CN115404907A - 一种多层重力式加筋挡土墙设计方法 - Google Patents

一种多层重力式加筋挡土墙设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多层重力式加筋挡土墙设计方法，属于岩土设计领域。所述设计方法根据场地条件确定挡土墙墙身尺寸及自重，计算需要筋材提供的抗滑移拉力，预设筋材竖直方向总层数，将拉力在层数间进行平均分配，计算各层筋材需提供的单位宽度抗拉力T并选定筋材规格，确定层内筋材水平间距；再计算筋材需提供的抗倾覆力矩，根据力矩及T计算总力臂取值范围，再根据墙身尺寸进行各层的布设，确定各层与墙底的竖直距离；将筋材分为挡土墙内的浇筑段、填土滑裂面以内的自由段和以外的锚固段，分别确定浇筑段、自由段和锚固段长度及筋材总长度。本发明采用筋材与挡土墙组合，无需稳定土层作为筋材锚固段，施工便捷，成本低廉，应用范围广泛。

Description

一种多层重力式加筋挡土墙设计方法
技术领域
本发明属于岩土设计领域，具体涉及一种多层重力式加筋挡土墙设计方法。
背景技术
重力式挡土墙是一种常用的挡土墙，以挡土墙自身重力提供抗滑移和抗倾覆能力，维持挡土墙在土压力作用下的稳定性，通常采用石砌或混凝土浇筑，截面采用梯形；当抗滑移和抗倾覆能力不足时一般通过加厚墙体来解决。但当场地条件限制不允许加厚挡土墙时则需要在挡土墙上增加锚杆锚索来提高挡土墙的抗滑移和抗倾覆能力。
现有技术中，通常情况下加固重力式挡土墙的锚杆锚索需要进行锚固，但并非所有施工场地都能够提供用于锚杆锚索进行锚固的稳定土层，所以锚杆锚索对使用场景有着较为严格的要求，无法应用于所有情况下的重力式挡土墙的加固。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种多层重力式加筋挡土墙设计方法，在重力式挡土墙内及填土内增设筋材，通过加筋的方式为重力式挡土墙提供抗滑移和抗倾覆能力，利用筋材与填土的摩擦力形成筋材锚固段，在保证抗滑移和抗倾覆的前提下不需要提供稳定土层，具有普适性，提高了重力式挡土墙的适用范围。
为了实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
一种多层重力式加筋挡土墙设计方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1，根据场地条件确定挡土墙墙身尺寸及自重G，根据挡土墙抗滑移稳定性计算公式(1)计算需要筋材提供的抗滑移拉力FR：
FR＝FsEa-Gμ (1)
式(1)中，μ为挡土墙墙底的摩擦系数，Fs为挡土墙抗滑移安全系数，Ea为按照朗肯土压力理论计算的填土主动土压力；
步骤S2，预设筋材竖直方向总层数n，并根据公式(2)计算各层筋材需提供的单位宽度抗拉力T：
Figure BDA0003848866070000021
步骤S3，根据筋材需提供的单位宽度抗拉力T选定筋材规格，并确定每层内筋材的水平间距Sx；
步骤S4，根据挡土墙抗倾覆稳定性计算公式(3)计算筋材需提供的抗倾覆力矩MR：
MR＝KsEaaa-GaG (3)
式(3)中，aG为挡土墙重心到墙趾的距离，aa为主动土压力Ea到墙底的距离，Ks为挡土墙抗倾覆安全系数；
步骤S5，根据公式(4)计算所有层的总力臂
Figure BDA0003848866070000022
的取值范围：
Figure BDA0003848866070000023
式(4)中，i为n层筋材中第i层筋材编号，zi为第i层筋材与墙底的竖直距离；
步骤S6，根据所有层总力臂的取值范围，再根据墙身尺寸按照从墙底到墙顶的顺序进行各层的布设，确定各层与墙底的竖直距离；
步骤S7，将每层筋材分为浇筑在挡土墙内的浇筑段、埋在填土滑裂面以内的自由段和埋在填土滑裂面以外的锚固段；其中，
第i层筋材浇筑段长度Lwi与第i层所在位置处挡土墙厚度相同；根据筋材提供的单位宽度抗拉力T和水平间距Sx，通过公式(5)计算第i层筋材在填土滑裂面以外的锚固段长度Ldi，通过式(6)计算第i层筋材的总长度Li：
Figure BDA0003848866070000024
Figure BDA0003848866070000025
式(5)和(6)中，B为筋材宽度，f为筋材与填土的摩擦系数，γ为填土重度，
Figure BDA0003848866070000026
为填土内摩擦角。
作为本发明的一个优选实施例，所述总层数n，取1～3层。
作为本发明的一个优选实施例，所述筋材规格，包括筋材宽度B，筋材与填土的摩擦系数f，筋材抗拉强度δ。
作为本发明的一个优选实施例，步骤S3中，水平间距Sx通过Sx≤T/δ进行确定。
作为本发明的一个优选实施例，进行各层的布设时，同时限定相邻层间隔不小于1m，靠近墙顶位置的最上层筋材与填土表面的竖直距离不小于1m。
本发明实施例具有如下有益效果：
采用筋材为重力式挡土墙提供抗滑移和抗倾覆能力，利用筋材与填土的摩擦力形成筋材锚固段，避免了锚杆锚索需要场地提供稳定土层的问题，此外挡土墙施工时将筋材与挡土墙浇筑在一起，筋材在挡土墙内的锚固长度应与挡土墙厚度保持一致，施工较为便捷且筋材与墙体锚固力可靠。
当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例多层重力式加筋挡土墙设计原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征也可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明实施例提供了一种多层重力式加筋挡土墙设计方法，在挡土墙和填土内设置多层连通的筋材，每根筋材包括浇筑在挡土墙内的浇筑段、埋在填土滑裂面以内的自由段和埋在填土滑裂面以外的锚固段，筋材可以为挡土墙提供额外拉力用于保证挡土墙抗滑移稳定性和抗倾覆稳定性。
参见图1，本实施例所提供的多层重力式加筋挡土墙设计方法包括如下步骤：
步骤S1，根据场地条件确定挡土墙墙身尺寸及自重G，根据挡土墙抗滑移稳定性计算公式(1)计算需要筋材提供的抗滑移拉力FR：
FR＝FsEa-Gμ (1)
式(1)中，μ为挡土墙墙底的摩擦系数，Fs为挡土墙抗滑移安全系数，Fs根据工程性质结合相应国家规范确定，Ea为按照朗肯土压力理论计算的填土主动土压力。所述填土的主动土压力为水平力。
步骤S2，预设筋材竖直方向总层数n，n取1～3层，并计算各层筋材需提供的单位宽度抗拉力T，根据公式(2)计算T：
Figure BDA0003848866070000041
本步骤中，所各层筋材需提供的单位宽度抗拉力T相同。所述总层数n，根据经验进行设置，一般选择1层、2层或3层。
步骤S3，根据筋材需提供的单位宽度抗拉力T选定筋材规格，并确定每层内筋材的水平间距Sx。
本步骤中，所述筋材规格，包括筋材宽度B，筋材与填土的摩擦系数f，筋材抗拉强度δ。水平间距Sx通过Sx≤T/δ进行确定。
步骤S4，根据挡土墙抗倾覆稳定性计算公式(3)计算筋材需提供的抗倾覆力矩MR：
MR＝KsEaaa-GaG (3)
式(3)中，aG为挡土墙重心到墙趾的距离，aa为主动土压力Ea到墙底的距离，Ks为挡土墙抗倾覆安全系数，Ks根据工程性质结合相应国家规范确定。
步骤S5，根据公式(4)计算所有层的总力臂
Figure BDA0003848866070000042
的取值范围：
Figure BDA0003848866070000043
式(4)中，i为n层筋材中第i层筋材编号，zi为第i层筋材与墙底的竖直距离。
步骤S6，根据所有层总力臂的取值范围，同时限定相邻层间隔不小于1m，靠近墙顶位置的最上层筋材与填土表面的竖直距离不小于1m，再根据墙身尺寸按照从墙底到墙顶的顺序进行各层的布设，确定各层与墙底的竖直距离，即第i层的力臂zi。
步骤S7，将每层筋材分为浇筑在挡土墙内的浇筑段、埋在填土滑裂面以内的自由段和埋在填土滑裂面以外的锚固段；其中，第i层筋材浇筑段长度Lwi与第i层所在位置处挡土墙厚度相同；根据筋材提供的单位宽度抗拉力T和水平间距Sx，通过公式(5)计算第i层筋材在填土滑裂面以外的锚固段长度Ldi，通过式(6)计算第i层筋材的总长度Li：
Figure BDA0003848866070000051
Figure BDA0003848866070000052
式(5)和(6)中，B为筋材宽度，f为筋材与填土的摩擦系数，γ为填土重度，
Figure BDA0003848866070000053
为填土内摩擦角。
下面通过一个具体的实例，对本发明作进一步详细的说明。某工程需施工重力式挡土墙，根据场地条件需对重力式挡土墙进行多层加筋以提高抗滑移和抗倾覆的能力，设计过程如下：
步骤S1，据场地条件确定挡土墙重力G＝500kN/m，墙底与地基土的摩擦系数μ＝0.3，aG＝2m，挡土墙高度H＝8m，填土重度γ＝20kN/m3，内摩擦角
Figure BDA0003848866070000055
，挡土墙抗滑移安全系数Fs＝1.3，抗倾覆安全系数Ks＝1.6，Ea＝313.6kN/m，aa＝2.67m。
根据公式(1)计算需要筋材提供的抗滑移拉力FR如下：
FR＝1.3×313.6-500×0.3＝257.68kN/m (1)
步骤S2，预设筋材竖直方向总层数n＝2，根据公式(2)计算各层筋材需提供的单位宽度抗拉力T如下：
Figure BDA0003848866070000054
步骤S3，根据筋材需提供的单位宽度抗拉力T选定筋材规格，确定筋材规格为单根筋材允许抗拉强度为150kN，筋材宽度B＝0.1m，筋材与填土的摩擦系数f＝0.3，则水平间距Sx＝128.84/150＝0.86m，本实例中，选取Sx＝0.5m即可满足水平间距要求。
步骤S4，根据挡土墙抗倾覆稳定性计算公式(3)计算需要筋材提供的抗倾覆力矩MR：
MR＝1.6×313.6×2.67-500×2＝339.7kN·m/m (3)
步骤S5，根据公式(4)计算2层筋材的总力臂
Figure BDA0003848866070000061
取值范围：
Figure BDA0003848866070000062
步骤S6，根据筋材的总力臂按照从墙底到墙顶的顺序进行各层筋材的布设，第1层筋材设置在距离墙底z1＝1m处，第2层筋材设置在距离墙底z2＝2m处，满足式(4)要求，同时满足相邻层间隔不小于1m，靠近墙顶位置的最上层筋材与填土表面的竖直距离不小于1m。
步骤S7，根据墙身尺寸，计算得到第1层筋材浇筑段长度Lw1＝1.75m，第2层筋材浇筑段长度Lw1＝1.5m；再根据筋材提供的单位宽度抗拉力T＝128.84kN/m和水平间距Sx＝0.5m，根据公式(5)计算两层筋材在填土滑裂面以外的锚固段长度如下：
Figure BDA0003848866070000063
Figure BDA0003848866070000064
由式(6)计算两层筋材的总长度Li：
Figure BDA0003848866070000065
Figure BDA0003848866070000066
第1层筋材自由段长度为0.7m，第2层筋材自由段长度为1.4m。
根据上述设计参数，施工多层重力式加筋挡土墙。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的优选实施例。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种多层重力式加筋挡土墙设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1，根据场地条件确定挡土墙墙身尺寸及自重G，根据挡土墙抗滑移稳定性计算公式(1)计算需要筋材提供的抗滑移拉力FR：
FR＝FsEa-Gμ (1)
式(1)中，μ为挡土墙墙底的摩擦系数，Fs为挡土墙抗滑移安全系数，Ea为按照朗肯土压力理论计算的填土主动土压力；
步骤S2，预设筋材竖直方向总层数n，并根据公式(2)计算各层筋材需提供的单位宽度抗拉力T：
Figure FDA0003848866060000011
步骤S3，根据筋材需提供的单位宽度抗拉力T选定筋材规格，并确定每层内筋材的水平间距Sx；
步骤S4，根据挡土墙抗倾覆稳定性计算公式(3)计算筋材需提供的抗倾覆力矩MR：
MR＝KsEaaa-GaG (3)
式(3)中，aG为挡土墙重心到墙趾的距离，aa为主动土压力Ea到墙底的距离，Ks为挡土墙抗倾覆安全系数；
步骤S5，根据公式(4)计算所有层的总力臂
Figure FDA0003848866060000012
的取值范围：
Figure FDA0003848866060000013
式(4)中，i为n层筋材中第i层筋材编号，zi为第i层筋材与墙底的竖直距离；
步骤S6，根据所有层总力臂的取值范围，再根据墙身尺寸按照从墙底到墙顶的顺序进行各层的布设，确定各层与墙底的竖直距离；
步骤S7，将每层筋材分为浇筑在挡土墙内的浇筑段、埋在填土滑裂面以内的自由段和埋在填土滑裂面以外的锚固段；其中，
第i层筋材浇筑段长度Lwi与第i层所在位置处挡土墙厚度相同；根据筋材提供的单位宽度抗拉力T和水平间距Sx，通过公式(5)计算第i层筋材在填土滑裂面以外的锚固段长度Ldi，通过式(6)计算第i层筋材的总长度Li：
Figure FDA0003848866060000021
Figure FDA0003848866060000022
式(5)和(6)中，B为筋材宽度，f为筋材与填土的摩擦系数，γ为填土重度，
Figure FDA0003848866060000023
为填土内摩擦角。
2.根据权利要求1所述的多层重力式加筋挡土墙设计方法，其特征在于，所述总层数n，取1～3层。
3.根据权利要求1所述的多层重力式加筋挡土墙设计方法，其特征在于，所述筋材规格，包括筋材宽度B，筋材与填土的摩擦系数f，筋材抗拉强度δ。
4.根据权利要求3所述的多层重力式加筋挡土墙设计方法，其特征在于，步骤S3中，水平间距Sx通过Sx≤T/δ进行确定。
5.根据权利要求1所述的多层重力式加筋挡土墙设计方法，其特征在于，进行各层的布设时，同时限定相邻层间隔不小于1m，靠近墙顶位置的最上层筋材与填土表面的竖直距离不小于1m。
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