加筋土技術在土木工程建設中的應用具有悠久的歷史，最早起源于中國，早在幾千年前，人們就會利用一些植物纖維作為土的加筋材料。到20世紀60年代法國工程師H.Vidal系統地提出了“加筋土”概念，并通過三軸試驗證明，在砂土中加入適量纖維材料后其強度提高了4倍之多，從此加筋土技術走向了一個新的發展階段。加筋土擋墻由墻后填料、拉筋以及墻面板三部分組成，墻面可以保持直立，是一種柔性支擋結構，具有耗材少、占地少、經濟美觀、施工方便、良好的抗震性能等優點。
加筋土擋墻是一種特殊擋土護墻，其墻后填土與鋪設在填料中的拉筋共同作用，使填土也成為擋墻的一部分，既提高了擋墻的穩定性又降低了工程造價。加筋土擋墻中，土與筋帶的作用機理為摩擦加筋原理，外荷載與土的自重產生的土壓力作用在墻面板上，由于獨立的墻面板自身不具有抵抗能力，只能將此壓力傳遞給與之連接的拉筋，而拉筋材料被埋設在填土中，最終土與拉筋之間的摩擦力將此土壓力抵消。對于砂土，黏聚力極低，一般無抗拉強度，在自重或外力作用下極易產生變形破壞，通過在土中鋪設加筋材料，可以顯著提高砂土的穩定性。
本試驗研究采用極限平衡理論進行分析。實驗用牛皮紙做筋帶，標準紙板為墻面板，中粗砂為墻后填料，模擬工程實踐進行研究。通過理論計算設計出最初加筋方案，并制作擋墻模型，然后通過大量試驗進行不斷修正和改進，最終確定出砂土條件下擋墻最優加筋方案。
1 加筋方案設計與模型制作
1.1 加筋方案設計
根據《公路加筋土工程設計規范》（JTJ 015-91）進行加筋土擋墻設計。加筋土擋墻破裂面如圖1所示（試驗中這種假設得到驗證）。破裂面的垂直部分與面板距離BH采用0.3 H,傾斜部分與水平面夾角β為45°+φ/2.在外荷載作用下加筋土擋墻土壓力分布如圖2所示?！緢D1.圖2】
加筋土擋墻面板的筋帶布置位置如圖3所示，采用5層加筋，根據胡克定律理論，采用等腰三角形布置，即相鄰筋帶的連接點呈“V”形?！緢D3】
1.2 模型制作
試驗所用回填材料是干凈的中粗砂，重度γ=16.5kN/m3,內 摩 擦 角φ=30°.加 筋 帶 為 無 紋100g信封用牛皮紙，牛皮紙筋帶的寬度、長度和用量是此次研究的重點。面板采用300g標準規格的紙板，尺寸為50cm×50cm.試驗時將紙板的三邊折回，防止砂從邊緣溢出，面板尺寸及折疊方式如圖4所示。筋帶與面板之間用寬48mm的標準包裝膠帶連接。膠帶僅作為連接面板用，不用以提高筋帶的強 度。附 加 荷 載 為 裝 有 中 粗 砂 的 總 重 為10kg的鐵桶2個。砂箱尺寸如圖5所示?！緢D4.5】
砂箱一共5面（無頂），底面和豎直的3個面固定不動，一個面是可以拆卸的可移動面板，暫時固定，起支擋作用。砂箱材料為15mm厚膠合板。為了防止砂箱可移動面板一端在加載時變形過大，側面兩平行直立面板間用1根直徑10mm的金屬桿連接。連桿軸心在砂箱頂面之下1cm,距砂箱前表面2cm處。為了提高砂箱的整體剛度，在砂箱外還增加了一個鋼架，起固定作用，可移動面板一側鋼架不起加固和支撐作用。
加筋土擋墻的砂土填料不僅產生土壓力，而且決定了拉筋所受摩擦力的大小。通過試驗分析，砂的密實度對于筋帶和砂之間的摩擦力起很大作用，因此，在回填砂土時，采用分層壓實，使砂土達到較大的密實度，以提供足夠的摩阻力。
2 模型試驗及結果分析
2.1 加載試驗
加筋土擋墻加載試驗過程如下：①將實驗砂箱準備好；②將設計剪裁好的牛皮紙筋帶用膠帶固定在紙板上；③將紙板緊貼于可移動面板內側直立放置；④緩慢向試驗箱中填入中粗砂，將加筋紙帶分層水平鋪置其中，用混凝土試塊分層夯實，回填至距離砂箱頂面2cm處停止，最終使砂土頂面平整；⑤穩定1 min后，緩慢移 除可移 動面板；⑥穩 定3min后，將裝有10kg砂土的鐵桶放在離面板7cm處的中央；⑦穩定3min后如加筋土擋墻保持穩定，繼續將一個空桶放置在第一個鐵桶上，緩慢加入10kg中粗砂；⑧穩定3min,若擋墻面板仍然能夠保持穩定，沒有產生過大變形和破壞，則試驗成功。
若實驗過程中不符合以上要求，擋墻面板發生整體或局部破壞以及加載桶發生傾斜或倒塌等現象，則重做實驗。
擋土墻結果評價值1式中：x為所用牛皮紙面積（cm2），a為擋土墻最終附加荷載（kg）。
2.2 結果分析
基于試驗過程中加筋土擋墻模型的觀察，做出如下分析：
1）當干的中粗砂回填到試驗高度后，將可移動面板撤走，面板仍保持直立且向外有微小變形。這是因為加筋土擋墻是柔性結構，可移動面板撤走后，紙板失去了原有的側面支撐，產生微小變形。加筋土擋墻的變形主要由筋帶的拉伸變形、筋帶與回填材料的相對位移產生。填料壓實度越高，這種位移就越小，因此，在試驗中控制好回填材料的壓實度是控制擋土墻變形的最有效方式。
2）可移動面板移走后，可以明顯觀察到面板外表面上呈現出向墻后有規律的凹陷，其位置正好是每一條筋帶與面板的連接處。面板的作用主要是承受側向土壓力和固定筋材，保證墻面直立。如果面板不發生任何變形，則筋帶的拉力就發揮不出來，面板產生微小變形后，筋帶拉力逐漸得到發揮。隨著擋墻頂面附加荷載的不斷增加，面板外表面的凹陷更加明顯，此現象表明筋帶和填土之間有相對位移，兩者之間的摩擦力限制了土體的變形。
3）試驗過程中從側面觀察面板的變形，面板明顯向外鼓出，最大變形位于面板的中下部，大概在第三層筋的位置。在試驗中重點對這個部位進行加強處理，防止擋土墻破壞。
4）當加載至擋土墻破壞后發現，筋帶很少被拉斷或拉出，破壞多是發生在筋帶與面板連接處。由此可見筋帶與面板的連接強度對于加筋土擋墻的穩定性十分關鍵。
5）在對筋帶與面板連接處進行加強處理后發現，若筋帶被拉斷，斷裂處都是發生在筋帶中間部位。這說明筋帶的受力是不均勻的，表現為兩端小，中間大。
3 模型改進
加筋土擋墻筋帶最終長度如表1所示。筋帶最終長度立面圖如圖6所示?！緢D6.表1】
試驗發現，筋帶最終長度自上而下是依次遞減的。雖然土的自重應力隨著深度的增加而增加，但砂土和筋帶的摩阻力也會隨著增大，從上而下依次減少筋帶的長度仍可保證擋土墻的穩定。試驗之初，筋帶使用寬度為2cm,各層筋帶長度都一樣長，筋帶的布置位置如圖3所示，但是發現這樣的加筋方案擋墻的承載力很大，對于20kg的附加荷載來說筋帶使用量有些浪費，所以從減少筋帶的寬度來考慮，經 過 幾 次 嘗 試 后，將 筋 帶 的 寬 度 降 低 到 了1cm,這樣之后加筋土擋墻的評價值W得到了明顯的提高，如果繼續降低寬度則會導致筋帶被拉斷。
從另外一個方面考慮，既然寬度不能再降低，長度是否能減少呢？在最初設計中得到的只是一個理論值，這個數值肯定和實際值有一定的偏差，并且在試驗中發現每次擋土墻破壞都是筋帶和面板之間的連接處破壞，筋帶一般不會被拔出或者拉斷，說明錨固區的長度可以進一步縮小，事實也證明如此。在將筋帶的長度縮短之后加筋土擋墻的穩定性還是比較好的，筋帶與面板連接處能否穩定是試驗成敗的關鍵，因此，筋帶與面板的連接方式至關重要。經過多次試驗，最終確定筋帶的連接方案為：筋帶連接端三側均用膠帶緊緊固定，自由端朝上，筋帶的連接方式如圖7所示。試驗中還發現在砂土回填過程中，夯實工藝同樣對加筋土擋墻的穩定性有很大影響，因此，在回填過程中規定了夯實的標準，兩側的夯實要均勻，避免了因局部變形而導致整個結構的破壞。當部分結構變形過大時，砂土會從兩側的狹縫中露出，一旦有砂露出，砂箱中的砂和筋帶之間產生的力就會有很大的變化，結構很快就會失穩破壞?！緢D7】
4 結論
1）通過反復試驗確定出加筋土擋墻筋帶最優設計方案。加筋設計是整個實驗中最為關鍵的部分，筋帶的長度、寬度以及使用量直接決定了實驗的成敗以及最終評價值的高低。本加筋設計方案采用5層加筋，根據胡克定律理論，采用等腰三角形布置，即相鄰筋帶的連接點呈“V”形，充分發揮了筋帶與面板的強度。
2）通過試驗分析，填砂的密實度對于筋帶拉力發揮以及筋帶和砂之間的摩擦力有很大影響。在筋帶鋪設時，本試驗采用分層壓實方案，并規定了壓實的工藝標準，使砂土達到較大的密實度，以提供足夠的摩阻力，從而減少筋帶的使用量。這可以應用到實際工程建設中，產生良好的經濟效益。
3）筋帶和面板連接處能否穩定是擋墻失穩破壞的關鍵。經過不斷探索和總結，最終確定筋帶的連接方案為：筋帶連接端三側均用膠帶緊緊固定，自由端朝上。此筋帶與面板連接方案是本實驗中又一創新之處。
本文在分析先哲們的理論結果基礎上，對加筋土擋墻進行了進一步的理論分析和試驗研究，使擋土墻的材料得到充分利用，達到了在特定材料下的最優化設計目標，擋土墻結果評價值W最終可達到95.8分。
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