎岩层或山体滑坡(图2-5-1e、图2-5-1f)。 为一个整体。在这个整体中起控制作用的是填土与拉筋之间的摩擦力。面板的作用是阻挡填 土坍落挤出，迫使填土与拉筋结合为整体。 加筋土挡土墙属于柔性结构，对地基变形适应性大，建筑高度大，具有省工、省料、施工方便、快速等优点，适用于填土路基。 3．锚定式挡土墙 锚定式挡土墙可分为锚杆式和锚定板式两种。 锚杆式挡土墙是由预制的钢筋混凝土立柱、挡土板构成墙面，与水平或倾斜的钢锚杆联合 组成，如图2-5-3a)所示。锚杆的一端与立柱连接，另一端被锚固在山坡深处的稳定岩层或 土层中。墙后侧向土压力由挡土板传结立柱，由锚杆与稳定岩层或上层之间的锚固力，使墙获得稳定。它适用于墙高较大，缺乏石料或挖基困难地区，具有锚固条件的路堑挡土墙。 锚定板式挡土墙是由钢筋混凝土墙面、钢拉杆、锚走板以及其间的填土共同形成的一种组合挡土结构，如图2-5-3b)所示。它借助于埋在填土内的锚定板的抗拔力抵抗侧土压力，保持墙的稳定。锚定式挡土墙的特点在于构件断面小，工程量省，不受地基承载力的限制，构件可顶制．有利于实现结构轻型化和施工机械化。它适用于缺乏石料地区的路肩墙或路堤墙； 4．薄壁式挡土墙 薄壁式挡土墙属于钢筋混凝土结构，可以分为悬臂式和扶壁式两种。 第8-2节 重力式挡土墙的构造与布置 常用的重力式挡土墙，一般由墙身、基础、排水设施和沉降、伸缩缝等几部分组成。 (一)墙身 1．墒背 根据墙背倾斜方向的不同，墙身断面形式可分为仰斜、垂直、俯斜、凸形折线式和衡重式等几种．如图2-5-5所示。 以仰斜、垂直和俯斜式三种不同的墙背所受的土压力，在墙高和墙后填料等条件相同时，仰斜墙背所受的土压力为最小，垂直墙背次之，俯斜墙背较大；因此仰斜式的墙身断面较经济。用于路堑墙时，墙背与开挖的临时边坡较贴合，开挖量与回填量均较小。但当墙趾处地面横坡较陡时，采用仰斜式墙背会增加墙高，断面增大。故仰斜墙背适用于路堑墙及墙趾处地面平坦的路肩墙或路堤墙。仰斜墙背的坡度愈缓，所受的土压力愈小，但施工愈困难，故仰斜墙背的坡度不宜缓于1：0.3。 俯斜墙背所受的土压力较大，相对而言，俯斜墙背的断面比仰斜式要大。但当地面横坡较陡时，俯斜式挡土墙可采用陡直的墙面，从而减小墙高。俯斜墙背的坡度缓些固然对施工有利，但所受的土压力亦随之增加，致使断面增大，因此墙背坡度不宜过缓，通常控制a<21°48′(即1：0.4)。 垂直墙背的持点介于仰斜和俯斜墙背之间。 凸形折线墙背系将仰斜式挡土墙的上部墙背改为俯斜，以减小上部断面尺寸，故其断面较为经济，多用于路堑墙，也可用于路肩墙。 衡重式墙背可视为在凸形折线式的上下墙之间设一衡重台，并采用陡直的墙面。上墙俯 斜墙背的坡度通常为1：0.25~1：0.45，下墙仰斜墙背的坡度一般在1：0.25左右，上下墙的墙高比一般为2：3。适用于山区地形陡峻处的路肩墙和路堤墙，也可用于路堑墙。 2．墙面 墙面一般为平面，墙面坡度除应与墙背的坡度相协调外，还应考虑到墙趾处地面的横坡度(影响挡土墙的高度)。当地面横坡度较陡时，墙面可直立或外斜1：0.05~1：0.20，以减少墙高；当地面横坡平缓时，一般采用1：0.20~1：0.35较为经济。 3．墙顶 重力式挡土墙可采用浆砌或干砌圬工。墙顶最小宽度，浆砌时边不小于50cm；干砌时应不小于60cm。干砌挡土墙的高度一般不宜大于6m。浆砌挡土墙墙顶应用5号砂浆抹平，或用较大石块砌筑，并勾缝。浆砌路肩墙墙顶宜采用粗料石或混凝土做成顶帽，厚度取40cm。干砌挡土墙顶部50cm厚度内，宜用5号砂浆砌筑，以求稳定。 4．护栏 为增加驾驶员心理上的安全感，保证行车安全，在地形险峻地段的路肩墙，或墙顶高出地面6m以上且连续长度大于20m的路肩墙，或弯道处的路肩墙的墙顶应设置护栏等防护设施。护栏分墙式和柱式两种，所采用的材料，护拦高度、宽度，视实际需要而定。护栏内侧边缘距路面边缘的距离，应满足路肩最小宽度的要求。 (二)基础 地基不良和基础处理不当，往往引起挡土墙的破坏，因此，应重视挡土墙的基础设计。基础设计的程序是：首先应对地基的地质条件作详细调查，必要时须做挖探或钻探，然后再来确定基础类型与埋置深度。 1．基础类型 当地基承载力不足且墙趾处地形平坦时，挡土墙大多数都是直接砌筑在天然地基上的浅 基础。为减少基底应力和增加抗倾覆稳定性，常常采用扩大基础，如图2-5-6a)所示，将墙趾部分加宽成台阶，或墙趾墙踵同时加宽，以加大承压面积。加宽宽度视基底应力需要减少的程度和加宽后的合力偏心距的大小而定，一船不小于20cm。台阶高度按基础材料的刚性角的要求确定，对于砖、片石、块石、粗料石砌体，当用低于5号的砂浆砌筑时，刚性角应不大于35°；对混 所示。台阶的高宽比应不大于2：1．台阶宽度不宜小于50cm。最下一个台阶的宽度应满足偏心距的有关规定，并不宜小于1.5~2.0m。 如地基有短段缺口(如深沟等)或挖基因难(如局部地段地基软弱等)，可采用拱形基础，如图2-5-6d)所示，以石砌拱圈跨过，再在其上砌筑墙身。但应注意土压力不宜过大。以免横向推力导致拱圈开裂。设计时应对拱圈予以验算。 当地基为软弱土层，如淤泥、软粘土等，可采用砂砾、碎石、矿渣或石灰土等材料予以换填，以扩散基底压应力，使之均匀地传递到下卧软弱土层中。 2．基础埋置深度 挡土墙基础，应视地形、地质条件埋置足够的深度，以保证挡土墙的稳定性。设置在土质 地基上的挡土墙，基底埋置深度应符合下列要求： ①无冲刷时，一般应在天然地面下不小于1.0m； ⑦有冲刷时，应在冲刷线下不小于1.0m； ⑦受冻胀影响时，应在冰陈线以下不小于0.25m。非冰胀土层中的基础，例如岩石、卵石、砾石、中砂或粗砂等，埋置深度可不受冻深的限制。 挡土墙基础设置在岩石上时，应清除表面风化层；当风化层较厚难以全部清除时，可根据地基的风化程度及其相应的容许承载力将基底埋在风化层中。当墙趾前地面横坡较大时，基础埋置深度用墙趾前的安全襟边宽度l来控制，以防地基剪切破坏。襟边宽度见表2-5-1。 (三)排水设施 挡土墙的排水处理是否得当，直接影响到挡土墙的安全及使用效果。因此，挡土墙应设置排水设施，以疏干墙后坡料中的水分，防止地表水下渗造成墙后积水，从而使墙身免受额外的静水压力；消除粘性土填料因含水量增加产生的膨胀压力；减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力。 挡土墙的排水设施通常内地面排水和墙身排水两部分组成。 地面排水可设置地面排水沟，引排地面水；夯实回填土顶面和地面松土，防止雨水和地面水下渗，必要时可加设铺砌；对路堑挡土墙墙趾前的边沟应予以铺砌加固，以防止边沟水渗入基础。 墙身排水主要是为了迅速排除墙后积水。浆砌挡土墙应根据渗水量在墙身的适当高度处 布置泄水孔。如图2-5-7所示。泄水孔尺寸可视泄水量大小分别采用5cm×10cm、10cm×10cm、15cm ×20cm的方孔，或直径5~10cm的圆孔。泄水孔间距一般为2~3M，上下交错设置。最下排泄水孔的底部应高出墙趾前地面0.3m；当为路堑墙时，出水口应高出边沟水位0.3m：若为浸水挡土墙．则应高出常水位以上0.3m，以避免墙外水流倒灌。为防止水分渗入地基，在最下一排泄水孔的底部应设置30cm厚的粘土隔水层。在泄水孔进口处应设置粗粒料反 滤层，以避免堵塞孔道。当墙背填土透水性不良或有冻胀可能时，应在墙后最低一排泄水孔到墙顶0.5m之间设置厚度不小于0.3m的砂、卵石排水层或采用土工布。 干砌挡土墙围墙身透水可不设泄水孔。 挡墙排水孔 (四)沉降缝和仲缩缝 为了防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，应根据地基的地质条件及墙高、墙身断面的变化情况设置沉降缝；为了防止圬工砌体因砂浆硬化收缩和温度变化而产生裂缝，须设置伸缩缝。通常把沉降缝与伸缩缝合并在一起，统称为沉降伸缩缝或变形缝。沉降伸缩缝的间距按实际情况面定，对于非岩石地基，宜每隔10~15m设置一道沉降伸缩缝；对于岩石地基，其沉降伸缩缝间距可适当增大。沉降伸缩缝的缝宽—般为2~3cm。浆砌挡土墙的沉降伸缩缝内可用胶泥填塞，但在渗水量大、冻害严重的地区，宜用沥青麻筋或沥青木板等材料，沿墙内、外顶三边填塞，填深不宜小于15m；当墙背为填石且冻害不严重时，可仅留空隙，不嵌填料。 对于干砌挡土墙，沉降伸缩缝两侧应选平整石料砌筑，使具形成垂直通缝。 沉降缝 二、挡土墙的布置 挡土墙的布置是挡土墙设计的一个重要内容，通常是在路基横断面图和墙趾纵断面图上 进行，个别复杂的挡土墙尚应作平面布置。 (一)横向布置 横向布置主要是在路基横断面图上进行，其内容有：选择挡土墙的位置、确定断面形式、绘制挡土墙横断面图等。 1．挡土墙的位置选择 路堑挡土墙，大多设置在边沟的外侧。路肩墙应保让路基宽度布设。路堤墙应与路肩墙 进行技术经济比较，以确定墙的合理位置。当路堤墙与路肩墙的墙高或圬工数量相近，其基础情况亦相仿时，宜做路肩，因为采用路肩墙可减少填方和占地；但当路堤墙的墙高或圬工数量比路肩墙显著降低，且基础可靠时，则宜做路堤墙。浸水挡土墒应结合河流情况布置，以保持水流顺畅，不致挤压河道而引起局部冲刷。山坡挡土墙应考虑设在基础可靠处，墙的高度应保证墙后墙顶以上边坡的稳定性。 2．确定断面形式，绘制挡土墙横断面图 不论是路堤墙，还是路肩墙．当地形陡峻时，可采用俯斜式或衡重式；地形平坦时，则可采用仰斜式。对路堑墙来说，宜采用仰斜式或折线式。 挡土墙横断面图的绘制，选择在起讫点、墙高最大处、墙身断面或基础形式变异处，以及其他必须桩号处的横断面图上进行。根据墙身形式、墙高和地基与填料的物理力学指标等设计资料，进行设计或套用图，确定墙身断面尺寸，基础形式和埋置深度，布置排水设施，指定墙背填料的类型等。 (二)纵向布置 纵向布置主要在墙趾纵断面图上进行，布置后绘制挡土墙正面图，如图2-5-8所示。 1．确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙与路基或其他结构物的连接方式。 路肩墙与路堑连接应嵌入路堑中2~3m；与路堤连接采用锥坡和路堤衔接；与桥台连接 时．为了防止墙后回填土从桥台尾端与挡土墙连接处的空隙中溜出，应在台尾与挡土墙之间设置隔墙及接头墙。 路堑挡土墙在隧道洞口比结合隧道洞门、翼墙的设置情况平顺衔接；与路堑边坡衔接时， 一般将墙顶逐渐降低到2m以下，使边坡坡脚不致于伸人边沟内，有时也可用横向端墙连接。 2．按地基及地形情况进行分段，布置沉降伸缩缝的位置。 3．布置各段挡土墙的基础。 沿挡土墙长度方向有纵坡时，挡土墙的纵向基底宜做成不大于5％的纵坡。当墙址地面 纵坡不超过5％时．基底可按此纵坡市置；若大于5％时，应在纵向挖成台阶，台阶的尺寸随地形而变化，但其高宽比不宜大于1：2。地基为岩石时，纵坡虽不大于5％，为减少开挖，也可在纵向做成台阶。 1．​ 布置泄水孔和护栏(护桩或护墙)的位置，包括数量、尺寸和间距。 5．标注各特征断面的桩号，及墙顶、基础、基底、冲刷线、冰冻线相设计洪水位的标高等。 (二)平面布置 对于个别复杂的挡土墙，如高的、长的沿河挡土墙和曲线路段的挡上墙．除了横、纵向布置外，还应作平面布置，并绘制平面布置图。 在平面图上，应标示挡土墙与路线平面位置的关系，与挡土墙有关的地物、地貌等情况，沿河挡土墙还应标示河道及水流方向，以及其他防护、加固工程等。 在挡土墙设计图纸上，应附有简要说明，说明选用挡土墙设计参数的依据，主要工程数量，对材料和施工的要求及注意事项等．以利指导施工。 1．根据具体情况，通过技术和经济比较，确定墙趾位置； 2．测绘墙趾处的纵向地面线，核对路基横断面图，收集墙趾处的地质和水文等资料； 3．选择墙后填料，确定填料的物理力学计算参数和地基计算参数； 4．进行挡土墙断面形式、构造和材料设计，确定有关计算参数； 5．进行挡土墙的纵向布置； 6．用计算法或套用标堆图确定挡土墙的断面尺寸； 7．绘制挡土墙立面、横断面和平面图。 第8-3节 重力式挡土墙计算 当挡土墙的位置、墙高和断面形式确定后，挡土墙的断面尺寸可通过试算的方法确定，其程序是：①根据经验或标准图，初步拟定断面尺寸；⑦计算侧向土压力；③进行稳定性验算和基底应力与偏心距验算；④当验算结果满足要求时，初拟断面尺寸可作为设计尺寸；当验算结果不能满足要求时，采取适当的措施使其满足要求，或重新拟定断面尺寸，重新计算，直至满足要求为止。 一、库仑主动土压力计算 挡土墙是支挡土体的结构物，它的断面尺寸与稳定性主要取决于土压力；挡土墙的位移 情况不同，可以形成不同性质的土压力。当挡土墙受土体侧压力作用向外位移或倾覆时，土压力随之减小，直到墙后土体达到向下滑动的极限平衡状态时．作用于墙背的土压力称为主动土压力；当挡土墙由于外力作用(如拱桥桥台受到拱圈的推力)向土体挤压移动时，土压力随之增大，直到墙后土体达到向上滑动的极限平衡状态时，土体对墙的抗力称为被动土压力；当挡土墙在原来位置面不产生位移时，作用于墙背的土压力称为静止土压力。 路基挡土墙都可能向外位移或倾覆，墙背受到的土压力为主动土压力。对于墙趾前土体 的被动土压力(即墙前土的反推力)，为偏于安全，往往略去不计。 挡土墙承受的主动土压力，一般可按库仑理论计算。库仑土压力理论假定：墙后填土是松散的、匀质的砂性土；墙体产生位移．使墙后填土达到极限平衡状态，将形成一个滑动土楔体ADC，如图2-5-9所示；其滑裂面是通过墙脚的两个平面，一个是墙背AD面．另—个是通过墙脚的AC面；滑动土楔体是一个刚性整体。根据土楔体静力平衡条件，可解出墙背上的土压力。本节结合路基挡土墙的设计，介绍库仑主动土压力计算方法的具体应用。 虑在内摩擦角这一参数内，按砂性土的公式计算其 主动土压力。 可以按换算前后土的抗剪强度相等的原则或土压力相等的原则来计算换算内摩擦角ΨD 值；通常把粘性土的内摩擦角值增大5°~10°。作为换算内摩擦角，或取换算内摩擦角值为 30°~35°。 此法虽然简单，但是，由于影响土压力数值的因素是多方面的，采用上述换算内摩擦角 值，只与某一特定的墙高相适应，对于墙高小于6m的矮墙是偏于安全的，对于墙高大于6m的高墙则偏于危险。因此，对于矮墙尚可采用这个数值，而对于高墙则应按墙高酌情降低换算内摩擦角，最好核实际的c、Ψ值计算粘性土的主动土应力。 1．​ 力多边形法(数解法) 挡土墙的计算长度，取下述两种长度的较大者： 1．取挡土墙的分段长度(系指两沉降伸缩缝间的距离)，但应不大于15m。 2．取一辆重车的扩散长度，扩散长度可按以下两式计算，但当扩散长度大于15m时，仍用15m(汽车—超20级作用时，重车的扩散长度以不超过20m为度)。 对于汽车—10级或汽车—15级： · B＝4.2十(2a十H)tan30° (2-5-20) 对于汽车—20级和汽车—超20级分别按下式计算： B=5.6+(2a十H)tan30°，B==13.0+(2a十H)tan30° (2-5-21) 式中：B——一辆重车的扩散长度，m； H——挡土墙高度，m； a——挡土墙顶面以上的填料高度,m。 挡土墙上汽车荷载的布置及验算等代均布土层厚度的确定，应符合下列要求： 1．汽车荷载 纵向：当取挡土墙的分段长度时．为分段长度内可能布置的车轮；当取用一辆重车的扩散长度时，为一辆重车。横向：上述L0范围内可能布置的车轮。当为路肩墙时，车后轮外缘应靠墙顶内缘布置；若为路堤墙时，车辆外侧后轮中心至路基边缘的距离应不小于0.5m。 2．验算荷载 荷载应在路面宽度内居中行驶，其等代均布土层厚度规定如下：挂车—100为0.8m，挂车—80为0.64m，履带—50为0.4m(单车道路基为0.67m)。 三、挡土墙稳定性验算 为保证挡土墙在土压力及外荷载作用下，有足够的强度及稳定性，在设计挡土墙时，应验算挡土墙沿基底的抗滑动稳定性．绕墙趾的抗倾覆稳定性，基底应力和偏心距，以及墙身强度等。一般情况下，主要由基底承载力和滑动稳定性来控制设计，墙身应力可不必验算。挡土墙的力学计算取单位长度计算。 (一)作用于挡土墙的力系 挡土墙设计所用的荷裁与荷载组合按交通部部颁标准(JTJ021-89)《公路桥涵设计通用 》的规定采用。 当Kc＜[Kc]，表明挡土墙的抗滑稳定性不足，可考虑采用下列措施，以增加其抗滑动 稳定性。 1．采用倾斜基底，设置向内倾斜的基底，可以增加抗滑力和减少滑动力，从而增加抗滑稳定性。基底倾角，对于土质地基不陡于1：5；对于岩石地基不陡于1：3。 2．采用凸榫基础，在挡土墙基础底面设置混凝土凸榫，与基础连成整体，利用凸榫前土体所产生的被动土压力以增加挡土墙的抗滑稳定性。 3．更换基底土层，以增大基础底面与地基之间的摩擦系数。 4．改变墙身断面形式和尺寸，以增大垂直力系，但单纯扩大断面尺寸，收效不大，也不经济。 (三)抗倾覆稳定性验算 墙趾总的稳定力矩与总的倾覆力矩之比称为抗倾覆稳定系数．用K0表示。 从上述分析可知，合力偏心距e0直接影响到基底应力的大小和性质(拉或压)，如e0过 大，即使基底应力小于地基容许承载力，但由于墙趾压应力σ1与墙踵压应力σ2相差过大，亦可能引起基础产生不均匀沉陷，从而导致墙身过分倾斜，为此应控制偏心距。偏心距e0应符合下列要求： 土质地基：eo≤B/6；石质较差的岩石地基：eo≤B/5；坚硬的岩石地基：eo≤B/4。 (五)墙身断面强度计算 重力式挡土墙一般均属于偏心受压，故截面强度应按偏心受压构件进行验算：通常选择一两个控制性断面进行墙身应力和偏心距验算，如墙身底部、二分之一墙高和断面形状突变处。 1．法向应力验算 如图2-5-17所示，断面1—1为验算截面。若截面以上墙背受的主动土压力为E1，其水平与 当墙身断面出现拉应力时．应考虑裂缝对受剪面积的折减。一般情况下，由于墙身截面的切应力远小于其容许值，可不进行这方面的验算。 第8-4节 加筋土挡土墙 一、加筋土的特点与基本原理 加筋土挡土墙自20世纪60年代初问世以来，以其显著的技术经济效益，被广泛地应用于土木工程中，同时加筋土技术本身也逐渐地完善成熟。加筋土挡土墙的基本构造如图2-5-2 所示。 加筋土挡土墙 加筋土工程有以下特点： 1．可以做成很高的垂直填土，从而减少占地面积，这对不利于开挖的地区、城市道路以及土地珍贵地区而言，有着很大的经济效益。 2．面板、筋带可以在工厂中定形制造、加工，在现场可以用机械分层施工。这种装配式施工方法简便快速，并且节省劳动力和缩短工期。 3．加筋土是柔性结构物，能够适应地基较大的变形，因而可用于较软的地基上。同时，由于加筋土结构所特有的柔性能够很好地吸收地震的能量，故其抗震性好。 4．造价低廉，据国内部分工程资料统计，加筋土挡土墙的造价一般为钢筋混凝土挡墙的50％，重力式挡土墙的60％~80％。 加筋土的基本原理是借助于拉筋与填土间的摩擦力来提高填土的抗剪强度，从而保证土 体平衡。 加筋土体工作时，土和拉筋一起承受外部和内部的荷载，由于土与拉筋之间的摩擦作用， 将士中的应力传递给拉筋，而拉筋所产生的拉应力抵抗了土体的水平位移，就好像在土体中增加了一个内聚力，从而改进了土体的力学特性。因此，土与拉筋间的摩擦作用是加筋土体能否稳定的一个重要因素。 土体与拉筋间的摩擦作用是很复杂的，不仅取决于土壤成分、颗粒粒径级配、拉筋种类及其断面形状相尺寸，而且与环境状况、结构类型、荷载方式等有关。取拉筋小的一个微段dL分析，如图2-5-18所示，设此微段的拉力变化为dT，拉筋宽度为b，作用于拉筋表面土的单位 的摩擦作用，拉筋必须有足够的长度；为了承受拉力Ti，拉筋又必须有足够的强度。 二、加筋土的材料与构造 (一)加筋土填料 填料是加筋土工程的主体材料，对填料的一般要求如下： 易压实；能与拉筋产生足够的摩擦力；满足化学和电化学标准；水稳定性好(浸水工程)。 有一定级配的砾类土、砂类土，与拉筋之间的摩擦力大，是透水性能好，应优先选用；碎石土、结土、中低液限粘质土和稳定土也可采用；腐质土、冻结土等影响拉筋和面板使用寿命的应禁止采用。 填料的设计参数包括容重r、计算内摩擦角Ψ和摩擦系数f等，应由试验或当地经验数据确定。当无上述条件时，可参照交通部部颁标准(JTJ 015—91)《公路加筋土工程设计规范》中相关表选用。 (二)筋带 拉筋的主要作用是与填料产生摩擦力，并承受结构内部的拉力。因此，拉筋必须具有以下特性；具有较高的强度，受力后变形小；较好的柔性与韧性：表面粗糙，能与填料产生足够的摩擦力；抗腐蚀性和耐久性好；加工、接长和与面板的连接简单。 筋带可以分为钢带、钢筋混凝土带和聚丙烯土工带三种。高速公路和一级公路上的加筋 土工程应采用钢带或钢筋混凝土带。 1．扁钢带 扁钢带一般用软钢(3号钢)轧制而成，按其外形又可分为光面带和有肋带两种，断面为扁矩形，宽度不应小于30mm，厚度不应小于3mm。钢带埋在土中容易锈蚀，出此，钢带表面一般应镀锌或采取其他措施进行防锈处理。 2．钢筋混凝土带 钢筋混凝土带的平面为长条形或楔形，断面为扁矩形，宽10~25cm，厚6~10cm。为了施 工方便，钢筋混凝土带应分节顶制，分节长度一般宜小于300cm。为防止混凝土断裂可在混凝土内布设钢丝网。顶制件所用混凝土的强度等级不宜低于C18(即轴心受压应力、主拉应力和弯曲拉应力分别不小于7.0MPa、0.45MPa和0.70MPa)，钢筋直径不得小于8mm。预制件的接长或与面板连接，可采用焊接或螺栓结合，结点处应做防锈处理。 筋带设计拉力由钢筋承担，钢筋截面应考虑锈蚀影响。 3．聚丙烯土工带 聚丙烯土工带的宽度应大于18mm，厚度应大于0.8mm。为提高土工带与填土之间的摩擦力，其表面应压有粗糙花纹。 填料中有尖锐棱角的粗粒料会刺穿或割断土工带，因此，在含有尖锐棱角的粗粒料中不得使用聚丙烯土工带作为拉筋。 (三)面板 面板的主要作用是防止端部土体从拉筋间挤出。 1．一般规定 (1)面板设计应满足坚固、美观、运输方便和易于安装等要求。 (2)面板一般采用混凝土顶制件，其强度等级不应低于C18，厚度不应小于8cm。 (3)面板上的筋带结点，可采用预埋钢拉环、钢板锚头或顶留穿筋孔等形式。钢拉环应采用直径不小于10mm的I级钢筋；钢板锚头应采用厚度不小于3mm的钢板。露于混凝土外部 的钢拉环、钢板锚头应做防锈处理，聚丙烯土工带与钢拉环的接触面应做隔离处理。 (4)面板四周应设企口和相互连接的装置。当采用插销连接装置时，插销直径不应小于10mm。 2．混凝土面板的外形 混凝土面板的外形可选用十字形、槽形、六角形、L形和矩形等，一般尺寸见表2-5-4。墙顶和角隅处可采用异形面板和角隅面板。 三、加筋土挡土墙的构造 加筋土挡土墙一般由加筋体、基础、排水设施和沉降伸缩缝等几部分构成。 (一)加筋体 加筋体墙面的平面线形可采用直线、折线和曲线。相邻墙面的内夹角不宜小于70°。加筋体筋带一般应水平布设并垂直于面板，当一个结点有两条以上筋带时，应扇状分开。当相邻墙面的夹角小于90°时，宜将不能垂直布设的筋带逐渐斜放，必要时在角隅处增设加强筋带。当双面加筋土挡土墙的筋带相互插入时，应错开铺设避免重叠。在拱涵顶部的双面加筋土挡土墙，其下部宜增加筋带用量或采用防止拱两端墙面变位的其他措施。 加筋体的横断面形式—船应采用矩形。当地形、地质条件限制时也可采用上宽下窄或上 窄下宽的阶梯形。断面尺寸由计算确定，底部筋带长度不应小于3m，同时不小于0.4H。 加筋土挡土墙顶部一般应按路线要求设置纵坡；路堤式挡土墙，也可调整两端与路线水平距离，变更墙高，将墙项设计成平坡。设置纵坡的加筋土挡土墙顶部可按纵坡要求设置异形面板，也可将需设异形面板的缺口用浆砌片石或现浇混凝土补齐。 加筋体填料的压实度是保证加筋体稳定性的重要因素之一，应按相关规范的要求采用。 浸水地区的加筋体应采用渗水性良好的土做填料。在面板内侧应设置反滤层或铺设透水土工 织物。季节性冰凉地区的加筋体宜采用非冻胀性土填料，否则应在墙面板内侧设置不小于0.5m的砂砾防冻层。 加筋土挡土墙高度大于12m时，填料应慎重选择。墙高的中部宜设宽度不小于1m的错 台。墙高大于20m时，应进行特殊设计。 (二)基础 加筋体墙面下部应设置宽度不小于0.3m．厚度不小于0.2m的混凝土基础，但属下列情况之一者可不设： 1．面板筑于石砌圬工或混凝土之上； 2．地基为基岩。 加筋体面板基础底面的埋置深度，对于一般土质地基不应小于0.6m，当设置在岩石上时应清除表面风化层。当风化层很厚难以全部清除时，可采用土质地基的埋置深度。浸水地区和冰冻地区的基础埋置深度要求同重力式挡土墙。 软弱地基上的加筋土挡土墙，当地基承载力不能满足要求时，应进行地基处理。加筋土挡土墙的基底可做成水平或结合地形做成台阶形。 (三)排水设施 缩缝，其间距一般与沉降缝一致。 沉降缝、伸缩缝宽度一放为1~2cm，可采用沥青板、软木板或沥青麻絮等填塞。 四、加筋土挡土墙的结构计算 (一)车辆荷载换算 车辆荷载换算的等代均布土层厚度h按下式计算： r——加筋体填土容重，kN／m3； ∑G——布置在B x L0面积内的轮载或履带荷载，KN。 1．B的取值规定 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。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。汽车—超20级作用时，取重车的扩散长度，但不超过20m。平板挂车或履带车作用时，取挡土墙分段长度和车辆扩散长度两者之较大值，但不超过15m。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相距(履带车为零)，m； a——车轮或履带的着地长度，m； H’——加筋体上路提高度，m，如图2-5-2所示； H——加筋体高度，m。 2．L0的取值规定 在内部稳定性分析中，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；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。 3．车辆荷载布置 汽车荷载纵向布置：当B值取挡土墙分段长度时,为分段长度内可能布置的车轮；当取重车的扩散长度时，为一辆重车。 汽车荷载的横向布置：L0范围内可能布置的车轮。车轮中线距路面（硬路肩）或安全带的距离为0.5m。 平板挂车或履带车荷载在纵向只布置一辆。横向为L0范围内可能布置的车轮或履带， 轮中线距路面(硬路肩)或安全带边缘的距离为1.0m。 (二)加筋土挡土墙的破坏形式 加筋土挡土墙的破坏形式有如下三种： 1．拉筋断裂造成的破坏当拉筋的强度不足，或拉筋与连接螺栓的尺寸偏小，或拉筋因腐蚀而强度逐渐下降时，拉筋可能部分或全部被拉断，从而导致加筋体失去内部稳定性。 2．填料与拉筋间的摩擦力不足造成的破坏当填料与拉筋间的摩擦力不足以平衡拉筋所 受拉力时，拉筋与填料可能相对滑动，致使挡土墙发生严重变形。 以上两种破坏形式均与加筋土挡土墙的内部稳定性有关。 3．加筋体的滑动和倾覆破坏当加筋体的外部稳定性不足时，导致加筋体整体产生过大的沿基底的滑动变形或绕墙趾的倾覆变形。 为此，要保证加筋土挡土墙在使用过程中发挥应有的作用，设计时应进行内部稳定性和外部稳定性计算。 加筋土挡土墙设计的首要问题是确定破裂面的形状和位置。由实验室模型试验和实地加 筋土挡土墙原型试验测定的结果表明：拉筋上的最大拉力点不是出现在拉筋与墙面板的连接 处，而是在墙体内部，连接处的拉力约为最大拉力的0.75倍；各层拉筋最大拉力点的连线通过墙面板脚．其形状近似对数螺旋线。在挡土墙的上部，最大拉力线与墙面间距离≤0.3H(H为墙高)。 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2-5-20所示。 破裂面把加筋体分成两部分，破裂面与墙面板之间的部分称为活动区，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；活动区以外的部分称为稳定区或锚固区，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。 (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2-5-21所示，在最大拉应力点E上 拉筋的根数由设计断面面积除以每根拉筋的断面面积确定： 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(2-5-38)计算。 (四)外部稳定性计算 加筋体外部稳定性计算包括基础底面地基承载力验算，基底抗滑稳定性验算和抗倾覆稳 定性验算。计算时假定加筋体结构为刚体，计算方法同重力式挡土墙。 山坡上的加筋体容易出现整体滑动，必要时可增加整体滑动稳定性验算．验算方法同“圆 弧滑动面法”。 对于墙高大于12m的加筋土挡土墙，为增强高墙的安全，应采用总体平衡法进行验算。 因计算工作量很大，此不赘述。