【正文】 土擋墻有一 些其它只當(dāng)結(jié)構(gòu)無(wú)法比擬的優(yōu)越性，比如抗震性能好和造價(jià)經(jīng)濟(jì)等。 我國(guó)地處兩條異?；钴S的地震帶之間，地震活動(dòng)頻繁 [9]，基本烈度為 9度的地區(qū)加筋土應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì) [11,12]，設(shè)計(jì)時(shí)只考慮水平地震力可不計(jì)計(jì)豎向地震力。 圖 11 汶川大地震造成加筋土擋墻的破壞 [10] **鐵路是從成昆鐵路云南廣通站，至大理市下關(guān)。 因此，在鐵路路基加筋土擋墻設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)計(jì)入地震力。加筋土擋墻作為一種新型柔性支擋結(jié)構(gòu)，被廣泛用于實(shí)踐工程中。在了解其構(gòu)造的基礎(chǔ)上，掌握它的設(shè)計(jì)原理和計(jì)算方法，能夠?qū)⑺鶎W(xué)基礎(chǔ)理論和專(zhuān)業(yè)知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)際中，完成 **鐵路某車(chē)站一斷面處加筋土擋墻的初步設(shè)計(jì)計(jì)算，達(dá)到理論與實(shí)踐相結(jié)合的目的。墻面板的主要作用是防止墻后拉筋間土體從側(cè)向擠出，并保證拉筋、填料、墻面板構(gòu)成一個(gè)具有形狀的整體，還有美化外觀的作用。 墻面板 按材料類(lèi)型，墻面板可分為素混凝土墻面板、鋼筋混凝土墻面板、條石和金屬墻面板等。混凝土墻面板按外形，可分為十字形、槽形、六角形、 L 形和矩形等 ，目前應(yīng)用最多的是十字形和矩形。 圖 21 加筋土擋墻外觀實(shí)景圖 面板的設(shè)計(jì)通常應(yīng)滿足堅(jiān)固、美觀、方便運(yùn)輸和易于安裝的要求。 拉筋 拉筋在擋土墻中的作用至關(guān)重要，應(yīng)具備較高抗拉強(qiáng)度，延伸率和蠕變變形小，有較好的柔性，抗腐性，與填土間有較大摩擦力，也便于制作，價(jià)格低廉的特性。按材質(zhì)來(lái)劃分，拉筋可以劃分為四類(lèi)：第 一類(lèi)植物拉筋，如稻草、竹筋，我國(guó)在上世紀(jì)80 年代就曾試用竹筋作為拉筋。第二類(lèi)土工合成物，如聚丙烯、聚乙烯、尼龍和聚酯等，聚丙烯塑料帶屬我國(guó)首先采用，并廣泛應(yīng)用與公路工程。第三類(lèi)是金屬材料，如扁鋼帶和帶肋鋼帶，這類(lèi)拉筋的效果好，但造價(jià)很高，其長(zhǎng)期防腐難以保證。 填料 填料是組成墻體的主體材料，必須易于填筑和壓 實(shí)，與拉筋間有較好的摩擦力，對(duì)拉筋沒(méi)有腐蝕性。后雖修改此規(guī)定，但在考慮工程環(huán)境和材料供應(yīng)的前提下，也要求于級(jí)配較高的砂性土填料。 基礎(chǔ)能夠調(diào)整地面的高差，頂面的凹槽方便第一層面板的安裝。其尺寸根據(jù)地形、地質(zhì)條件而定， 一般為矩形，高為 ~，寬為 ~。土質(zhì)斜坡地區(qū)，基礎(chǔ)不能外露，其部趾到傾斜地面的水平距離應(yīng)大于等于 1m。 圖 22 加筋土擋墻立面示意圖 圖 23 加筋土擋墻斷面示意圖 加筋土擋墻的設(shè)計(jì)原理 自然土體在自重作用下能在較小的坡度內(nèi)直立，當(dāng)坡角超過(guò)臨界角度或在外力擾動(dòng)作用下，則容易發(fā)生嚴(yán)重的變形或倒塌， 若在土中沿應(yīng)變方向埋置具有撓性的筋帶形成加筋土，則土體與筋帶材料之間產(chǎn)生摩擦，猶如使加筋土具有了某種程度的粘著性，從而改善土的力學(xué)性能。 Henri. Vidal 等 [14]通過(guò)三軸試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分析了砂土加筋后復(fù)合土體強(qiáng)度、穩(wěn)定性提高的原因，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果解釋了土體和筋帶之間的相互作用原理。 摩擦原理 在加筋土結(jié)構(gòu)中，填土自重和荷載等在其它外力產(chǎn)生的側(cè)壓力作用于面板，通過(guò)面板與筋帶的連接件又將此側(cè)壓力傳遞給筋帶，企圖將筋帶從填土中拉出。因此，只要筋帶有足夠的強(qiáng)度，并與填土之間產(chǎn)生足夠的摩擦力，則加筋土他就可以保持穩(wěn)定。設(shè)筋帶與填土顆粒之間的摩擦系數(shù)為 f ，筋帶寬度為 b 。設(shè)土顆粒在該微段上的總摩擦力為 Fd ，則： lfbF d2d ?? （ 21） 若要求筋帶保持不被拉出，根據(jù)水平方向受力平衡，則有： PF dd? （ 22） 當(dāng)微元體滿足（ 22）式時(shí)，墻后土壓力被摩擦力克服，拉筋和填土之間不會(huì)發(fā)生相對(duì)位移，微元保持穩(wěn)定。該原理未考慮筋帶的變形，以及土是連續(xù)介質(zhì)和各向異性的特性，故對(duì)于小變形的如鋼筋混凝土筋帶和金屬筋帶是合適的，對(duì)于變形較大的土工合成材料則結(jié)果不夠準(zhǔn)確。因此，其原理還是較為簡(jiǎn)單的明確的，以砂性土為填土的加筋土擋墻在實(shí)際工程中得到廣泛應(yīng)用。此應(yīng)力相當(dāng)于土體與筋帶之間的靜摩擦阻力，其最大值取決于筋帶材料的抗拉強(qiáng)度。 通過(guò)砂樣的三軸對(duì)比試驗(yàn)，可得到圖 25 所示結(jié)果： 圖 25 加筋土和無(wú)筋土強(qiáng)度曲線 由上圖可知，加筋砂與無(wú)筋砂的強(qiáng)度曲線近似平行，說(shuō)明兩種砂土的內(nèi)摩擦角相等?！皽?zhǔn)粘聚力”事實(shí)上不是粘聚力，而是加筋土的強(qiáng)度增量。 加筋土擋墻的破壞 模式 加筋土擋墻的破壞 模式分類(lèi)有很多種，楊果林等就將其分為穩(wěn)定性破壞、傾覆破壞和拉筋破壞 [15]。整體穩(wěn)定性破壞發(fā)生在擋土墻外部，包括擋土墻基底滑動(dòng)、傾覆轉(zhuǎn)動(dòng)和連同基礎(chǔ)下沉等。如圖 26 所示，加筋土擋墻的具體破壞模式如下： （ 1）筋帶拉斷引起的破壞，如圖 a）所示； （ 2）筋帶拔出引起的破壞，如圖 b）所示； （ 3）擋土墻基底滑動(dòng)破壞，如圖 c）所示； （ 4）擋土墻傾覆破壞，如圖 d）所示； （ 5）基礎(chǔ)沉降破壞，如圖 e）所示； （ 6）連接件斷裂破壞，如圖 f）所示。本文設(shè)計(jì)也采用了此種設(shè)計(jì)計(jì)算方法?，F(xiàn)行設(shè)計(jì)理論對(duì)破裂面的類(lèi)型和位置的假定只要有以下四種，即直線型、對(duì)數(shù)螺旋線型、折線型和復(fù)合型，見(jiàn)圖 27. a）直線型 b）對(duì)數(shù)螺旋線型 c）折線型 d）復(fù)合型 圖 27 破裂面形式 設(shè)計(jì)計(jì)算中破裂面通常選用折線型的 法。 《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（ JTGD302021）的 折線法豎直部分取在墻后 處，破裂面下部的斜面為和水平面成 45 /2??? 的斜面 [17]，如圖 38 b）所示。 a） b） 圖 28 折線法確定破裂面 加筋土擋墻設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)的基本假定 通過(guò)前面所述的設(shè)計(jì)原理，加筋土擋墻在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可做以下幾點(diǎn)基本假定[18]： （ 1）墻面板承受填料產(chǎn)生的主動(dòng)土壓力，且每塊面板承受各自相應(yīng)范圍內(nèi)的土壓力，并由連接在墻面板上的拉筋的有效摩擦阻力即抗拔力來(lái)平衡； （ 2）擋土墻內(nèi)部加筋體分為活動(dòng)區(qū)（非錨固區(qū)）和穩(wěn)定區(qū)（錨固區(qū)），這兩區(qū)分界面即為土體的 破裂面?？拷姘寤顒?dòng)區(qū)內(nèi)的拉筋長(zhǎng)度 aL 為無(wú)效長(zhǎng)度；作用于面板上的 土壓力由穩(wěn)定區(qū)與填料之間的摩擦阻力平衡，在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)拉筋長(zhǎng)度 bL 為有效長(zhǎng)度； （ 3）拉筋與填料之間摩擦系數(shù)在拉筋全范圍內(nèi)相同； （ 4）壓在拉筋有效長(zhǎng)度上的填料自重及荷載對(duì)拉筋均可產(chǎn)生有效的摩擦阻力。實(shí)踐工程設(shè)計(jì)中，通常采用摩擦原理。在考慮地震力時(shí)，采用擬靜力法，將地震力動(dòng)荷載視為作用在加筋土擋 墻上的靜荷載來(lái)作設(shè)計(jì)計(jì)算。擋土墻的破壞大多是由失穩(wěn)所造成的，因此，分析加筋土擋墻的穩(wěn)定性，是其設(shè)計(jì)的基本前提，對(duì)施工亦有很大的指導(dǎo)作用。通過(guò)外部穩(wěn)定性分析計(jì)算初步確定拉筋的長(zhǎng)度，然后再進(jìn)行內(nèi)部穩(wěn)定性分析，使其同時(shí)滿足內(nèi)部穩(wěn)定性和外部穩(wěn)定性。定性分析 法研究影響加筋土擋墻動(dòng)力性能的因素，擋土墻的失穩(wěn)機(jī)理和破壞模式，以及借助現(xiàn)有工程和模擬實(shí)驗(yàn)等，來(lái)評(píng)價(jià)地震作用下加筋土擋墻的穩(wěn)定性。 地震作用下加筋土擋墻的計(jì)算方法通常有：擬靜力法、數(shù)值法、可靠度分析法、試驗(yàn)分析法和滑塊法等。 擬靜力法 擬靜力法將地震瞬間荷載等效為長(zhǎng)期荷載， 視地震慣性力為自重和加速度的乘積，作用在潛在不穩(wěn)定土體的重心上，然后根據(jù)極限平衡理論，將所有作用在潛在不穩(wěn)定土體上的力和力矩進(jìn)行分解，建立潛在不穩(wěn)定土體的力和力矩平衡方程，求解不穩(wěn)定系數(shù)。潛在破裂面的形狀和位置根據(jù)墻后填土的類(lèi)型和工程經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐的對(duì)比，可以簡(jiǎn)化為直線型、折線型、雙曲線型和對(duì)數(shù)螺旋線型等。姚令侃等 [10,11]也通過(guò)汶川大地震的實(shí)地勘察研究，發(fā)現(xiàn)地震作用下，加筋土擋墻的基礎(chǔ)產(chǎn)生橫向位移，附加剪力傳遞到上部砌塊式擋土墻，引起靠近基礎(chǔ)部位的應(yīng)力疊加，導(dǎo)致加筋被被拔出過(guò)連接件破壞，產(chǎn)生由上至下的崩解破壞 [10]。并通過(guò)加筋土擋墻的拉筋破壞和填土黏著破壞分析，推導(dǎo)了筋帶臨界長(zhǎng)度公式和臨界配筋率 [21]。但和傳統(tǒng)的極限平衡法一樣，擬靜力法忽略了土與拉筋之間的相互作用 [13]，且采用一些假設(shè)條件，無(wú)法計(jì)算擋土墻的位移和筋帶的變形。代表性的數(shù)值分析法為有限元分析法。有限元法的突出 優(yōu)點(diǎn)是適于處理非線性、非均質(zhì)和復(fù)雜邊界等問(wèn)題 ,而土體應(yīng)力變形分析恰好就存在這些困難問(wèn)題 ,因此很適宜用有限元法。李小青等 [23]用 ANSYS 軟件進(jìn)行加筋土模擬分析研究，發(fā)現(xiàn)加筋可有效的降低負(fù)荷土體的側(cè)向水平位移，抑制土體塑性區(qū)的發(fā)展，顯著增加擋土墻的整體抗剪性和穩(wěn)定性；內(nèi)摩擦角的加筋效果要比粘聚力的加筋效果顯著的多，選用內(nèi)摩擦角較大的砂性土可增加加筋效果。李海深等 [25]用有限元分析法，建立了加筋土擋墻彈塑性本構(gòu)模型，編制了加筋土擋墻在地震作用下通用數(shù)值計(jì)算程序。該方法的優(yōu)勢(shì)是將加筋土體變 形協(xié)調(diào)性與應(yīng)力平衡結(jié)合在一起，能夠考慮巖土材料的層次體系及筋土之間的非線性影響因素；能夠模擬不同工況下的加筋土結(jié)構(gòu)的工作機(jī)理和破壞性狀；經(jīng)濟(jì)性高，在一定條件下也具有很高可靠性。 內(nèi)部穩(wěn)定性分析計(jì)算 加筋土擋墻設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于內(nèi)部穩(wěn)定性分析，特別是拉筋拉力的計(jì)算。 內(nèi)部穩(wěn)定性分析包括拉筋拉力計(jì)算、拉筋強(qiáng)度檢算，以及拉筋長(zhǎng)度（包括錨固長(zhǎng)度 bL 和非錨固長(zhǎng)度 aL ）的確定，以確保拉筋在最大拉力作用下不被拉斷或拔出。 土壓力計(jì)算 前面已經(jīng)闡述了加筋土擋墻的構(gòu)造與設(shè)計(jì)原理。 作用在加筋土擋墻面板上的水平土壓力 hi? ，為墻后填料和墻頂荷載產(chǎn)生的水平土壓力 ih1? 與 ih2? 之和，即 ihihhi 21 ??? ?