公路高大加筋挡墙设计方案的研究（一）

加筋土挡墙的建设高度越来越高，高加筋土挡墙(高度超过20m)在工程实践中的应用也逐渐增多。而我国《公路加筋土工程设计规范》(JTJ 015-91) [1]由于高大加筋土挡墙现场试验数据可供借鉴的资料太少，无法做出相关规定或论述；此外，1997年美国联邦公路管理局最新出版的《加筋土设计与施工指南》中也没有专门论述超高加筋土挡土墙的设计与施工。由于这些原因，工程技术人员在设计高大的加筋土挡墙时，采用一般高度的加筋土挡墙的设计理论和方法，要么使某些方面过于保守，要么使某些方面不安全。为了满足工程设计的实际需要，研究高大加筋土挡墙迫在眉睫。
1试验研究概述
进行了高大加筋土挡墙的室内模型试验和现场原型试验，对高大加筋土挡墙的竖向土压力、侧向土压力和筋带拉力进行了测试分析。
原型墙是云南楚大高速公路1号高加筋土路肩墙。墙体总高度43.75m，但试验部分高度H=30.75m，筋的水平间距(Sr)和垂直间距(Sy)均为0.5m填料为碎石土，其等效内摩擦角？= 35，容量γ = 20kn/m3，m ι = TG (45-？/2) = 0.5206，kц = 0.271，如图1所示。室内模型墙为1: 15加筋土挡土墙。
2高大加筋土挡土墙的设计方法
2.1墙背破裂面的类型
现有设计规范中的设计方法没有一种能反映破裂面与填料性质的关系，而极限荷载法计算的理论破裂面能反映破裂面的几何尺寸h1、h2、B与填料性质的关系。路堤墙用极限荷载法
得到的断面几何尺寸，H1 = H+H2，H为墙高(m)，HO为车辆荷载的等效土厚(m)，Hz为路堤填土高度HF在加筋体上的等效荷载高度，即恒载(cm)；γ、?分别是填料的容重(kN/m3)和摩擦角(θ)
2.2钢筋拉力的计算方法
根据试验研究和能量法，以极限荷载法得到的断裂面为基础，推导出埋深处钢筋拉力的计算公式如下
(kN)；k是压力测量系数；h是接近的支撑和墙顶之间的距离(埋深)(m)；Sr和Sy分别为支撑至墙顶的距离(埋深)(m)；√为计算支撑的层位编号(从上到下),且√=√/sy；b是裂缝体的顶部宽度(m)；√ Ga为第一层表面车辆荷载分布的竖向压应力(kPa)；其他象征意义和之前一样。
2.3垂直土压力
室内模型试验中，下层平均垂直土压力比理论土柱压力低39%。因此，从安全角度考虑，建议上部1/3墙高范围内的竖向土压力按Rhi的理论值减少30%，即竖向土压力可用公式(6)和(7)计算。
这种“土拱”现象对于依靠加筋带和土之间的摩擦力来稳定土体的加筋土挡土墙来说是不利的。也就是说，在设计高大加筋土挡墙时，应减小底部筋带与土体之间的摩擦力，这样才能安全地确定筋带的长度。同时，这种“土拱”现象对高填方下的涵洞非常有利，即按土柱压力Rhi计算高填方涵洞顶部的竖向压力过于安全。
本研究的理论计算值可由公式(6)和(7)计算得出。原型墙和土柱压力Rhi的测量结果对比分析见表1。从表1可以看出，本研究推荐的垂直土压力计算方法计算的垂直土压力与实测垂直土压力相比是合理的，比RH√的理论计算值更接近实测值，也是安全的。
现场原型墙的试验数据也表明:竖向土压力曲线在两个台阶的高度处也有两个台阶，反映了加载形式的变化对竖向压力的影响，即台阶式变化引起的土柱压力变化，降低了下层土压力相对于上层土压力的增长率，有利于整个路堤的稳定。