加筋土挡墙报告

    加筋土挡墙设计，其具体做法为：用沙箱尺寸为75cm×50cm×50cm，填料为标准沙，加筋的筋带为牛皮纸，挡土墙的面板为标准等级纸，构筑一段加筋土挡墙。这可看做是挡土墙墙长方向取47cm，墙高为48cm的一段加筋土挡墙，且为单边墙，以此为设计中考虑的模型。按比赛要求，此种状态看作是极限状态，在设计中取安全系数为1.0，不考虑工程重要性等级。

    二 、材料参数的取值

      1、填土（标准砂）的物理力学参数

    各参数均在试验室内实测，重度γ=16.15KN/m3 ,粘聚力C=0,内摩擦角φ=43.2°。

    说明：c值按无粘性土性质直接取为0；φ值按标准砂稳定的极限坡角即等于其内摩擦角原理，在现场测得。

      2、筋带的抗拉参数   

       （1）筋带每单位宽度的抗拉强度

            f拉=3.3N/mm

    说明：f拉为实测值，试验时取4组牛皮纸带，其宽度分别为2mm、3mm、4mm、5mm，在拉伸时发现随宽

度的变化呈现单位宽度的抗拉强度略有变化，其规律为筋带越窄其单位宽度的抗拉强度稍有提高。现给出的f拉为其平均值。

       （2）筋带（牛皮纸带）与土体（标准砂）的摩擦系数

            μ=0.47

    说明：按物理学概念现场实测，其μ值在0.45～0.48之间变化，数据经统计理论处理。

     三 、土压力沿墙高的分布及破裂面形状

    按教科书《支挡结构设计》（朱彦鹏 罗晓辉 周勇 编著）的理论介绍，采用图Ⅰ、图Ⅱ所示模型。

A

24cm

H

2

hi

B

H

24cm

C

图Ⅰ挡墙面板上土压力分布图         图Ⅱ加筋土挡墙破裂面模型

图Ⅰ所示土压力计算：pB=H×γ×K0=1.2229kPa      K0=1-sinφ=0.3115         E0=0.2069kN

    四 、挡土板（标准等级纸板）上筋带的布置

实际工程中挡土板是混凝土板，有其强度参数和尺寸，竞赛中挡土板（标准型纸板）其强度难以确定，且理论计算所得土压力值偏大，所需筋带有效长度远大于试验所得值（采用2mm宽筋带时大于沙箱长度）。所以我们按图Ⅰ、图Ⅱ所示规律，经过多次实验，并考虑挡板变形及顶层加载等因素采用布筋9层，各层筋带数为6条或5条间层布置（共50条筋带，面积为297.8cm2），筋带的宽定位为2.0mm。

五 、筋带产生的总拉力

按图Ⅰ、图Ⅱ所示规律计算及布置筋带。筋带的拉力计算如表1。

单根筋带产生的摩擦拉力=hi×Pi×Lai×b×μ

hi—深度（m）；  Pi—正压力，Pi=γ×hi，γ为填料重度（kN/m3）；Lai—筋带有效长度（m）；

b—筋带宽度（m）；μ—筋带与标准砂摩擦系数；

由表中数据检查每根筋带是否安全:F拉=f拉×b=6.6N，表中所有筋带的拉力未超过F拉，所以设计是安全的。

    六、全墙稳定性验证

Kb=∑Sfi/∑Ei 

式中：Kb为全墙抗拔稳定系数；∑Sfi为各层拉筋所产生的摩擦力之和；∑Ei为各层拉筋承担的拉力之和，即第三部分所计算的总土压力。但由于理论计算的该值总是偏大的，且在该工程模型中更为突出，因此我们取实验所得所有筋带摩擦力之和最小值为∑Ei，取 ∑Ei=29.704N，则Kb=0.034124KN/29.704N=34.124/29.704=1.15

    七 、不同理论土压力计算

    理论1为参考《支挡结构设计手册》第二版 （尉希成 周美玲 编著 中国建筑工业出版社）    计算中的参考公式为

        当hi≤H/2时，P=K0×γ×hi   

        当hi＞H/2时，P=0.5× K0×γ*H

        Thi=P×b×Lai×μ

式中    Thi—高度为hi处单根筋带的拉力； P—距墙顶hi处主动水平土压强度；   γ—填料的重度；  H—全墙高；  hi—墙顶距第i层墙面板中心高度；     K0—静止土压力系数，K0=1-sinφ，φ为填料有效内摩擦角

b—筋带宽度；  Lai—筋带有效长度；  μ—筋带与标准砂摩擦系数；

    理论2为参考《公路挡土墙设计》（陈忠达 编著  人民交通出版社），应用其内部稳定分析的应力分析法。参考公式为：

        Thi=σvi×Ki×Sx×Sy

        Thi—高度为hi处单根筋带的拉力；

        σvi——第i层拉筋处的竖向应力（kPa）；

        Ki—第i层拉筋处的土压力系数；Ki=K0（1-hi/6）+Ka×hi/6  （hi＜6m）

            K0—静止土压力系数，K0=1-sinφ；

            Ka—朗金主动土压力系数，Ka=tan2（450-φ/2）；

        Sx、Sy—拉筋水平方向、垂直方向的计算间距（m）。

表2 两种不同理论计算筋带总拉力（即总土压力）

     理论3：由该模型可知，选用朗金土压力理论较为恰当。且为主动土压力。

            主动土压力系数        Ka=tg2(45°—)=0.43272=0.1872

    单位墙长上的土压力    Ea=KaγH2 =×0.1872×16.154×(0.48m)2=0.3483

该模型的土压力        F总土压力=0.3483×0.47m=0.1637KN

   九、理论与实际

   比较表1、表2及理论3发现：理论计算所得总土压力远大于试验所得值，且加筋后（表2）计算所得值反而大于不加筋（理论3）的。在实际工程中按现阶段理论计算及设计是偏安全的，但也说明加筋土挡墙理论是不成熟的，计算是不精确的，即土压力系数的取值是偏保守的，需大量的工程数据及坚实的理论基础做进一步的研究。

    九、体会

经过计算设计和实际的实验，认识到理论计算与实际工程（模型建造）有一定的差距。

（1）土压力理论：由目前的土压力理论计算的土压力偏大较多。

（2）参数：尤其是筋带与土体的摩擦系数变化较大有探讨的必要。

（3）内部稳定性分析：该问题有几种方法，如应力分析法、楔体平衡法、滑裂楔体法、能量法及剪胀压法等，各种方法的差异不小，什么情况应用什么方法还觉得茫然。

（4）实际工程中的安全系数也是较难把握的。

（5）小尺寸模型所得试验数据与实际工程有差距。  

    十、实际建造模型

    以表1为准，建造竞赛模型。因考虑为极限状态且作为临时构筑物，挡土墙顶未设计荷载。但按第六部分计算该墙仍有一些安全余度，还可以加一定的荷载（试验时可加5.0kg），由现场确定。