高路堤加筋土挡土墙的变形和受力研究

摘要：本文当中对墙体各个级别的基地应力、侧向位移情况、背土压力等分布规律进行深入研究，对挡土墙的受力以及变形情况通过现场观测的方式予以分析。研究结果表明墙体各个级别的侧向位移距离较小，而下测点与定测点相比位移距离较大；墙体各级基地应力在100kPa以下；墙体背土压力呈明显的曲线状进行分布，宽为4m的台阶式的墙体后填土顶面所产生的外荷载对侧向土的压力基本不会产生任何影响。本次研究结论能够应用于加筋土挡土墙的设计、分析以及研究工作当中，为提高我国加筋土挡土墙的制造提供可靠的参考依据。

关键词：土力学；加筋土；挡土墙；土压力；高路堤

加筋土技术起源于1958年的法国，是由亨利•维达尔发明并且进行推广应用的一项新的工程技术。在加筋土的理论内容当中，主要包括了对加筋土结构的作用机理以及受力性进行分析。通常情况下，加筋土挡墙在土压力以及土体自重的负荷下，极有可能产生侧向位移的现象，同时由于墙体当中存在拉筋，而其与填料之间所产生的摩擦阻力对墙移现象形成了某种程度上的制约，再由于加筋土挡墙属于一种柔性结构，具有很好的伸展力与弹性，因此墙板面的受力将会变得极为复杂。在加筋土挡墙进行墙背土压力的计算当中包含了多种结构理论，其中有锚固结构、粘结重力式结构、破裂棱体、能量法以及塑性区配筋法等，而强背土压力的计算方法也多种多样，可以按照实际的情况进行相应的选择。本次研究当中将针对一座31m高的多级台阶式高路堤加筋土挡土墙作为研究对象，对其进行现场原型试验，试验目的包括墙移、墙背土压力等具体情况的结果分析。

1.试验方案

本次研究的工程环境为山谷，线路中心的最大填高为23.23m，同时修建了5级台阶式高路堤加筋土挡土墙用来降低隧道弃渣的影响。从上而下的4级墙体为加筋土挡土墙，长度按级别顺序为75m、60m、48m、33m，以6m的高度作为所有级别墙体的统一高度。拉筋选材方面采用钢筋混凝土块式拉筋，规格为（20cm×7cm），按照同比长度进行设置，按照级别顺序分别为10m、10m、8m、8m，选用120cm×40cm×15cm的矩形材料作为面板，在每块面板之上进行两次拉筋，而面板与拉筋的制作均在施工现场进行。5级墙体为重力式挡土墙，高度为7m，长度为30m，2级之间的台阶宽度为4m。4、5级挡土墙前设置了数根抗滑桩，其目的是为了确保路堤以及墙体具有一定程度上的整体稳定性。

该墙体是于1994年5月至1995年11月之间建成的加筋土挡土墙，在应用于正线多年以来，其功效良好，作用性极强。为研究加筋土挡土墙在受力、变形等方面的状况，考虑到挡土墙在线路运营当中的实际需求，对其作用机理、设计理论进行深入分析，并对该墙体进行现场试验。

对土压力进行测试的方法是采用按照在墙面板后方的两根拉筋上的钢弦式钢筋计予以实现的，通过一系列的专业测量后能够得到两根钢筋计所承受的拉力值，将两个拉力值之间的总和除以墙面板的面积可得到墙面板所承受的侧向土压力。由于钢筋计与面板之间的距离仅有0.2m，因此可以通过其进行定性判断、分析各层侧向土压力的基本分布规律。

墙移现象的观测点可以设置在每级加筋土挡土墙顶部的帽石之上，另外，还要在3、4级加筋土挡土墙距离底部1.8m处设置侧向位移观测点。

2.挡土墙侧向位移的规律

墙体与完工后直至1996年初期，3、4级墙体的侧向位移情况已经日趋稳定，4级墙体顶部向前方进行约30mm左右的侧向位移，而底部测量的位移距离为42mm；3级墙体顶部向前方进行约16mm的侧向位移，而墙体底部由于测量时间较短，结束观测时其位移现象尚未完全稳定，但是在结束前观测到的数据表明，墙体底部的位移距离与顶部相比较远。对这一现象进行原因分析，可能是由于在挡土墙的施工过程当中，在机械压实、填料的重量挤压、墙背土压力等一系列负荷的作用下，填土高度越高，墙体发生位移的现象就越明显，一个角度来说，即为墙体底部的侧向位移距离与顶部相比较大。另一方面，观测点墙体的下一级墙体同样也会发生侧向位移的现象，这种现象对于整体来说并不罕见，观测点墙体产生的位移现象在其他级别的墙体上也会出现同样的现象。

3.基底应力分析

对本次研究的墙体基底应力进行分析后，能够得出以下结论：

(1)在墙体施工的过程当中，1-3级墙体基底的应力将会逐渐增加，而在竣工时，各级墙体的应力变化基本趋于稳定状态。(2)通过观测结果表明，各级墙体的基底应力大概在100kPa以下，这一结果不仅能够对加筋土挡土墙适用于承载力较小的地基上的理论进行证实，还能够表明在新填土上方能够修建加筋土挡土墙。(3)将各墙体条形基础基底的2个土压力盒进行应力测量，对测量结果进行对照比较后结果发现，1级墙体的基底应力之比为2-3，这个数据表明该墙体基础呈向后倾斜的趋势。2级墙体基底之间的应力差较小，这表明该墙体的基础水平情况较好。3级墙体的基底应力比为2-3，数据表明结果与1级墙体相同。

4.墙背土压力的分布规律

本次研究采用公路方法对正应力的均匀分布进行计算，其公式为

若hi≤6m时，则

若hi＞6m时，则

在高路方法当中，当hi≤H/2时，则

当hi＞H/2时，则

在这一公式当中 表示墙体背部填料水平所承受的土压力（kPa）； 表示i层面板中心处的土压力系数； 表示填充物总重量（kN/m3）；hi表示墙体顶部距离i层面板中心之间的距离（m）； 表示静止状态下的土压力系数， ，其中 表示填料内部的摩擦角； 表示主动状态下的土压力系数；H表示墙体高度（m）。

4.1 土压力呈曲线型分布

挡土墙的种类有很多，而重力式挡土墙在墙体背部的填料以及位移现象均在预估之中且均较为理想的条件下，理论上的土压力分布应为线性。但是加筋土挡土墙与重力式挡土墙区别较大，不仅在于墙体面板结构并未刚性整体型结构，同时墙体所产生的侧向位移现象也会在很大程度上受到拉筋的制约，因此加筋土挡土墙的墙体背部土压力分布将呈曲线型。

4.2 土压力随时间推移的变化规律

本次研究当中的测量数据是在竣工后2年左右所进行的检测结果，在2、3级墙体竣工后，侧向土压力均为产生任何程度上的变化。这种现象是由于时间的推移将会使得在填筑的过程当中所产生的应力集中现象逐渐开始转移或扩散，而填料与拉筋之间也会形成不同程度上的摩擦，进而使得各个墙体之间的形态转换逐渐稳定下来，侧向土压力也日趋稳定。对本次研究的墙移现象进行分析后发现，由于墙体竣工后，相邻隧道的钢轨铺设、车辆行走以及施工质量等因素的形成，使得1级墙体出现了较为明显的向后侧向位移。在对该墙体进行土压力实测时，其数值与竣工初期时的数据相比较大，这是由于应力产生的扩展作用以及动应力的作用范围较小，因此2、3级墙体的土压力变化则相对较小。

5.结语

本次研究针对高路堤加筋土挡土墙的变形以及受力情况进行研究，表明墙体竣工后的侧向位移距离较小；墙体底部的位移距离与顶部相比较大；各级挡土墙基底应力较小；各级墙体背土压力呈曲线型分布；墙体后方填土顶面外层的荷载与墙体背部之间如果存在一定距离的情况下，其荷载大小与挡土墙侧向土压力之间无明显关系。

参考文献

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