简述MSE WALL(拉锚墙)设计基本原则

摘要：拉锚墙在面板处可以结合景观整体规划设计不同的花纹，使城市的景观更加优美，其在中东及欧美地区比较流行。本文结合实际工程案例阐述拉锚墙设计中需要把握的关键环节，本文中与国内计算方法类似的内容未给出相关阐述，其也可参考国内相关规范。

关键词：拉锚墙；MSE WALL；拉锚带

1. 设计参数

设计过程中主要考虑两种回填料，即精选料（用于加筋墙体/拉锚墙）和普通料（用于拉锚墙后侧），如图一、图二所示。

图一：拉锚墙横断面示意图 图二：现场拉锚墙施工横断面

精选料：土重度γ土= 20.00 KN/m3；摩擦角φ≥ 350；均匀系数Cu = D60 / D10≥4；最大土粒径75mm；75um通过率为10%，塑性指数≤6。

一般回填料：土重度γ土= 19.00 KN/m3；摩擦角φ≥ 340

本工程中，拉锚带的强度主要采用等级G30和G50即：30MPa和50MPa （墙体最高近12米，通过计算足以满足强度等要求）。

路面的竖向活荷载按照当地标准统一采用22.4KPa；设计时基础埋深考虑最小值为800mm，在构造上初步保证基础侧滑以及整体稳定性的要求。

2. 分项系数

荷载组合中，主要考虑三种情况作为结构计算的最不利可能：A-考虑所有荷载的最大值，因此该组合将会导致拉锚带最大的拉力以及最大的基础承载力要求；B-考虑最大的倾覆荷载与结构自重和活载的最小值，该组合通常为拉锚带抗拔力和基础抗滑移的控制组合。C-不考虑荷载分项系数荷载组合，即标准组合。组合的分项系数可按表一考虑

荷载

组合 拉锚

墙质量 墙后

测土压力 墙上的

交通荷载 墙背侧的

交通荷载 拉锚墙

密度

A 1.5 1.5 1.5 1.5 Max

B 1.0 1.5 0.0 1.5 Min

C 1.0 1.0 0.0 0.0 Max

表一：荷载分项系数

在计算拉锚墙稳定时，相应的安全系数可 参考下表：

设计内容 基础侧滑 摩擦力 粘聚力 倾覆 承载力 附着力 摩擦力 粘聚力

表二：安全分项系数

3. 拉锚墙主要设计内容

拉锚墙在设计时考虑两部分，第一部分是外部稳定，考虑作用在拉锚墙背侧主动土压力的影响，同时不考虑拉锚墙底部前侧被动土压力的有利影响（详图一）。设计过程中应考虑以下内容：

拉锚墙的倾覆

拉锚墙基础承载力校核，

拉锚墙基础的侧滑

抗测滑移设计的安全系数可采用下面公式：

，

其中，

和分别是拉锚墙回填料的内摩擦角和粘聚力；

和分别为竖向和水平方向的合力。

基础沉降

在计算沉降过程中 既要考虑由于上部荷载导致的拉锚墙基础沉降，也要考虑拉锚墙自身回填图随着高度变化而产生的沉降，一般情况下，施工过程中能够控制很好的压实度该部分沉降值相对较小。

正常使用极限状态下土体沿滑动面的破坏（用于坡型拉锚墙及不利地段）

设计时，要注意拉锚墙基础及周边地质条件较差的情况，容易产生下图所示的整体倾划的现象。

图三：拉锚墙整体滑动破坏示意图

第二部分是内部稳定，该计算通常决定拉锚带（加筋带）的使用量，以满足加筋区域的土体能够作为整体协同工作，内部稳定计算采用英标修订后的“简化粘性重力法”。

侧向土压力细数 ，其由顶部变化到6米深，6米以下采用常数。

图四：土压力系数随深度变化示意图

竖向土压力 ，计算时在每一层考虑了由于拉锚墙背侧土体导致的倾覆效应。

拉锚带的设计时，应考虑以下破坏不会发生：

拉锚墙楔形破坏，如下图所示

图五：拉锚墙楔形破坏示意图

要尽量保证每一层拉锚带的抗拔力或者拉锚带的摩擦力大于破坏力，设计时必须保证拉锚带的抗力大于楔形破坏区产生的破坏力，并采用下列两个公式的较小值作为设计依据：

or，

，

其中，

-第j层拉锚带的设计强度；

-所在层加筋带总宽度；

-抵抗区拉锚带的有效长度；

-拉锚墙顶面的附加恒荷载；

-与回填土粘聚力有关的附着力系数；

-材料分项系数

沿拉锚带任意一点的拉伸破坏

在拉锚带和混凝土面板连接位置的拉伸和剪切破坏，

拉锚带和回填土之间的摩擦力损失以避免面板拔出的情况发生。

首先，在粘性重力法中，每一层拉锚带的最大拉力由以下公式计算：

（KN/m2）

（KN/m）

其中，

-集中水平荷载作用下的水平拉锚带应力；

-拉锚带竖向间距。

确定每层拉锚带的拉力后，就可以按照该抗力进一步确定拉锚带的根数，这要基于拉锚带和其连接的长期设计强度，以及拉锚带和回填土之间产生的摩擦力来确定。拉锚带设计强度 为：

承载能力极限状态：

使用极限状态：

其中，

-在指定的设计使用年限和设计温度下的长期拉伸徐变断裂强度；，-特征短期强度，-徐变折减系数，二者可由表三获得。 -最大容许拉伸荷载，确保使用极限状态下规定的极限应变不会超限。

-破坏分项系数，本工程采用1.1。对于拉锚墙结构不高或上面没有直接使用道路，可采用1.0。

-材料安全系数，考虑安装损坏、风化（包括外露在阳光下）、化学物品以及其他环境因素等导致的强度折减。 ，其中，-安装损坏折减系数，-风化折减系数，包括暴露在紫外线下， -化学物及环境效应折减系数，-数据插入法的安全系数。

等级

表三：分项系数参考值

拉锚带的抵抗力取决于其在加筋土墙抵抗区域的有效长度，对于像土工带（拉锚带的一种）这种延伸性较小的材料，主动区和抵抗区会有相对明显的分界线，可详下图所示。

图六：拉锚墙内部分区图

每一个拉锚带的附着力 （KN）

其中，b-拉锚带的宽度，本工程采用50mm；-抵抗区拉锚带竖向土压力；

-抵抗区拉锚带的长度；

-拉锚带的摩擦系数，一般由厂家经过试验后指定；

-破坏衍生分项系数；

-抗拔分项系数，承载力极限状态取1.3， 正常使用极限状态取1.0

， 在结构的顶部

在6米深及一下

， 均匀性不好的沙、石；为均匀系数（）

均匀性好的沙，

4. 墙面板设计：

本工程为方形混凝土预制块，板厚为180，在设计面板时，需结合面板所对应的拉锚墙的高度进行相应的计算，主要考虑顶部荷载，拉锚墙以及其背侧的侧向压力与拉锚带之间作用在面板上的平衡关系，其可简化为图六所，采用常规的混凝土设计方法即可。

图七：面板及其弯矩示意图

5. 拉锚墙顶部防撞墙的设计：

设计面板及拉锚墙时，应考虑顶部防撞墙由于车辆冲击而产生的横向荷载，设计防撞墙时可参照英标相关标准（与国内差别不大）进行设计，同时按照混凝土结构构件计算防撞墙本身的结构设计，防撞墙的形式可参见图一。

6. 结束语：

本文结合实际工程主要在概念上详细表述了拉锚墙设计的主要内容，针对拉锚带的抗拔力、楔形稳定以及其与回填土之间的附着力等给了详细的阐述，并对结构设计中的荷载组合、安全系数等提供了相关参考，希望对后续的其它实际工程设计有一定的帮助。