加筋土挡土墙设计.ppt

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1、1.加筋土挡土墙的结构与基本原理2.加筋土挡土墙内部稳定性分析方法3.加筋土挡土墙外部稳定性分析方法4.加筋材料与加筋土挡土墙的构造设计方法,3.4.1 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。,最长加筋土挡墙工程：5.5km，重庆市区长江滨江公路驳岸墙最高高速公路加筋土挡墙：43.75m，云南楚大高速公路1号墙最高城市道路加筋土挡墙：60m，重庆巫山县集仙路挡墙,3.4.1 概述,一

2、、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,3.4.1 概述,二、加筋土挡土墙类型及其特点,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,3.4.1 概述,特点 1、可装配式施工，施工简便、快速、节省劳力和缩短工期；2、具有一定柔性，能够适应地基轻微变形，且抗振性强；3、

3、可做成很高的垂直挡土墙，对地基承载力要求较低；4、节约占地、造型美观；5、造价低。,3.4.1 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,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,3.4.1 概述,摩擦加筋原理,填土自重和外力产生的土压力作用于墙面板，通过墙面板的拉筋连接件将此土压力传递给拉筋，而拉筋又被土压住，于是填土与拉筋之间的摩擦力阻止拉筋

4、被拔出。因此，只要拉筋材料有足够的强度，并与土产生足够的摩阻力，则加筋的土体就可保持稳定。,3.4.1 概述,莫尔库仑理论（准粘聚力理论）,加筋土结构可以看作是各向异性的复合材料，通常采用的拉筋，其弹性模量远大于填土，拉筋与填土共同作用，包括填土的抗剪力、填土与拉筋的摩擦阻力及拉筋的抗拉力，使得加筋土的强度明显提高。,3.4.1 概述,3.4.1 概述,加筋效果,3.4.1 概述,相当于增加了侧限压力,加固机理,加筋限制了土体的侧向变形，增加了土体的强度,3.4.1 概述,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

5、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,三、加筋土挡土墙的破坏形式,3.4.1 概述,内部破坏形式,3.4.1 概述,3.4.1 概述,外部破坏形式,3.4.1 概述,内部稳定性分析包括,3.4.2 内部稳定性分析,常用计算方法,加筋土看成由土与筋材两种不同性质的材料组成，设计时把筋、土分开计算。,加筋土看成宏观各向异性复合材料，建立一个刚塑性加筋土复合材料模型。,学习主要内容,拉筋拉力计算,拉筋强度验算,拉筋长度计算,拉筋间距的确定,破裂面的形状和位置,土压力计算,拉筋拉力计算,拉筋强度验算,拉筋长度计算,破裂面的形状及位置 筋

6、土分开的计算方法中，加筋土挡土墙面板后填料中的破裂面的形状和位置是确定拉筋尺寸的重要依据。,3.4.2 内部稳定性分析,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。,3.4.2 内部稳定性分析,一、土压力计算,基本假定 1、墙面板承受填料产生的主动土压力，每块面板承受其相应范围内的土压力，将由墙面板上拉筋有效摩阻力抗拔力来平衡。,2、按折线滑面

7、假定，挡土墙内部加筋体分为滑动区和稳定区，两区分界面为土体破裂面。作用于面板上的土压力由稳定区的拉筋与填料之间的摩阻力平衡。,无效长度,有效长度,3、拉筋与填料之间的摩擦系数在拉筋的全长范围相同。4、压在拉筋有效长度上的填料自重及荷载对拉筋产生有效摩阻力，且拉筋上受到的竖直荷载沿拉筋长度均匀分布。,3.4.2 内部稳定性分析,土压力计算,1、作用在墙面板上的水平土压应力,（1）墙后加筋土填料产生的水平土压应力,静止土压力系数,主动土压力系数,3.4.2 内部稳定性分析,（2）墙顶面荷载产生的水平土压应力,方法一：按应力扩散角法计算,交点D不在破裂区，荷载产生的土压力不对墙面板产生影响。,一般取

8、30,3.4.2 内部稳定性分析,方法二：按弹性理论的条形荷载下土中压力公式计算,荷载在挡土墙上产生的侧向土压力,荷载在土体内产生的竖向土压力,3.4.2 内部稳定性分析,2、作用于拉筋位置的竖向土压应力等于填料自重应力和墙顶面荷载产生的竖向土压应力之和。,（1）墙后填料产生的竖向土压应力,（2）墙顶面荷载产生的竖向土压应力,或：,3.4.2 内部稳定性分析,二、拉筋设计,1、拉筋拉力计算 第i层单根拉筋的拉力Ti按下式计算：,3.4.2 内部稳定性分析,第i层单根拉筋对应的墙面板重心处水平土压力强度(kPa)；,3.4.2 内部稳定性分析,2、拉筋截面面积计算与抗拉强度验算（1）抗拉强度验算

9、,2、拉筋截面面积计算与抗拉强度验算（1）抗拉强度验算,水平拉力设计值,3.4.2 内部稳定性分析,2、拉筋截面面积计算与抗拉强度验算（1）抗拉强度验算,水平拉力设计值,筋带材料抗拉性能的分项系数，取1.25,筋带有效净截面积,3.4.2 内部稳定性分析,（2）筋带有效净截面面积规定 扁钢带：设计厚度为扣除预留腐蚀厚度并扣除螺栓孔后的计算净截面积；钢筋混凝土带：钢筋有效净面积为扣除钢筋直径预留腐蚀量后的主钢筋截面面积总和；钢塑复合带、土工格栅、聚丙烯土工带：按统计原理确定其设计截面积和极限强度，保证率为98%；采用土工合成带作拉筋时，需换算为筋带条数，最后取偶数条。,3.4.2 内部稳定性分析

10、,3、拉筋长度的确定和单筋抗拔稳定性验算,3.4.2 内部稳定性分析,3、拉筋长度的确定和单筋抗拔稳定性验算,3.4.2 内部稳定性分析,3、拉筋长度的确定和单筋抗拔稳定性验算,拉筋长度：,3.4.2 内部稳定性分析,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，但采用不等长拉筋时，同等长度拉筋的墙段高度3.0；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

11、筋材料时，每节长度不宜大于2.0m。,3.4.2 内部稳定性分析,全墙抗拔稳定验算公式：,三、全墙抗拔稳定验算,3.4.2 内部稳定性分析,3.4.3 外部稳定性分析,加筋土挡土墙,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,一、填 料,填料特点：易于填筑与压实、与拉筋之间有可靠的摩阻力、不应对拉筋有腐蚀性、水稳定性好。,填料选择 1、通常选择级配良好、且易于渗水的砂类土、砾石类土。2、采用粘性土和其他土作填料时，必须有相应的防水、压实等工程措施。3、填料中不应含有大量的有机物。4、泥炭、淤泥、冻结土、盐渍土、垃圾、白垩土、中强膨胀土及硅藻土，禁止使用。,3.4.4 加

12、筋土挡土墙的构造,5、采用聚丙烯土工带为拉筋时，填料中不宜含有两价以上铜、镁、鉄离子及氧化钙、碳酸钠、硫化物等化学物质。6、采用钢带作拉筋，填料应满足下表中化学和电化学标准。,填料的设计参数应由试验和当地经验确定，无条件时，可参考填土设计参数表。,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,二、拉筋,拉筋材料必须具有以下特性：1、具有较高的抗拉强度，延伸率小，蠕变小，不易产生脆性破坏；2、与填料之间具有足够的摩擦力；3、耐腐蚀和耐久性能好；4、具有一定的柔性，加工容易，接长及与墙面板连接简单；5、使用寿命长，施工简单。,作用：承受垂直荷载和水平荷载，并与填料产生摩擦力。从材质上可分为金属、钢筋混凝土、钢塑

13、复合材料、竹片、聚丙烯土工带、土工格栅等。,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,钢带：一般用软钢轧制，分光面带和有肋带两种。,表面镀锌或采取其它防锈措施,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,钢筋混凝土带 混凝土标号不应低于C20，主筋为3号钢，直径8mm，为防止或减少混凝土被压裂，混凝土内常布设钢丝网；筋带连接多用焊接，也可用螺栓连接，外露钢筋表面采用沥青纤维布处理。,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,聚丙烯土工带 聚丙烯土工带具有造价低，抗拉强度好，不易脆断，使用方便，施工简便等优点；其缺点是低模量、高蠕变，其抗拉强度受蠕变控制，使得墙面位移大或墙面平整性差，影响美观。技术指标 容许应力：断裂强度的1

14、/51/7 延伸率：45 断裂强度：220kPa 断裂延伸率：10 厚度：0.8mm 表面应有粗糙花纹,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,土工格栅：土工网格具有良好的技术特性，已经作为拉筋材料推广使用。,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,第四节 加筋土挡土墙的构造,拉筋一般应水平放置，并垂直于墙面板。,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,拉筋一般应水平放置，并垂直于墙面板。,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,拉筋一般应水平放置，并垂直于墙面板。,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,三、墙面板,作用：防止拉筋间填土从侧向挤出，并保证拉筋、填料、墙面板构成有一定形状的整体。,类型

15、,金属面板：常用钢板、镀锌钢板、不锈钢板等,混凝土面板,钢筋混凝土面板,国内一般采用,板边一般有楔口和小孔，安装时使楔口相互衔接，并用短钢筋插入小孔，将墙面板从上、下、左右串成整体墙面。墙面板后填筑细粒土时，应设置反滤层。,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,墙面板设计应满足下列规定 1、作用于单板的水平土压力，应按均匀分布；2、单板可沿垂直方向和水平方向分别计算内力；3、墙面板与拉筋连接部分的配筋应加强；4、墙面板采用钢筋混凝土预制构件，按双向悬臂梁进行单面配筋设计。面板周边设计成突缘错台楔口，使面板之间能相互嵌接，插销钢筋连接时，钢筋直径不能小于10mm；面板上的拉筋结点，可采用预埋钢拉环、钢

16、板锚头或预留穿孔等形式，露于混凝土外部的钢拉环、钢板锚头应作防锈处理，聚丙烯土工带与钢拉环的接触面应作隔离处理。,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,国内一般采用混凝土或钢筋混凝土预制件 1、混凝土强度等级C20，面板厚度不小于8cm。2、强度可按均布荷载作用下两端悬臂的简支梁检算，对于同一水平线上拉筋连接点超过3个的面板，应按超静定连续梁进行设计；能满足强度要求的素混凝土，按最小配筋率0.2配筋；墙高较大的加筋混凝土挡墙，除进行抗弯强度验算外，还应验算面板的抗剪强度和抗裂性。3、墙面板设计一般只需确定墙面板厚度，可根据墙面板的外力与所受最大弯矩进行估算，墙高小于6m时，面板厚度可不分段设计，而采

17、用同一厚度。4、面板外形主意有十字形、槽形和六角形等；为适应顶部和角隅处的构造要求，需设计异型面板和角隅面板。,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,四、拉筋与面板的连接,面板与拉筋连接必须坚固可靠，耐腐蚀性能应与拉筋相同。钢筋混凝土拉筋与面板之间，串联式钢筋混凝土拉筋节与节之间的连接，一般采用焊接。金属薄板拉筋与墙面板之间的连接一般采用圆孔内插入螺栓连接。聚丙烯拉筋与面板的连接，可用拉环，也可直接穿在面板的预留孔中。埋入土中的接头拉环，以浸透沥青的玻璃丝布绕裹两层防护。,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,

18、拉筋的连接和防腐,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,五、墙面板基础,混凝土浇注或浆砌片石砌筑。一般为矩形，高为0.250.4m，宽0.30.5m。顶面可作一凹槽，以利于安装底层面板。土质地基基础埋深不小于0.5m，还应考虑冻结深度，冲刷深度等。对于软弱地基，除作必要处理外，尚应考虑加大基础尺寸。,土质斜坡地区，基础不能外露，其它要求如图。,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,加筋挡土墙高度大于12m时，墙高的中部宜设宽度不小于2.0m的错台。错台顶部应设不小于20%的排水横坡，并用混凝土板防护；当采用细粒填料时，上级墙的面板基础下应设置宽不小于1.0m，高不小于0.5m的砂砾或灰土垫层。,3.4.4

19、 加筋土挡土墙的构造,六、沉降缝与伸缩缝,在地基情况变化处及墙高变化处，通常每隔1020m设置沉降缝。伸缩缝与沉降缝统一考虑。面板在设缝处应设通缝，缝宽23cm，缝内宜用沥青麻布或沥青木板填塞，缝的两端常设置对称的半块墙面板。,七、帽石与栏杆,加筋挡土墙顶面，一般设置混凝土或钢筋混凝土帽石。帽石突出墙面35cm，其作用是约束墙面板。栏杆高1.01.5m，栏杆柱埋于帽石中，以保证栏杆坚固稳定。,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,八、加筋体的横断面形式,加筋土的断面尺寸由内部稳定性和外部稳定性的计算确定。一般情况下，上部筋带长度由抗拔稳定性所决定，而下部筋带长度则取决于加筋体的抗滑移稳定性、抗倾覆稳

20、定性、地基承载力以及加筋体的整体抗滑移稳定性等中的一种或若干种因素。,3.4.4 加筋土挡土墙的构造,基坑施工 1、开挖基坑，并予以夯实。如地基土质松软，应进行处理，然后现浇或铺设预制的混凝土基础。2、多雨地区，基础和加筋土体后面应设置排水层，土体后侧面修筑排水沟。面板制作及安装 1、混凝土或钢筋混凝土可在工厂或工地预制。2、面板安装必须挂线施工，保证墙面板的竖直、水平安放，最下一层面板与基础连接处宜用座浆。3、安装面板可向内倾斜1/1001/200，作为填料压实时面板外倾预留度。,加筋土挡土墙施工,填土工程 1、碾压前应作碾压实验，根据施工机械及方法，填料性质及规定的压实度，确定填料厚度，碾

21、压遍数。2、不透水性材料，应随时控制含水量。3、每层填料摊铺后，及时碾压，分层压实。4、填料压实应有利于固定拉筋，稳定面板，应注意压实顺序。5、压实机械距面板不得小于1.0m，该范围内应用轻型设备夯实，以防面板错位。6、卸料与面板距离不小于1.5m。7、机械运行方向与拉筋方向垂直，所有机械均不得在未覆盖填料的拉筋上行驶与停车。,3.4.5 加筋土挡土墙施工,拉筋铺设 1、当填料已至拉筋位置，首先平整已夯实的填土表面。2、钢板拉筋，应保持平直，铺设时拉筋与填料表面应密贴，如不密贴可摊铺砂子。3、钢筋混凝土拉筋与填料表面应密贴，连接件应采取相应的防腐措施。4、聚丙烯土工带，当填料表面到达拉筋位置时，平整填料表面，便可铺设。先将拉筋穿入面板预留孔或预埋铁环中，紧拉尾筋，向上铺摊填料，保证拉筋平直。,3.4.5 加筋土挡土墙施工,1、内部稳定性分析与外部稳定性分析的区别？2、拉筋长度由哪几部分组成？为什么位于上层的拉筋需要的长度往往较大？3、土中加筋可起什么作用？怎样才能使拉筋发挥最大作用？4、加筋土挡墙墙面所受到的土压力，同重力式挡土墙有什么不同？,讨 论,