公路高大加筋擋墻設(shè)計(jì)方案的研究
發(fā)布時(shí)間：2010-01-14 共1頁(yè)
加筋土擋墻的修建高度在不斷增加，高度加筋土擋墻（高度超過(guò)20m）在工程實(shí)踐中的應(yīng)用也在逐步增多。但中國(guó)《公路加筋土工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ015-91）〔1〕因高大加筋土擋墻的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試資料可借鑒利用的資料太少，而無(wú)法作有關(guān)規(guī)定或論述；另外1997年美觀聯(lián)邦公路局最新出版的加筋土設(shè)計(jì)與施工指南也未對(duì)特高大加筋土擋墻的設(shè)計(jì)于施工進(jìn)行專門論述。由于這些原因?qū)е鹿こ碳夹g(shù)人員在設(shè)計(jì)高大加筋土擋墻是沿用一般高度的加筋土擋墻設(shè)計(jì)理論與方法，要么使有的方面過(guò)于保守，要么使有的方面不安全。為滿足工程設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，對(duì)于高大加筋土擋墻的研究已迫在眉睫。
1 試驗(yàn)研究概況
進(jìn)行了室內(nèi)模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原型高大加筋土擋墻的試驗(yàn)研究，對(duì)高大加筋土擋墻的垂直土壓力、側(cè)向土壓力和筋帶拉力進(jìn)行了測(cè)試分析。
原型墻為云南楚大高速公路1號(hào)高大加筋土路肩墻。該墻總高度43.75m，后因測(cè)試導(dǎo)線被破壞，其測(cè)試部分高度為H=30.75m筋帶水平間距（Sr）與豎直間距（Sy）均為0.5m，填料為碎石土，其等效內(nèi)摩擦角？＝35°，容量γ＝20kn/m3，mɑ＝tg（45°－？/2）＝0.5206，Kц＝0.271，如圖1所示。室內(nèi)模型墻是對(duì)1號(hào)加筋土擋墻按1：15所修。
2 高大加筋土擋墻設(shè)計(jì)方法
2.1墻背破裂面的型式現(xiàn)有的設(shè)計(jì)規(guī)范的設(shè)計(jì)方法都不能反映破裂面與填料性質(zhì)之間的關(guān)系，利用極限荷載法求出的理論破裂面則能反映出破裂面幾何尺寸h1、h2、b與填料性質(zhì)的關(guān)系。用極限荷載法所求得的破裂面幾何尺寸間圖2對(duì)于路堤墻，H1＝H+H2，H為墻高（ｍ）ｈｏ為車輛荷載的等價(jià)土厚度（ｍ），Hｚ為加筋體上路堤填土高度Hｆ的等價(jià)荷載高度，即衡載（ｃｍ）；γ、？分別為填料的容重（KN/ｍ3）和摩阻角（°）
2.2筋帶拉力計(jì)算方法根據(jù)試驗(yàn)研究和能量方法，在極限荷載法得出的破裂面基礎(chǔ)上，推導(dǎo)得埋深ｈì處拉筋的拉力Tì計(jì)算式如下
（KN）；Kì為測(cè)壓系數(shù)；ｈì為計(jì)算來(lái)臨的拉筋距墻頂距離（埋深）（ｍ）；Sr 、Sy分別為拉筋距墻頂（埋深）（ｍ）；ì為計(jì)算拉筋的層位號(hào)（從上至下），且ì＝ｈì/Sy；ｂ為破裂體頂寬（ｍ）；GAì為車輛荷載分布在第ì層表面的垂直壓應(yīng)力（KPａ）；其余符號(hào)意義同前。
2.3垂直土壓力在室內(nèi)模型試驗(yàn)中，下層垂直土壓力平均較理論土柱壓力值小39％。為此，從安全角度考慮，建議在計(jì)算時(shí)，上部1/3墻高范圍內(nèi)垂直土壓力按ｒｈì理論值折減30％，即垂直土壓力可用式（6）、（7）計(jì)算這一“土拱”現(xiàn)象使得靠筋帶與土體之間摩擦來(lái)穩(wěn)定土體的加筋土擋墻來(lái)說(shuō)，是不利的。也就是說(shuō)，在高大加筋土擋墻的設(shè)計(jì)時(shí)，底部筋帶與土體的摩擦力要進(jìn)行折減，才能安全地確定筋帶的長(zhǎng)度。同時(shí)，這一“土拱”現(xiàn)象對(duì)于高填土下的涵洞卻是非常有利的，即按土柱壓力ｒｈì計(jì)算高填土涵洞頂?shù)拇怪眽毫^(guò)于安全。
由式（6）、（7）計(jì)算可得本研究的理論計(jì)算值，與原型墻實(shí)測(cè)結(jié)果和土柱壓力ｒｈì的對(duì)比分析見表1.由表1可知，本研究推薦的垂直土壓力計(jì)算方法所計(jì)算的垂直土壓力于實(shí)測(cè)垂直土壓力相比較是合理的，與ｒｈì理論計(jì)算值相比則更接近實(shí)測(cè)值，同時(shí)它也是安全的。
在現(xiàn)場(chǎng)原型墻的測(cè)試資料還表明；垂直土壓力曲線在兩個(gè)臺(tái)階分層高度處，也有兩個(gè)臺(tái)階，這反映了由于加載形式的變化對(duì)垂直壓力所產(chǎn)生的影響，即由于分臺(tái)階使土柱壓力所產(chǎn)生的變化，這種變化使得下層土壓力相對(duì)上層土壓力增長(zhǎng)速率減小，這有利于整個(gè)路堤的穩(wěn)定。
2.4面板后側(cè)壓力計(jì)算由室內(nèi)模型試驗(yàn)得到面板側(cè)壓力與筋帶最大拉力之比約為0.8，則由此可得到面板側(cè)壓力計(jì)算式根據(jù)1號(hào)原型墻的有關(guān)參數(shù)按式（8）、（9）所得的面板側(cè)壓力計(jì)算值與原型墻的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值的對(duì)比見表2.計(jì)算時(shí)
由表2可知，本研究推薦的理論計(jì)算方法所得到的側(cè)向土壓力與實(shí)測(cè)值相比，又能更好的接近實(shí)測(cè)值，由此證明本研究提出的計(jì)算式基本可行。
（1） 面板實(shí)測(cè)側(cè)壓力在上部1/3墻高范圍內(nèi)隨墻高的增加呈線性增長(zhǎng)；在中部1/3墻高范圍內(nèi)面板側(cè)壓力隨墻高依然增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)速率趨緩；在下部1/3墻高范圍內(nèi)面板側(cè)壓力隨墻高增加反而減小，這反映了拉筋在替在破裂體整體受力過(guò)程中所起的作用。
（2） 如表2所示，在接近分臺(tái)階處，隨墻高的增加，土體側(cè)壓力均有一個(gè)突變性減少的過(guò)程，這說(shuō)明分臺(tái)處的水泥穩(wěn)定碎石墊層在使其整體受力過(guò)程中是起到了顯著作用的。即上一臺(tái)路堤只是相當(dāng)于整體荷載在下一臺(tái)加筋體上，使得下一臺(tái)側(cè)壓力并非隨墻高而直線增長(zhǎng)，這有利于減少側(cè)壓力，從而達(dá)到增大墻高，增加加筋土擋墻穩(wěn)定性的目的。
2.5筋帶長(zhǎng)度計(jì)算2.5.1加筋帶活動(dòng)區(qū)長(zhǎng)度LHì加筋體中活動(dòng)區(qū)與穩(wěn)定區(qū)的分界面采用如圖2所示的簡(jiǎn)化破裂面，其幾何尺寸見式（1），所以深度ｈì活動(dòng)區(qū)加筋長(zhǎng)度LHì為
2.5.2加筋錨固長(zhǎng)度加筋土擋墻要保持其內(nèi)部穩(wěn)定性，除滿足加筋不被拉斷外（截面積要求），尚需要滿足加筋帶不被拔出。若設(shè)加筋帶在穩(wěn)定區(qū)的錨固長(zhǎng)度為L(zhǎng)A，則其抗拔力為對(duì)于路肩墻，加筋帶上的垂直壓力式為當(dāng)ｈì>H/3時(shí)
對(duì)于一般加筋土擋墻而言，最上層部分加筋帶總長(zhǎng)度LS不得小于0.7H；底部拉筋長(zhǎng)度LD不得小于0.4H，并不小于3ｍ。對(duì)于高大加筋土擋墻，底部拉筋長(zhǎng)度不得小于0.5H. 2.6其他高大加筋土擋墻的筋帶數(shù)量計(jì)算、外部穩(wěn)定性分析及地基承載力分析等與一般加筋土擋墻相似〔1〕，此處不再贅述。
3.結(jié)語(yǔ)
在測(cè)試研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)理論分析提出了高大加筋土擋墻的合理破裂面形式，建立了筋帶拉力計(jì)算式與面板后側(cè)壓力、垂直土壓力與筋帶錨固長(zhǎng)度等計(jì)算方法，據(jù)此編制了計(jì)算分析的CAD軟件〔3〕。
提出的高大加筋土擋墻設(shè)計(jì)計(jì)算方法，在經(jīng)云南省楚大高速公路43.75ｍ高加筋土擋墻設(shè)計(jì)和其他幾段加筋土擋墻（含①陡坡地段加筋土擋墻；②回填土地基加筋土擋墻；③軟弱地基加筋土擋墻；④河灘地段加筋土擋墻；⑤頂錨式基礎(chǔ)上的加筋土擋墻；⑥雙面高大加筋土擋墻等）的設(shè)計(jì)試用，所建工程已經(jīng)過(guò)三個(gè)雨季的考驗(yàn)是成功的。
