第16章--加筋法素材

1、 第第1616章章 加筋法加筋法Chapter 16 Reinforcement Method 16.1 16.1 概概 述述16.1 Introduction 土的加筋是指在人工填土的路堤或擋土的加筋是指在人工填土的路堤或擋墻內(nèi)鋪設(shè)土工合成材料，或在邊坡內(nèi)打墻內(nèi)鋪設(shè)土工合成材料，或在邊坡內(nèi)打入土錨（或土釘、樹根樁等），這種人入土錨（或土釘、樹根樁等），這種人工復(fù)合土體稱為加筋土，它可提高地基工復(fù)合土體稱為加筋土，它可提高地基承載力、減小沉降和增加地基穩(wěn)定性。承載力、減小沉降和增加地基穩(wěn)定性。這種起加筋作用的人工材料稱為筋體。這種起加筋作用的人工材料稱為筋體。 加筋土法的基本機(jī)理是通過土體與筋

2、體間的加筋土法的基本機(jī)理是通過土體與筋體間的摩擦作用，使土體中的拉應(yīng)力傳遞到筋體上，筋摩擦作用，使土體中的拉應(yīng)力傳遞到筋體上，筋體承受拉力，而筋間土承受壓應(yīng)力及剪應(yīng)力，使體承受拉力，而筋間土承受壓應(yīng)力及剪應(yīng)力，使加筋土中的筋體和土體都能較好發(fā)揮自己的潛能。加筋土中的筋體和土體都能較好發(fā)揮自己的潛能。 土的加筋在我國(guó)古代漢武帝時(shí)就有以草枝建土的加筋在我國(guó)古代漢武帝時(shí)就有以草枝建造長(zhǎng)城的記載?，F(xiàn)代加筋土技術(shù)的發(fā)展始于造長(zhǎng)城的記載。現(xiàn)代加筋土技術(shù)的發(fā)展始于2020世世紀(jì)紀(jì)6060年代初期，法國(guó)工程師年代初期，法國(guó)工程師Henri VidalHenri Vidal首先在首先在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土摻有纖維材

3、料時(shí)，其強(qiáng)度可明試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土摻有纖維材料時(shí)，其強(qiáng)度可明顯提高到原有天然土強(qiáng)度的好幾倍，并由此提出顯提高到原有天然土強(qiáng)度的好幾倍，并由此提出了土的加筋概念和理論。了土的加筋概念和理論。 一、概述一、概述 加筋土擋墻（加筋土擋墻（Reinforced Earth Reinforced Earth wallwall）系由填土、在填土中布置一定量的）系由填土、在填土中布置一定量的拉筋以及直立的墻面板三部分組成一個(gè)整拉筋以及直立的墻面板三部分組成一個(gè)整體的復(fù)合結(jié)構(gòu)。體的復(fù)合結(jié)構(gòu)。 19651965年法國(guó)普拉聶爾斯成功地建年法國(guó)普拉聶爾斯成功地建成了世界第一座加筋土擋墻。成了世界第一座加筋土擋墻。19

4、791979年我國(guó)年我國(guó)云南田壩礦區(qū)貯煤場(chǎng)修建了加筋土擋墻。云南田壩礦區(qū)貯煤場(chǎng)修建了加筋土擋墻。16.2 16.2 加筋土擋墻加筋土擋墻16.2 Reinforced Retaining Wall加筋土擋墻示意圖加筋土擋墻示意圖 加筋土擋墻的特點(diǎn)：加筋土擋墻的特點(diǎn)： （1 1）它可做成很高的垂直填土；）它可做成很高的垂直填土； （2 2）充分利用材料性能，特別是土與拉筋）充分利用材料性能，特別是土與拉筋的共同作用，使擋土墻結(jié)構(gòu)輕型化；的共同作用，使擋土墻結(jié)構(gòu)輕型化； （3 3）面板、筋帶可在工廠中定型制造加工；）面板、筋帶可在工廠中定型制造加工； （4 4）施工簡(jiǎn)便、快速；）施工簡(jiǎn)便、快速；

5、（5 5）適應(yīng)性好，具有柔性結(jié)構(gòu)的性能，可）適應(yīng)性好，具有柔性結(jié)構(gòu)的性能，可承受較大的地基變形，適用于軟土地基；承受較大的地基變形，適用于軟土地基； （6 6）整體性較好，它所特有的柔性能夠很）整體性較好，它所特有的柔性能夠很好地吸收地震能量，具有良好的抗震性能；好地吸收地震能量，具有良好的抗震性能； （7 7）面板的形式可根據(jù)需要選擇，拼裝完）面板的形式可根據(jù)需要選擇，拼裝完成后造型美觀，適合于城市道路的支擋工程。成后造型美觀，適合于城市道路的支擋工程。二、加固機(jī)理二、加固機(jī)理 1 1 加筋土基本原理加筋土基本原理 2 2 加筋土擋墻破壞機(jī)理加筋土擋墻破壞機(jī)理 （1 1）加筋土擋墻的內(nèi)部穩(wěn)定

6、性）加筋土擋墻的內(nèi)部穩(wěn)定性 拉筋拔出破壞、拉筋斷裂、面板與拉筋拔出破壞、拉筋斷裂、面板與拉筋間接頭破壞、面板斷裂、貫穿回填拉筋間接頭破壞、面板斷裂、貫穿回填土破壞、沿拉筋表面破壞。土破壞、沿拉筋表面破壞。 （2 2）加筋土擋墻的外部穩(wěn)定性）加筋土擋墻的外部穩(wěn)定性 土坡整體失穩(wěn)、滑動(dòng)破壞、傾覆破土坡整體失穩(wěn)、滑動(dòng)破壞、傾覆破壞、承載力破壞。壞、承載力破壞。 三、設(shè)計(jì)計(jì)算三、設(shè)計(jì)計(jì)算 1 1 加筋土擋墻的型式加筋土擋墻的型式 可分為路肩式和路堤式擋墻?？煞譃槁芳缡胶吐返淌綋鯄?。 根據(jù)拉筋不同的配置方法，可分為根據(jù)拉筋不同的配置方法，可分為單面加筋土擋墻、雙面分離式加筋土擋單面加筋土擋墻、雙面分離式

7、加筋土擋墻、雙面交錯(cuò)式加筋土擋墻以及臺(tái)階式墻、雙面交錯(cuò)式加筋土擋墻以及臺(tái)階式加筋土擋墻。加筋土擋墻。 2 2 加筋土擋墻的荷載加筋土擋墻的荷載 應(yīng)根據(jù)可能同時(shí)出現(xiàn)的作用荷載，應(yīng)根據(jù)可能同時(shí)出現(xiàn)的作用荷載，選擇荷載組合。選擇荷載組合。 3 3 面板面板 面板一般采用混凝土預(yù)制構(gòu)件，其面板一般采用混凝土預(yù)制構(gòu)件，其強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C18C18，厚度不應(yīng)小于，厚度不應(yīng)小于80mm80mm。 4 4 拉筋拉筋 拉筋應(yīng)采用抗拉強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)率小、拉筋應(yīng)采用抗拉強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)率小、耐腐蝕和柔韌性好的材料，同時(shí)要求加耐腐蝕和柔韌性好的材料，同時(shí)要求加工、接長(zhǎng)以及與面板的連接簡(jiǎn)單。如鍍工、接長(zhǎng)以及

8、與面板的連接簡(jiǎn)單。如鍍鋅扁鋼帶、鋼筋混凝土帶、聚丙烯土工鋅扁鋼帶、鋼筋混凝土帶、聚丙烯土工聚合物等。聚合物等。 5 5 填土填土 加筋土擋墻內(nèi)填土一般應(yīng)具有易壓實(shí)、加筋土擋墻內(nèi)填土一般應(yīng)具有易壓實(shí)、能與拉筋產(chǎn)生足夠的摩擦力以及水穩(wěn)定能與拉筋產(chǎn)生足夠的摩擦力以及水穩(wěn)定性好的要求。一般要求填土的塑性指數(shù)性好的要求。一般要求填土的塑性指數(shù)小于小于6 6，內(nèi)摩擦角大于，內(nèi)摩擦角大于3434度，小于度，小于0.015mm0.015mm的細(xì)顆粒重量少于的細(xì)顆粒重量少于1515。應(yīng)優(yōu)先。應(yīng)優(yōu)先采用有一定級(jí)配的礫類土或砂類土。采用有一定級(jí)配的礫類土或砂類土。 6 6 加筋土擋墻構(gòu)造設(shè)計(jì)加筋土擋墻構(gòu)造設(shè)計(jì) 7

9、7 加筋土結(jié)構(gòu)計(jì)算加筋土結(jié)構(gòu)計(jì)算 （1 1）加筋土擋墻的內(nèi)部穩(wěn)定性計(jì)算）加筋土擋墻的內(nèi)部穩(wěn)定性計(jì)算 1 1）土壓力計(jì)算）土壓力計(jì)算 2 2）拉筋所受拉力計(jì)算）拉筋所受拉力計(jì)算 3 3）拉筋的斷面計(jì)算）拉筋的斷面計(jì)算 4 4）拉筋的長(zhǎng)度計(jì)算）拉筋的長(zhǎng)度計(jì)算 5 5）拉筋的總長(zhǎng)度計(jì)算）拉筋的總長(zhǎng)度計(jì)算（2 2）加筋土擋墻的外部穩(wěn)定性計(jì)算）加筋土擋墻的外部穩(wěn)定性計(jì)算 包括擋墻地基承載力、基底抗滑穩(wěn)定包括擋墻地基承載力、基底抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性和整體抗滑穩(wěn)定性等性、抗傾覆穩(wěn)定性和整體抗滑穩(wěn)定性等的驗(yàn)算，與一般重力式擋土墻的計(jì)算方的驗(yàn)算，與一般重力式擋土墻的計(jì)算方法相同。法相同。四、施工技術(shù)四、施工

10、技術(shù) 1 1 基礎(chǔ)施工基礎(chǔ)施工 2 2 面板安裝面板安裝 3 3 拉筋鋪設(shè)拉筋鋪設(shè) 4 4 填土的鋪筑和壓實(shí)填土的鋪筑和壓實(shí) 一、概述一、概述 土工合成材料已有土工合成材料已有100100年左右的歷史，年左右的歷史，但應(yīng)用于土木工程是但應(yīng)用于土木工程是2020世紀(jì)世紀(jì)3030年代末才開始年代末才開始的。我國(guó)于的。我國(guó)于6060年代中期將有紡織物應(yīng)用于河年代中期將有紡織物應(yīng)用于河道、涵閘及防治路基翻漿冒泥等工程。道、涵閘及防治路基翻漿冒泥等工程。8080年年代中期，土工合成材料在我國(guó)水利、鐵路、代中期，土工合成材料在我國(guó)水利、鐵路、公路、軍工、港口、建筑、礦山、冶金和電公路、軍工、港口、建筑、礦

11、山、冶金和電力等部門逐漸推廣。力等部門逐漸推廣。19861986、19891989、19921992年分年分別在天津、沈陽和江蘇儀征召開了三屆土工別在天津、沈陽和江蘇儀征召開了三屆土工合成材料學(xué)術(shù)會(huì)議。合成材料學(xué)術(shù)會(huì)議。16.3 16.3 土工合成材料土工合成材料16.3 Geosynthetics單向土工格柵加筋橋臺(tái)單向土工格柵加筋橋臺(tái) 單向土工格柵加筋橋臺(tái)單向土工格柵加筋橋臺(tái) 土工加筋帶土工加筋帶單向土工格柵加筋土路堤單向土工格柵加筋土路堤 單單向向土土 工工格格柵柵加加筋筋土土路路堤堤 二、土工合成材料產(chǎn)品類型二、土工合成材料產(chǎn)品類型 （一）有紡型土工織物（一）有紡型土工織物（Woven

12、 Woven geotextilegeotextile） （二）無紡型土工織物（二）無紡型土工織物（Nonwoven Nonwoven geotextilegeotextile） 1 1 熱壓處理法；熱壓處理法；2 2 針刺機(jī)械處理法；針刺機(jī)械處理法；3 3 化學(xué)化學(xué)粘結(jié)處理法。粘結(jié)處理法。 （三）合成型土工織物（三）合成型土工織物 1 1 土工膜（土工膜（GeomembraneGeomembrane） 2 2 土工格柵（土工格柵（GeogridGeogrid） 3 3 土工網(wǎng)（土工網(wǎng)（GeonetGeonet，GeowebGeoweb） （四）復(fù)合型土工織物（四）復(fù)合型土工織物（Geocom

13、positeGeocomposite） 1 1 復(fù)合土工膜復(fù)合土工膜 2 2 土工塑料排水帶土工塑料排水帶 3 3 土工墊土工墊 4 4 土工格室土工格室 三、三、 土工合成材料特性土工合成材料特性 （一）物理特性（一）物理特性 1 1 相對(duì)密度相對(duì)密度 2 2 單位面積質(zhì)量單位面積質(zhì)量 3 3 厚度厚度 （二）力學(xué)特性（二）力學(xué)特性 1 1 壓縮性壓縮性 2 2 抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度 3 3 撕裂強(qiáng)度撕裂強(qiáng)度 4 4 握持強(qiáng)度握持強(qiáng)度 5 5 頂破強(qiáng)度頂破強(qiáng)度 6 6 刺破強(qiáng)度刺破強(qiáng)度 7 7 穿透強(qiáng)度穿透強(qiáng)度 8 8 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)（三）水理性特性（三）水理性特性 1 1 孔隙率孔隙率 2

14、2 開孔面積率開孔面積率 3 3 等效孔徑等效孔徑 4 4 垂直滲透系數(shù)垂直滲透系數(shù) 5 5 水平滲透系數(shù)水平滲透系數(shù)（四）耐久性和環(huán)境影響（四）耐久性和環(huán)境影響 1 1 抗老化抗老化 2 2 徐變性徐變性四、土工合成材料的主要功能四、土工合成材料的主要功能 （一）排水作用（一）排水作用 （二）隔離作用（二）隔離作用 （三）反濾作用（三）反濾作用 （四）加筋作用（四）加筋作用 1 1 用于加固土坡和堤壩用于加固土坡和堤壩 2 2 用于加固地基用于加固地基 3 3 用于加筋土擋墻用于加筋土擋墻 五、設(shè)計(jì)計(jì)算五、設(shè)計(jì)計(jì)算（一）作為濾層時(shí)的設(shè)計(jì)（一）作為濾層時(shí)的設(shè)計(jì)（二）作為加筋時(shí)的設(shè)計(jì)（二）作為加

15、筋時(shí)的設(shè)計(jì) 1 1 地基加固地基加固 2 2 路堤加固路堤加固 3 3 加筋土擋墻加筋土擋墻六、施工技術(shù)六、施工技術(shù)一、概述一、概述 土釘是將拉筋插入土體內(nèi)部，常用鋼土釘是將拉筋插入土體內(nèi)部，常用鋼筋做拉筋，尺寸小，全長(zhǎng)度與土粘結(jié)，筋做拉筋，尺寸小，全長(zhǎng)度與土粘結(jié)，并在坡面上噴射混凝土，從而形成土體并在坡面上噴射混凝土，從而形成土體加固區(qū)帶，其結(jié)構(gòu)類似于重力式擋墻，加固區(qū)帶，其結(jié)構(gòu)類似于重力式擋墻，用以提高邊坡的穩(wěn)定性，適用于開挖支用以提高邊坡的穩(wěn)定性，適用于開挖支護(hù)和天然邊坡加固，是一項(xiàng)實(shí)用有效的護(hù)和天然邊坡加固，是一項(xiàng)實(shí)用有效的原位巖土加筋技術(shù)。原位巖土加筋技術(shù)。16.4 16.4 土土

16、釘釘16.4 Soil Nailing 土釘墻施工土釘墻施工土釘墻施工土釘墻施工錨桿施工錨桿施工土釘墻施工（噴射混凝土面層）土釘墻施工（噴射混凝土面層）土釘墻土釘墻二、土釘?shù)念愋?、特點(diǎn)及適用性二、土釘?shù)念愋?、特點(diǎn)及適用性 按施工方法，土釘可分鉆孔注漿型按施工方法，土釘可分鉆孔注漿型土釘、打入型土釘和射入型土釘三類。土釘、打入型土釘和射入型土釘三類。 土釘具有如下特點(diǎn)：土釘具有如下特點(diǎn)：（1 1）形成的土釘墻復(fù)合體，顯著提高了）形成的土釘墻復(fù)合體，顯著提高了邊坡整體穩(wěn)定性和承受坡頂超載的能力。邊坡整體穩(wěn)定性和承受坡頂超載的能力。（2 2）施工簡(jiǎn)單，施工效率高。）施工簡(jiǎn)單，施工效率高。（3 3）對(duì)

17、場(chǎng)地鄰近建筑物影響小。）對(duì)場(chǎng)地鄰近建筑物影響小。（4 4）經(jīng)濟(jì)效益好。）經(jīng)濟(jì)效益好。 土釘適用于地下水位低于土坡開挖段或經(jīng)過降土釘適用于地下水位低于土坡開挖段或經(jīng)過降水使地下水位低于開挖層的情況。為了保證土釘?shù)乃沟叵滤坏陀陂_挖層的情況。為了保證土釘?shù)氖┕?，土層在分階段開挖時(shí)應(yīng)能保持自立穩(wěn)定。為施工，土層在分階段開挖時(shí)應(yīng)能保持自立穩(wěn)定。為此，土釘適用于有一定粘結(jié)性的雜填土、粘性土、此，土釘適用于有一定粘結(jié)性的雜填土、粘性土、粉土、黃土類土及弱膠結(jié)的砂土邊坡。粉土、黃土類土及弱膠結(jié)的砂土邊坡。三、土釘與加筋土擋墻的比較三、土釘與加筋土擋墻的比較 1 1 土釘施工土釘施工“自上而下自上而下”；加

18、筋土擋墻；加筋土擋墻則是則是“自下而上自下而上”。 2 2 土釘是原位加筋技術(shù)，不像加筋土擋土釘是原位加筋技術(shù)，不像加筋土擋墻那樣，能夠預(yù)定和控制加筋土填土的性質(zhì)。墻那樣，能夠預(yù)定和控制加筋土填土的性質(zhì)。 3 3 土釘技術(shù)通常包含使用灌漿技術(shù)，土釘技術(shù)通常包含使用灌漿技術(shù)，使筋體和其周圍土層粘結(jié)起來，載荷通使筋體和其周圍土層粘結(jié)起來，載荷通過漿體傳遞給土層。在加筋土擋墻中，過漿體傳遞給土層。在加筋土擋墻中，摩擦力直接產(chǎn)生于筋條和土層間。摩擦力直接產(chǎn)生于筋條和土層間。 4 4 土釘既可水平布置，也可傾斜布土釘既可水平布置，也可傾斜布置。加筋土擋墻的拉筋一般水平設(shè)置。置。加筋土擋墻的拉筋一般水平設(shè)置。四、四、 土釘與土層錨桿的比較土釘與土層錨桿的比較 1 1 土層錨桿在安裝后便于張拉，土釘土層錨桿在安裝后便于張拉，土釘則不予張拉，發(fā)生少量位移后才可發(fā)揮則不予張拉，發(fā)生少量位移后才可發(fā)揮作用。作用。2 2 土釘?shù)慕^大部分和土層相接觸，而土土釘?shù)慕^大部分和土層相接觸，而土層錨桿多通過在錨桿末端固定的部分傳層錨桿多通過在錨桿末端固定的部分傳遞荷載，兩者在土體中產(chǎn)生的應(yīng)力不同。遞荷載，兩者在土體中產(chǎn)生的應(yīng)力不同。3 3 土釘?shù)陌惭b密度很高，單筋破壞的后土釘?shù)陌惭b密度很高，單筋破壞的后果不嚴(yán)重。果不嚴(yán)重。4 4 因錨桿承受