高加筋土挡土墙墙背土压力测试研究

佘志清

(中铁五局集团机械化公司， 衡阳 421000)

高加筋土挡土墙墙背土压力测试研究

佘志清

(中铁五局集团机械化公司， 衡阳 421000)

目前加筋土挡土墙通常采用0.3H法进行工程设计，这种方法在低矮挡墙设计中得到了成功的应用，但当墙高较大时, 墙体的实际状态与0.3H法的假设存在较大差异。文章通过7 m、10 m、12 m 3个不同高度加筋土挡墙断面的现场测试，围绕拉筋拉力、墙背土压力进行分析研究，得到了加筋土挡土墙拉筋拉力沿拉筋长度方向的分布规律和墙背土压力的分布规律，显示墙背的侧向土压力分布呈现锯齿形。经过对测试数据与传统设计计算结果进行比较，认为0.3H法用于低矮加筋土挡土墙与实测结果比较接近，但用于高墙的设计结果过于保守，采用经验公式来计算其加筋墙的侧向土压力更合适。

高加筋土挡墙； 拉筋拉力； 侧向土压力； 0.3H法

加筋土挡土墙是一种自重轻、抗震性能好的路基支挡结构。与其他刚性挡土墙相比，在地震地区它更能适应结构抗震的要求。在承载力较低的软土地区，它更能适应地基的变形，因而目前在铁路、公路建设工程中应用较多。

目前的工程设计中，加筋土挡土墙的设计方法通常采用极限平衡方法。这种方法是根据具体工程条件，通过假定破裂面位置、形状等，利用力的平衡方程计算结构的受力状态。采用极限平衡理论进行加筋土挡墙的设计，必须解决墙面板后侧向土压力的大小和分布、加筋土挡墙的破裂面形状和位置等主要问题。本文对高度为7 m、10 m和12 m的3个加筋土挡土墙断面进行现场测试，分析了高加筋土挡墙墙背土压力分布规律，并对目前国内外普遍采用的0.3H法进行了讨论。

1 0.3H法及存在的问题

目前国内设计规范中普遍采用的方法是基于试验和实际工程经验的0.3H法，设计示意如图1所示。

图1 0.3H法加筋墙设计示意图

这种方法做了以下的基本假设：

(1)认为破裂面分为两段，在墙高H/2以上为距离墙面板0.3H的竖直线，下段为与水平方向成45+φ/2角度的斜直线。

(2)拉筋上拉力最大值在距面板一定距离处，与潜在破裂面位置一致，该最大拉力分担了墙背后的侧向土压力。

(3)墙背侧向土压力在6 m以下为主动土压力KA，从墙高6 m向上渐变至顶端静止土压力K0。

(4)认为竖向土压力均匀分布于拉筋带表面。

由以上假设，根据极限状态时拉筋拉力与墙背侧向土压力的平衡条件，可以得到拉筋的最大张力及可以产生的最大粘结力。

上述方法在低矮挡墙的设计中得到了成功的应用，但根据它的假设，我们不难看出其墙背填料的内摩擦角φ被限定为固定值，忽略了填料实际内摩擦角的大小，这显然是不符合实际的。另外这种方法是关于8 m及以下的低矮加筋墙的工程试验和模型试验总结得到的，对于高加筋土挡墙，墙体的实际状态与0.3H法的假设存在较大差异。

2 试验概况

本次试验选择了加筋土挡墙断面进行测试，所选择的试验断面墙高分别为7 m、10 m、12 m，其中断面A和C墙后采用CAT30020C型钢塑复合筋带，破断拉力为12 kN，延伸率小于1%，填料为山砂，墙面板为C25型十字形混凝土面板。断面A筋带按7 m等长布置；断面C下部4 m的筋带长8 m，上部的筋带长12 m。断面B墙后采用CAT30020B型钢塑复合筋带，破断拉力为10.53 kN，延伸率为1.6%，筋带按12 m等长布置，填料为风化泥岩，墙面板为CB-2型矩形混凝土面板。

本次测试主要围绕拉筋拉力、墙背土压力进行。拉筋拉力的测试通过贴在拉筋上的应变片获得。墙背土压力由靠近墙面并排布置的两根拉筋拉力通过换算得到，认为这两根拉筋分担了墙背承受的侧向土压力。测试点布置，如图2所示。

图2 测试断面布置图

图3 实测拉筋拉力分布图

3 试验分析

3.1 拉筋拉力

试验结果表明，拉筋上拉力一般均在2 kN以内，而拉筋的设计允许最大拉力为6 kN，破断拉力在10 kN以上，另外拉筋可以产生的极限抗拔力也远大于拉筋上的最大拉力，这些表明目前墙体内部稳定性的设计比较保守，不会发生拉筋破断破坏。同时实测拉筋拉力分布，如图3所示，拉筋上普遍存在两个或两个以上的拉力峰值，且存在筋带受压的现象。

分析认为，加筋土挡土墙拉筋拉力多峰值为正常现象。第一个峰值是加筋区内部拉筋拉力破坏或粘结破坏的潜在破坏面的位置，第二个峰值是当墙高大于一定数值后，不仅只在墙趾附近产生一个破裂面，还在加筋土挡土墙内部形成一个破裂楔体，拉筋一部分位于潜在滑动楔体上，另一部分在稳定体上，为保持平衡，则将出现第二个峰值。潜在破坏面位置，如图4所示。

图4 潜在破坏面位置

对加筋土挡墙的设计，特别是高加筋土挡土墙，应该充分考虑到这一点，可以采用与破裂楔体法类似的平衡分析方法。

此外，测试数据显示，拉筋局部没有受到张拉反而受压。分析其原因可能有：一是施工中的因素(如填料不够均匀、铺设筋带的土层表面不够平整、施工机具碾压等)会导致柔性筋带受压受扭，而不是理想的单纯受拉状态，从而导致电阻应变片测出的拉力是筋带在多种作用下产生的合力；二是在加筋墙内可能存在两个潜在的破裂面，形成两个破裂楔体，当两者位移不一致时(如前者位移小，后者位移大)，形成局部挤密区，不同的挤密区产生的位移往往不一致，这种不均匀变形会导致筋带受压。

3.2 墙背土压力分布

对高加筋土挡墙的墙背土压力分布，M.D.Bolton教授曾经采用离心机试验结果拟合，得到其分布情况符合经验公式：

式中：Ei——墙背侧向土压力(kN)；Ka——主动土压力系数；L——筋带长度(m)；H——墙高(m)；γ——填料容重(kN/m3)；hi——第i条筋带与墙顶的距离(m)。

为了便于比较，将3个断面的实测墙背土压力分布及0.3H法、经验公式的计算结果进行对比，如图5～图7所示。

图5 断面A(墙高7 m)墙背侧向土压力

图6 断面B(墙高10 m)墙背侧向土压力

图7 断面C(墙高12 m)墙背侧向土压力

从图5～图7中可以看出它有以下几个特点：

(1)实测土压力的分布呈明显的锯齿形，这反映了加筋土挡墙的两个特点：一是由于相邻两层拉筋之间形成承压土拱，如图8所示，卸掉了来自墙背的土压力；二是由于加筋墙的墙面为柔性结构，发生的位移由墙面的整体位移(公移)和墙面板因为自身轴线与整体墙面的轴线不重合而产生的位移(自移)两部分组成(如图9所示)，从而使墙背侧向土压力呈锯齿状。

图8 拉筋间土体承压拱示意图

图9 墙面板位移示意图

(2)总体上看，侧向土压力的外轮廓线呈现上下两端小、中间大的趋势，这与一般挡土墙背后土压力分布规律一致。当墙高越大时，墙后侧向土压力在下部变小的趋势越明显，甚至接近于零。

比较图5～图7中的实测值与计算值可知，面板后的侧向土压力随埋深减小的趋势非常明显，按0.3H法计算值在墙高为7 m时与实测结果比较接近， 而对于墙高为10 m和12 m的断面， 0.3H法的计算结果与实测相差过大，过于保守，采用经验公式的结果更合理一些。

4 结束语

通过现场试验及对结果分析比较可以得出以下结论：

(1)对于高大加筋土挡土墙，设计时应该考虑两个破裂楔体的存在，分别检算。

(2)墙背的侧向土压力分布呈现锯齿形，整体趋势为中间大，两端小，对于高加筋土挡墙，土压力在下部减小的趋势更明显。

(3)0.3H法用于低矮加筋土挡土墙设计，计算结果与实测结果比较接近，但用于高墙的设计，计算结果过于保守。采用经验公式来计算高加筋土挡土墙的侧向土压力更合适。

以上结论是对试验数据定性分析的结果，若要将其定量应用于工程设计还需要更进一步的试验研究。

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Testing Study on Earth Pressure of High Reinforced Earth Retaining Wall

SHE Zhiqing

(China Railway No.5 Engineering Group Co.,Ltd.,Hengyang 421000， China)

0.3H method is usually used for reinforced retaining wall design now. This method has been successfully applied in the design of low retaining wall, but there is a big difference between the actual state of the high wall and the assumption of the 0.3H method. In this paper, three reinforced earth retaining wall sections with height of 7 m, 10 m, and 12 m are tested at site. The tensile force of the tied reinforcement and back earth pressure are analyzed, the distribution pattern of the tensile force of the tied reinforcement along the tied reinforcement length direction as well as that of wall back earth pressure are obtained, which shows that the lateral earth pressure distribution on the wall back is zigzag. Through comparing between the test data and the traditional design results, it is considered that the 0.3H method used for low reinforced earth retaining wall is more close to the measured results, but too conservative for high retaining wall design, using the empirical formula to calculate the lateral soil pressure of high retaining wall is more appropriate.

high reinforced earth retaining wall; tensile force of the tied reinforcement; lateral earth pressure; 0.3H method

2016-03-08

佘志清(1971-)，男，高级工程师。

1674—8247(2016)03—0038—04

U417.3

A