加筋挡土墙的计算及其工程

双面加筋挡土墙的计算及其工程应用 苏骏 , , 余天庆 �湖北工业大学土木工程与建筑学院, 湖北 武汉 � ! ! ∀# ∃ 摘 要 % 通过对双面加筋挡土墙的配筋和稳定性进行计算, 得出拉筋拉力、 拉筋拉应力、 绮面板所受土压力沿坡高的分布规 律 , 计算值与实际工程的测试结果比较吻合 , 研究成果可供今后设计类似支挡结构时提供参考。 关键词 % 双面加筋挡土墙 % 拉筋% 土压力 % 稳定性 & ∋ () ∗ (∋ +, − . − / +01 2 − ∗ 3 (1 4 1,. /− 5) 16 4 1+∋ ,. ,. 7 8 自99 ∋ . 6 ,+: ; . 7 ,. 1 1 5 ,. 7 < ==(,1 ∋ +, − . >∗ ?∗ . , ≅∗ Α, ∋. Β,.7 似 “玩,Χ一:,+Δ − /毛韶0. −(− 7Δ, 8 ∗0 ∋ . Ε ∗从 9 � ! !∀ #∃< 3:+5 ∋ 1 + % Φ ∋:16 − . 51 ,. /− 5)) Γ 1 . +∋. 6 :+∋ 3 ,(,+Δ :+∗勿 −. +01 6 − ∗3 (1 51 ,./− 比16 51 +∋而99Η Ι ∋(( , +01 6, :+5, 3∗ +, −. (∋Ι −/ +0 1 +1.: ,ϑ 1 :+51 . 7 +0 − / +01 +1. :,ϑ1 3∋5 , +01 :+5 1: : − / +1.: ,(1 3∋5, +01 (∋+15 ∋ ( 1翻5+ 0 =51 ::∗5) − . +0 1 /∋ )1 Ι15 1− 3+∋ ,. 1 6 Κ Α卜1 51 :∗ (+: − / ) ∋ (1∗( ∋ +,− . ∋51 ,. ∋)) −5 6∋.) 1 Ι ,+0 +01 =5 − +− +Δ Λ1 +1 :+, .7 Κ Α0 1 51 :∗ (+: 1∋. 3 1 ∗: 1 6 ∋: ∋51 /1 51 .) 1 /− 5 /∗ +∗51 :+∗ 6, 1: ∋. 6 61: ,7 .: − / : ,Γ ,(∋5 51+ ∋而99Η :+5∗ )++ 叮1 : ΚΜ) ΔΙ − 5 6 , % 6 − ∗3 (1 51 ,. /− 51 16 51+ ∋而吧 Ι ∋ ((, 招.: ,ϑ1 3∋5, 1 ∋ 5+ 0 =51: :眠, :+∋ 3,(,+Δ 9 引言 现代加筋土理论是由法国工程师 Ε1 . 5, Κ Ν ,6 ∋ (于 9Η ∀Ο 年首先提出 , 并在工程上开始使用 , 我国自 9Η Π# 年应用加筋土技术以来 , 迄今己获得了巨大的经济和社会效益 。 双面加筋挡土墙结构就是在路堤两侧同时 设置挡墙的一种新型支挡结构 , 是由填土 、 拉筋和面板组成的一种复合体 , 面板可人工安装 , 填土采用压 路机分层碾压 , 具有成本低 、 材料耗费少 、 构件轻等优点 , 因双面加筋挡土墙的两侧面板采用拉筋直接对 拉 , 通过拉筋与填料间的摩擦作用 , 使得土体的物理和力学性质得到了很大的改善 , 从而增强了原土体的 强度 、 稳定性和抵御外荷载的能力 。 由于该结构充分利用了材料的特性 , 又是一种柔性结构 , 对软弱地基 的适应性和承受变形的能力强 , 具有广阔的应用前景 。 其构造形式如图 9 所示 。 图 9 ‘ 双面加筋挡土墙结构示愈图 作者简介 % Κ 苏 骏 � 9Η Π” , 男 Κ 安徽人 Κ 剧教授 Κ 博士 , 主要从, 结构理论与计算研究 �:∗ Θ( .Η 的 9∀ Κ 。−Κ ∃ 余天庆 � 9Η � ∃ , 男 , 江西人 , 教授 , 博士生导师 Κ 主耍从事固体力学的计算研究 Κ 99一 Ρ 9 · 尽管加筋挡土墙结构的理论研究和实际应用已取得了一定的进展 , 但关于双面加筋挡土墙结构的计算 理论和工程应用等研究较少 。 本文从内部稳定性和整体稳定性两方面对双面加筋挡土墙结构的配筋和稳定 性进行计算 , 并与实际工程的测试结果进行比较, 研究成果为今后类似工程设计和推广应用提供参考。 Ο 双面加筋挡土墙的计算 Ο Κ 9 土压力系数 我国公路 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 采用正应力均匀分布法【‘, , 对墙背土压力的计算采用了变系数法 , 其计算土压力系数见 图 Ο 。 Σ−一 Μ ,哥 Σ∋ 图 Ο 土压力系数沿深度分布 当 Τ , ‘ ∀Γ 时 , Μ ‘ Υ Μ 。�(一 Τ , ς ∀ ∃ Ω Μ 。 Τ ‘ς ∀ �Ξ ∃ 当 Τ , 之 ∀Γ 时 , Μ ‘ Υ Μ 。 �Ο ∃ 式中 % Μ , 为加筋体深度 Τ , 处的土压力系数 Ψ Μ 。为静止土压力系数 , Μ 。 二 9一 :,. 沪Ψ Μ 。为主动土压力系 数 , Μ 。 Υ +∋. ’�’: 。 一沪ς Ο ∃Ψ Ψ Τ ‘为第 , 单元结点到口筋体顶面的垂直距离 �% ∃ Κ Ο Κ Ο 土压力计算 作用于墙背上的土压力双为 % 双 Υ Μ ,口‘ Υ Μ , �姆 , Ω 泌∃ � ∃ 式中 % 口‘为深度 Τ , 的垂直应力 % 5 为挡墙内填土容重 �ΣΖ ς Γ , ∃ Ψ 0 为地面荷载换算的等代均布土层厚 度 �Κ ∃ Ψ Ο Κ 配筋计[ 拉筋拉力 不 Υ 式>Ξ : , Υ Μ ‘�片‘ Ω 油∃: Ξ凡 �� ∃ 式中 % 不为第 ,单元拉筋所受拉力Ψ :二 、 凡为拉筋节点的水平 、 垂直距离 �。∃ Ψ 拉筋断面面积 % < ‘ Υ 不ς�Μ ∴口 % ]∃ �Ρ ∃ Κ 99 一 Ρ Ο Κ 卜% 】为拉筋容许应力 �⊥=∋ ∃ Ψ < , 为第 , 单元拉筋设计断面面积 �Γ(. _∃ % Μ拉筋材料容许应力提高系数 % Ο Κ � 挡土墙稳定性验算‘, , 加筋挡墙的外部验算包括整体稳定分析计算、 基底抗滑稳定计算 、 抗倾覆稳定计算和基底应力计算等 。 工程实例 宜昌市某一级公路扩建工程从 Μ>ΩΗ Η∀ Κ !� 至 Μ∀ Ω ! Π ∀ Κ !∀ 采用双面加筋挡土墙结构 , 挡土墙高度为 ⎯α⎯∗ , 两侧墙面板为预制混凝土正六边形板 , 面板宽 Η Ο )Γ , 高 # ! )Γ , 厚 :)Γ , 每块面板上连接 � 根拉筋 , 拉筋分 别采用 #Γ % 、 9 !⎯Γ. 两种直径的Ε=ΦΟ Ρ级光圆钢筋 , 拉筋允许应力卜% 】Υ 9 Ρ人刃吼万 , 水平间距 : 二 二 ! Κ ΡΓ , 垂直间距 : , 二 !Κ �!Γ Ψ 行车荷载 �等级为汽一Ο! Ψ 挂一 9! !∃ 及人群荷载等效为 !Κ Ο Γ 高土柱 , 填料为天然 砂砾石 , 容重 ≅ Υ 9Η Κ ∀ΜΖ ς 扩, 内摩擦角少二 #! Ψ ) 二 !人少。 , 基底摩擦系数 Λ Υ! Κ ΟΡ 。 通过上述方法计 算 , 并与现场测试结果进行比较 。 � 计算结果分析 � Κ + 墙背土压力 一 计算值一 , β Κ 实测值 一 主动土压χ 门卜β 静止土压 .���一衬,一‘� 勺!∀#�‘∃%掩娜 ‘ & % 场力∋() ∗ ∃+” ’ ,+ − + !+ .+ /+图 0 墙背侧向土压力与墙高的关系 图 0 给出了墙背侧向土压力沿墙高的分布 , 从图中可以看出 , 公路法计算结果和现场测试的墙背土压 力均沿墙高成非线性分布 , 在墙体上部 , 实测值小于主动土压力 , 在墙体中下部 , 其值介于主动土压力和 静止土压力之间 1 最大土压力均位于墙体下部 , 如在距墙底 2 ∃ . 米处 , 计算值及实测值分别为 03 ∃ 0 4) ∗ 、 ! . ∃ 5 4)∗ , 而主动土压力和静止土压力值分别为 0 3 ∃ 0 4)∗ 、 . + ∃ − .4)∗ 。 ! ∃ − 拉筋拉力及拉应力 拉筋对于双面加筋挡土墙结构的安全非常重要 , 土体和混凝土面板的自平衡需拉筋来维持 , 拉筋的抗 拔阻力和引起墙面板位移的侧向土压力处于动态平衡中 。 根据设计 , 挡土墙中共采用了两种直径的拉筋 , 下部 / 层直径为 2+二 1 上部 25 层直径为 / ∃ ∃ 1 拉筋拉力和拉应力分布如图 ! 、 图 5 所示 。 ∃ 22 一050 ∃ χ 闷卜χ 实测值 χ 奋, 计算值 Κ、椒脚 拉力ς ΜΖ 9!Η∀ΡΠΡ� Ο!Ο 图 � 拉筋拉力沿坡高的分布 χ , χ 实测值 χ 习卜χ 计算值#Η Κ、坦幼 拉应力ς ⊥=∋ ! Ο ! � ! ∀ ! # ! 9 ! ! 图 Ρ 拉筋拉应力力沿墙高的分布 从图 � 、 图 Ρ 可以看出 , 拉筋拉力、 拉应力均沿墙高成非线性分布 , 上部测试值小于计算值 , 下部测 试值大于计算值 , 最大拉力位于墙体底部 , 计算值为 ∀ Κ ΟΗ ΜΖ , 现场测试值 Η Κ Π# ΜΖ , 直径为 9 ! Κ Κ 的 Ε= ΦΟ Ρ 级钢筋的设计拉力为 9∀ Κ �# ΜΖ , 允许拉力为 9! Κ ΡΗ 侧 , 说明拉筋仍处于线弹性范围内 , 在上部荷载作用下 , 拉筋承受纵向拉力和竖向填土压力的共同作用 , 致使上部荷载通过拉筋重新分配 , 拉筋主要通过抗拉性能 来发挥其加筋效果 。 拉筋拉应力在培高 Κ � Κ 处出现突变 , 主要是采用了两种不同直径的拉筋 , 由于直径较粗的拉筋横截 面面积较大 , 其拉应力有所降低 Κ � Κ 档土培趁定性计算 通过对挡土墙基础底地基应力 、 抗倾覆稳定性 、 抗滑移稳定性和整体稳定性进行计算 , 计算结果见 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 9 , 双面加筋挡土墙的外部稳定性满足公路加筋土设计规范规定值要求 。 Κ 9δ 一 Ρ � χ 表 9 稳定性计算结果 口口β �月咕∃∃∃ 口‘。 �犬尹口∃ ΚΚΚ 基底滑移安全系数数 抗倾覆安全系数数 整体滑动安全系数数 ΜΜΜΜΜΜΜ 111 Μ 。 ‘’ ΨΨΨ ε ,’ Μ ·· ΟΟΟ ∀ ∀ Κ ΟΟΟ 9∀ Ο Κ 9 Κ ∀ Ο �∃ 9 Κ ∃∃∃ Η Κ ∀Ο �∃ 9 Κ Ρ ∃∃∃ Ο Κ ΠΟ �∃ 9 Κ ΟΡ∃∃∃ 注 % 括号内的数值为规范规定值 Ρ 主要结论 �9∃ 按公路法计算和现场测试的墙背侧向土压力均沿墙高成非线性分布 , 在墙体上部 , 实测值小于主动 土压力 , 在墙体中下部 , 其值介于主动土压力和静止土压力之间 Ψ 最大土压力均位于墙体底部 。 �Ο ∃ 拉筋拉力 、 拉应力均沿墙高成非线性分布 , 最大拉力位于墙体底部 , 计算值为 ∀ Κ Ο Η ΜΖ , 现场测试值 为 Η Κ Π #ΜΖ , 拉筋处于线弹性范围内 , 在上部荷载作用下 , 拉筋承受纵向拉力和竖向填土压力的共同作用 , 拉筋主要通过抗拉性能来发挥其加筋效果 。 � ∃ 通过对挡土墙基础底地基应力 、 抗倾覆稳定性 、 抗滑移稳定性及整体稳定性进行计算 , 满足公路加 筋土设计规范规定值要求 。 ��∃ 计算结果和现场测试表明 , 双面加筋挡土墙结构满足强度 、 稳定性和安全的要求 , 说明该工程设计 合理 、 结构可靠 , 该挡土墙结构可推广应用于山区高填方路堤工程 。 参考文献 % 【99 中华人民共和国交通部标准 Κ 公路加筋土工程设计及施工规范汇编【川 Κ 北京 % 人民交通出版社 Κ 9ΗΗ ∴Ο] 苏骏 , 双面加筋挡土墙的试验研究及数值模拟分析田] , 武汉理工大学博士论文 , Ο !!Ρ Κ� 9 9 苏骏 , 余天庆 , 吴渝馄 , 范瑛 Κ 双面直立互锚式挡土?Κ 的墉背土压力研究∴Τ] Κ 建筑技术开发 Κ Ο以” Κ 9 �9Ο ∃% 下 # , 9” Κ (’] 高江平 , 俞茂宏 , 胡长顺 , 等 Κ 加筋土挡墙土压力及土压力系数分布规律研究 Κ 岩土工程学报 , Ο !! , ΟΡ �Ρ∃ % Ρ#Ο 一Ρ斜 Κ 【Ρ9<66 1. 3代均Σ 1 Α (, =−+ +: 2 ⊥ , 2∋ 31 1 Φ Κ 2 ,:=( ∋)1Γ 喇 φ】1对3Χ,+Δ Ζ初Γ 比5 /−5 ⊥ ∗( +,挤− =侧刃 4 1+∋Θ 拍. 7 Ι ∋】9】〕1: Θ7. ∴?γΚ Θ− “用∋ (−/η 1− (1)(? , ?,)∋ (∋, Σ( η 1− , ϑ,, Γ 1. +∋ (;? 啥 Κ , 1 15, .7 , Ο�[∃ (, (Ο ∀� # ∃% Π 9#一 ΠΟ∀ Κ (∀] 鞠海燕 , 李彰明 , 加筋土挡墙设计计算及程序实现闭 , 建筑结构 , Ο !!Ρ , Ρ �9Ο ∃ % 9一 Ο Κ Κ 99一 Ρ Ρ Κ