1、第五章 加筋土挡土墙 第一章第一章 概述概述 第二节第二节 加筋土的基本原理加筋土的基本原理 第三节第三节 加筋体材料与结构设计加筋体材料与结构设计 第一节 概 述 l加筋土挡土墙是利用加筋土技术加筋土技术修建的一 种支挡结构物。 是一种在土中加入拉筋的复合土， 它利用拉筋与土之间的摩擦作用利用拉筋与土之间的摩擦作用， ，从 而达到稳定土体的目的。 l加筋土挡土墙，在挖 方路段或地形陡峭的山坡，由于不利于布置拉筋，一般不宜使用。 l 在公路工程中，常见的加筋土挡土墙形式有下列几种： l (1)单面式加筋土挡土墙； l (2)双面式加筋土挡土墙，双面式中又分为分离式、交错式以 l及对拉式加筋土挡
2、土墙； l (3)台阶式加筋土挡土墙； l (4)无面板加筋墙。 l 按拉筋的形式可分为条带式加筋土挡土墙，即拉筋为条带式， l每一层布满铺拉筋；席垫式土工合成材料加筋挡土墙，即每一层连 l续满铺土工格网或土工席垫拉筋。目前，我国主要采用条带式有面 l板的加筋土挡土墙。 l (1)组成加筋土的墙面板和拉筋可以预先制作墙面板和拉筋可以预先制作，在现场用机械(或 人工)分层填筑。这种装配式的方法，施工简便、快速，并且节省 l (2)加筋土是，能够。在软弱地 基上修筑时，由于拉筋在填筑过程中逐层埋设，所以，因填土引起 的地基变形对加筋土挡土墙的稳定性影响比对其它结构物小，地基 的处理也较简便。 l
3、(3)加筋土挡土墙具有一定的柔性，抗振动性强，因此，它也是 一种很好的抗振结构物。 l (4)加筋土挡土墙。由于墙面板可以垂直砌 筑，可大量减少占地。挡土墙的总体布设和墙面板的形式图案可根 据周围环境特点和需要进行设计。 l (5)加筋土挡土墙。与钢筋混凝土挡土墙相比，可减 少造价一半左右；与石砌重力式挡土墙比较，也可节约20以上。 而且，加筋土挡土墙造价的节省随墙高的增加而愈加显著，因此它 具有良好的经济效益。 加筋土的特点加筋土的特点 加筋体材料与结构设计 l 一、加筋体横断面一、加筋体横断面 矩形矩形 倒梯形倒梯形 正梯形正梯形 加筋土挡土墙的构造加筋土挡土墙的构造 l(一)加筋体 l
4、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。加筋体的横断面形式船应采用矩形。 l (二)基础 l 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： l 1面板筑于石砌圬工或混凝土之上； 2地基为基岩。 l (三)排水设施 对可能危害加筋体的地面水和地下水，应采取适当的排水或防水措施。 l （四）沉降伸缩缝 l 加筋土挡土墙应根据地形、地质、墙高等条件设置沉降缝，沉降缝 间距：土质地基为1030m，岩石地基可适当增大。沉降缝、伸缩缝宽 度一放为12cm，可采用沥青板、软木板或沥青麻絮等填塞。 二二 填料填料 l1
5、1、填料是加筋土工程的主体材料，对填料的、填料是加筋土工程的主体材料，对填料的 一般要求如下：一般要求如下： l2 2、易压实；能与拉筋产生足够的摩擦力；满、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。足化学和电化学标准；水稳定性好。 l3 3、有一定级配的砾类土、砂类土，与拉筋之、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；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可采用；腐质土、冻结土等影响拉筋和面板 使用寿命的应禁
6、止采用。使用寿命的应禁止采用。 l4 4、填料的设计参数包括容重、填料的设计参数包括容重r r、计算内摩擦、计算内摩擦 角角和摩擦系数和摩擦系数f f等，应由试验或当地经验数等，应由试验或当地经验数 据确定。据确定。 三 拉筋 1 1、拉筋的主要作用是与填料产生摩擦力，并、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；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；加生足够的摩擦
7、力；抗腐蚀性和耐久性好；加 工、接长和与面板的连接简单。工、接长和与面板的连接简单。 l2 2、筋带可以分为钢带、钢筋混凝土带和聚丙、筋带可以分为钢带、钢筋混凝土带和聚丙 烯土工带、钢塑复合带等。高速公路和一级烯土工带、钢塑复合带等。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公路上的加筋土工程应采用钢带或钢筋混凝 土带。土带。 四四 墙面板墙面板 l 面板的主要作用是防止端部土体从拉筋间挤出。面板的主要作用是防止端部土体从拉筋间挤出。 l1 1一般规定一般规定 l(1)(1)面板设计应满足坚固、美观、运输方便和易于安面板设计应满足坚固、美观、运输方便和易于安 装等要求。装等要求。
8、l(2)(2)面板一般采用混凝土顶制件，其强度等级不应低面板一般采用混凝土顶制件，其强度等级不应低 于于C18C18，厚度不应小于，厚度不应小于8cm8cm。 l(3)(3)面板上的筋带结点，可采用预埋钢拉环、钢板锚面板上的筋带结点，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头或顶留穿筋孔等形式。钢拉环应采用直径不小于 10mm10mm的的I I级钢筋；钢板锚头应采用厚度不小于级钢筋；钢板锚头应采用厚度不小于3mm3mm的钢的钢 板。露于混凝土外部的钢拉环、钢板锚头应做防锈处板。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
9、。理，聚丙烯土工带与钢拉环的接触面应做隔离处理。 l(4)(4)面板四周应设企口和相互连接的装置。面板四周应设企口和相互连接的装置。 加筋土的基本原理 l 砂性土在自重或外力作用下易产生严重 的变形或坍塌。若在土中沿应变方向埋置 具有韧性的拉筋材料，则土与拉筋材料产 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。 l其基本原理存在于拉筋与土之间的相互摩 阻联结之中，这些基本原理一般可以归纳 为两点予以解释：(1) (或莫尔一库伦理论)。 土工合成材料加筋土机理 1）加筋的效果 与加筋材料的层数或间距、布置、强度和刚度、筋土界面的摩 擦特性等因素有关 2）破坏模式 筋土相对
10、滑动 加筋拉断 一、摩擦加筋理论 l 在加筋土结构中，由填土自重和外力产生的土压力作用于墙面板，通过墙面在加筋土结构中，由填土自重和外力产生的土压力作用于墙面板，通过墙面 板上的拉筋连接件将此土压力传递给拉筋，企图将拉筋从土中拉出。而拉筋板上的拉筋连接件将此土压力传递给拉筋，企图将拉筋从土中拉出。而拉筋 材料又被土压住，于是填土与拉筋之间的摩擦力阻止拉筋被拔出。因此，只材料又被土压住，于是填土与拉筋之间的摩擦力阻止拉筋被拔出。因此，只 要拉筋材料具有足够的强度，并与土产生足够的摩阻力，则加筋的土体就可要拉筋材料具有足够的强度，并与土产生足够的摩阻力，则加筋的土体就可 保持稳定。保持稳定。 l
11、拉筋与填土之间的摩擦力是如何发挥作用的呢拉筋与填土之间的摩擦力是如何发挥作用的呢?现从加筋体中取一微分段现从加筋体中取一微分段dl 进行分析，如图进行分析，如图52所示所示 l 设由土的水平推力在该微分段拉筋设由土的水平推力在该微分段拉筋 l中所引起的拉力中所引起的拉力dT=T1-T2假定拉假定拉 l力沿拉筋长度呈非均匀分布力沿拉筋长度呈非均匀分布)，垂直作用，垂直作用 l的土重和外荷载为法向力的土重和外荷载为法向力N，拉筋与土，拉筋与土 l之间的摩擦系数为之间的摩擦系数为f*拉筋宽度为拉筋宽度为b，作，作 l用于长用于长dZ的拉筋条上下两面的垂直力的拉筋条上下两面的垂直力 l为为2Nbdl，
12、拉筋与土体之间的摩擦阻力，拉筋与土体之间的摩擦阻力 l即为即为2Nf*bdl，如果，如果 2Nf“bdldT l则拉筋与土之间就不会产生相互滑动。这时，拉筋与土之间好像直接相连似则拉筋与土之间就不会产生相互滑动。这时，拉筋与土之间好像直接相连似 地发挥着作用。地发挥着作用。 l如果每一层加筋均能满足上式的要求，则整个加筋土结构的内部抗拔稳定性如果每一层加筋均能满足上式的要求，则整个加筋土结构的内部抗拔稳定性 就得到保证。就得到保证。 l作用机理 l沿主动破裂面沿主动破裂面BC将墙体分为将墙体分为 主动区和稳定区，下滑土棱主动区和稳定区，下滑土棱 体体ABC自重产生的水平推力自重产生的水平推力
13、对每一层拉筋形成拉力对每一层拉筋形成拉力T，欲，欲 将拉筋从土中拔出，而稳定将拉筋从土中拔出，而稳定 区土体与筋带的摩擦阻力阻区土体与筋带的摩擦阻力阻 止拉筋被拔出。止拉筋被拔出。 l如果每一层拉筋与土体的摩如果每一层拉筋与土体的摩 擦阻力均能抵抗相应的土推擦阻力均能抵抗相应的土推 力，则整个墙体就不会出现力，则整个墙体就不会出现 BC滑动面，加筋土体的内部滑动面，加筋土体的内部 稳定就有保证。稳定就有保证。 二、准粘聚力理论 l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。在 这种情况下，拉筋与填土的共同作用，包括填 土的抗剪力、填土与拉筋的摩擦阻力及拉筋的
14、 抗拉力，使得加筋土的强度明显提高，这可从 三轴试验中得到验证。 l 加筋土的基本应力状态如图5-4所示，在没有 拉筋的土体中，在竖向应力的作用下。土体产 生竖向压缩和侧向膨胀变形。随着竖向应力的 加大，压缩变形和膨胀变形也随之加大，直到 破坏。如果在土体中设置水平方向的拉筋，则 在同样的竖向应力作用下，其侧向变形大大减 小甚至消失， 土工合成材料加筋土机理 Gray在三轴压缩试验中发现:加筋土的抗剪强度包线是双直线的 加筋土的抗剪强度比未加筋土的抗剪强度提高了，这是加筋土的基本思路。 加筋提高土的抗剪强度，有两种等价的解释:等效围压原理和准内聚力原理。 l如图如图54b)所示。这是由于水平拉
15、筋与土体之间产生摩擦作用，将引所示。这是由于水平拉筋与土体之间产生摩擦作用，将引 起侧向膨胀的拉力传递给拉筋，使土体侧向变形受到约束。拉筋的约起侧向膨胀的拉力传递给拉筋，使土体侧向变形受到约束。拉筋的约 束力束力R相当于在土体侧向施加一个侧压力相当于在土体侧向施加一个侧压力3，其关系可用莫尔圆表示，其关系可用莫尔圆表示， 如图如图55a)所示。所示。 l莫尔圆莫尔圆l为土体未破坏时的弹性应力状态；圆为土体未破坏时的弹性应力状态；圆Il则是未加拉筋的土体极则是未加拉筋的土体极 限应力状态；圆限应力状态；圆IIl是加筋土体的应力状态，土体中加入高弹性模量的是加筋土体的应力状态，土体中加入高弹性模量
16、的 拉筋后，拉筋对土体提供了一个约束阻力拉筋后，拉筋对土体提供了一个约束阻力 R，即水平应力增量，即水平应力增量3， 使得侧向压减小，亦即在相同的轴向变形条件下，加筋土能承受较大使得侧向压减小，亦即在相同的轴向变形条件下，加筋土能承受较大 的主应差。的主应差。 D sD s3=2 D Dcot(45o-f f/2) 原理：原理： 筋材在拉应变方筋材在拉应变方 向，提供拉力，向，提供拉力， 对土体产生压力，对土体产生压力， 从而提高土的抗从而提高土的抗 剪强度剪强度 加筋土 中的土 加筋土 DsDs3 s s1 D Dc 素土 s s3 l上述分析说明，加筋土体的强度有了增加，应有一条新的 抗剪
17、强度线来反映这种关系。这已被试验所证实，如图5 6所示，图中加筋砂与未加筋砂的强度曲线几乎完全平行， 说明9值在加筋前后基本不变，加筋砂的力学性能的改善是 由于新的复合土体(即加筋砂)具有“粘聚力”的缘故，“粘 聚力”不是砂土固有的，而是加筋的结果，所以称为“准 粘聚力”。 补充内容 加筋土的发展历史 建于 2000 多年前的中国长城，在许多地方用柳枝作粘土和砾石的“加筋材”。 加筋土的发展历史 陕西半坡村的仰韶遗址，很多简单房屋的墙壁和屋顶利用草泥修筑墙壁和屋顶利用草泥修筑而成 土工合成材料加筋土历史 二十世纪70年代后期，美国等国家采用土工网或土工织物作为加 筋材料，进行了包裹式加筋挡土墙
18、包裹式加筋挡土墙的试验研究，Michell和 Villet首先试验包裹式加筋挡土墙 美国林业部分别在Siskiyou (1974年)和奥林匹克国家公园(1975 年)修建了包裹式加筋挡土墙包裹式加筋挡土墙 在美国联邦公路局的倡导下，New York, Colorado等洲的公路部 门于二十世纪80年代修建了包裹式加筋挡土墙 ，将Tensar塑料拉拉 伸土工格栅引入加筋土伸土工格栅引入加筋土，原材料为聚乙烯 （PE） 从1986年，土工合成材料加筋土在美国迅速普及，用于加筋挡土 墙、加筋陡坡、软基上加筋路堤 土工合成材料加筋土历史 ，起初主 要采用无纺针刺土工织物和塑料排水带，如京津塘高速公路
19、二十世纪9090年代中期开始年代中期开始，国产的土工合成材料种类迅速增多， 相继出现了单向和双向塑料拉伸土工格栅、涤纶纤维经编土工格出现了单向和双向塑料拉伸土工格栅、涤纶纤维经编土工格 栅、玻璃纤维经编土工格栅和土工网等栅、玻璃纤维经编土工格栅和土工网等，在材料种类增多的同时， 产品也逐渐系列化，加上国家加大基础设施的投资，土工合成材 料加筋土工程有了大发展，取得了可喜的成果，但主要用于铁路、主要用于铁路、 公路的软基处理公路的软基处理，土工合成材料加筋土挡土墙、加筋土桥台、加加筋土挡土墙、加筋土桥台、加 筋陡坡等才刚刚兴起筋陡坡等才刚刚兴起 由于我国重应用，轻 现场观测、模型试验和理论研究，
20、 同时应用领域比较单一，导致目前我国目前我国 土工合成材料加筋土技术土工合成材料加筋土技术 水平与国外差距水平与国外差距 逐渐拉大。逐渐拉大。 一、土工格栅原理 l 将高分子聚合物挤出，经强烈拉伸，形成 高强度抗拉力的均匀条带，将条带纵横编织和 夹合夹合，以高频超声波焊接焊接成网状，埋于土体， 亦即给土体加筋，从而形成为复合土，改变土 体的力学性能，有效、 、 二、土工格栅种类的比较和选择 la.拉伸土工格栅 lb.玻纤类土工格栅 lc.其它 a、单向拉伸聚丙烯土工格栅 l特点：特点：1、抗拉强度高2、耐蠕变 性能好3、与砂石的磨擦系数大4、 化学性质稳定 l用途：用途：土木工程加固、加筋增强
21、， 用于隔离不同的材料。 l工程应用：工程应用：主要应用于软土地基堤 坝、挡土墙和桥台，滑坡修补、高 速公路路基（路面）、港口、码头 机场等软基加筋工程。 b、玻璃纤维土工格栅、玻璃纤维土工格栅 l特点：该产品具有纵横向抗拉纵横向抗拉 强度高、延伸率低、耐高温、强度高、延伸率低、耐高温、 抗碱性抗碱性能优等特性。 l工程应用：应用于沥青路面、 沥青混凝土路面、水泥路面。 施工方便、造价低，可以防止 道路反射裂纹的产生，延长道 路使用寿命。亦可作为山坡、 水库、港湾码头、水渠、江堤 的护坡、护底的增强基材，是 土木工程的理想材料。 三、土工格栅在岩土工程中应用 l1、软土地基和路基中的应用 l2
22、、边坡防护中的应用 1、土工格栅软土地基和路基中的应用 la、软土地基加固 lb、路堤边坡加筋 lc、加筋土挡墙 a、软土地基加固 l土工格栅具有较强的抗拉强 度及较好的延性，它和砂垫 层共同作用时能将应力均匀 地扩散到较大的面积上 l防止滑动圆弧通过路堤和地防止滑动圆弧通过路堤和地 基土基土 l网孔与上下层土体的咬合作 用，形成一个较高强度的抗 剪切层，从而增加土体的抗增加土体的抗 剪强度，剪强度， b、路堤边坡加筋 l路堤如果将边坡做陡， 不仅能 ，是一举 两得的好事。如果地基 的承载力较高，堤坝不 致因坡度过陡而破坏， 这时采用土工织物加筋 陡坡即可达到此目的。 c、加筋土挡墙 l它可以
23、代替混凝土重力 式挡墙。其最大优点是 。 b、土工格栅三维植被土工网作岸坡防护 l植被网是一种类似于丝瓜瓤 状的植草土工网垫，以加入 土工格栅制成。 l植被护坡设计主要包括： l 判别采用植被的必要性； l 确定铺设范围； l 草种选择 Drainage for subsurface drains High permeable, non-biodegradable soil filtering fabrics and helps to maintain the soil stability for roadway, buildings and airport runways. Embankme
24、nt / erosion control 隔离隔离 Railroad stabilization Geotextile reduce maintenance and extend the racks service life. They also prevent the loss of costly ballast, reduce rail deformation and increase the ballasts load carrying capacity. 2、土工格栅在岸坡防护中的应用 la、江河湖海岸坡防护。 lb、岸坡防冲植被。 加筋挡土墙加筋挡土墙 l加筋土挡土墙由填料、在填料中
25、布置的拉筋以及墙 l面板三部分组成，其基本结构如图51所示。 加筋土挡墙的结构 由面板，拉筋和填土三部分组成 鍍鋅鋼條 A A B 砌块砌块 砌块组合式面板砌块组合式面板 L形预制面板形预制面板装配式面板装配式面板 土工格栅土工格栅 面面 板板 面面 板板 土工格栅加筋挡土墙土工格栅加筋挡土墙 土工格栅加筋建成土工格栅加筋建成56.5m高高 的加筋挡土墙的加筋挡土墙 加筋土挡土墙加筋土挡土墙 加筋土挡墙加筋土挡墙 H qr qs V W qsKaHKa L rs xv P1 Pq 加筋土式挡土墙 特点及适用范围 l由面板，拉筋和填土三部分组成，借助于拉筋和填土间的摩擦作 用，把土的侧压力传给拉
26、筋，从而稳定土体。既是柔性结构，可 承受地基较大的变形； l可承受荷载的冲击、振动作用。 l施工简便，外形美观、占地面积少，而且对地基的适应性强。 l适用于缺乏石料的地区和大型填方工程。 l加筋土挡墙可用于； 等。 l墙面系统可以采用砼面板、石块、石笼或以土工格栅回包后 l当土体中加入拉筋（如土工格栅等）经夯实后，拉筋与土体的拉筋与土体的 相互作用（格栅表面与土的摩擦作用；格栅孔眼对土的咬合锁相互作用（格栅表面与土的摩擦作用；格栅孔眼对土的咬合锁 定作用）定作用） 。这些作用是格栅具有了抵抗拉拔能力，并提高了软 弱地基的承载力，。 l目前由于费用高，可利用的填土资源填土资源越来越少，加上 现有
27、路网改造的迫切需要，工程往往修建在陡峭的边坡上，并 尽可能地利用就近的填料或弃方。采用加筋的陡坡路堤，有效 地解决了这些实际问题。 覆盖岩石边坡的土工格栅加筋土挡墙 土工格栅加筋土护坡墙 工程实例之一 四川绵广高速1J合同段双面加筋土挡墙采用钢塑复合拉筋带。 工程造价比原设计方案节约35。 工程实例之二 贵州水柏铁路柏果站使用土工格栅加筋桥台贵州水柏铁路柏果站使用土工格栅加筋桥台 减小了填土对桥台面板的水平推力，防止因面板破坏或者位移，影响桥 梁的稳定 能够有效防止由于填料的不均匀沉降引起桥面结构的变形 工程实例之三 辽宁海城外环路工程采用（钢塑复合拉筋带）加筋土挡墙，减少了 土地占用，美化了
28、城市环境。 工程实例之四 采用加筋土挡墙修建的嘉陵江防洪大堤（H=19）不仅起到了防 洪的作用，减少了土地的占用面积和河道的压缩。 工程实例之五 利用现场弃方，采用加筋土挡墙，可以实现了工 点的挖填平衡，降低工程造价，缩短工期。 工程实例之六 云南楚雄大理高速公路特高（H43.75）双面加筋 土挡墙（采用钢塑复合拉筋带修筑） ，其科技成果通过了 交通部鉴定。为我国高原山区修建加筋土挡墙积累了成功 经验。 工程实例之七 建於香港青衣西北，牆身高達四十米的加筋填土結構 工程实例之八 青藏铁路采用加筋土挡墙 在挡土墙中使用扇形石块和土工格栅代替传统的刚性挡土墙系统，可具备下 列优点： 可使用现场的质差填土。 与其它刚性土墙比，成本大大降低。 施工简单快捷：只需普通设备和一般工人。 墙的外形与整个设计概念一致。 挡土墙结构能承受地基沉降，并适应新条件。
