加筋法地基處理工藝（75頁）

1、15 加筋法 1 概述2 加筋土擋墻3 土工合成材料4 土釘15.1概述 土的加筋是指在人工填土的路堤或擋墻內(nèi)鋪設(shè)土工合成材科(或鋼帶、鋼條、鋼筋混凝土（串）帶、尼龍繩等)，或在邊坡內(nèi)打入土錨(或土釘、樹根樁等)，這種人工復(fù)合土體稱為加筋土?？沙惺芸估?、抗壓、抗剪和抗彎作用，從而提高地基承載力、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或加筋材。土的加筋應(yīng)用在我國(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20世紀(jì)60年代初期，法國(guó)工程師Henri Vidal首先在試驗(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，并由此提出了土的加筋概

2、念和設(shè)計(jì)理論。15.2 加筋土擋墻加筋土擋墻是由填土、拉筋以及直立的墻面板三部分組成的一個(gè)整體的復(fù)合結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在著墻面土壓力、拉筋的拉力及填料與拉筋間的摩擦力等相互作用的內(nèi)力。這些內(nèi)力相互平衡，保證了這一復(fù)合結(jié)構(gòu)的內(nèi)部穩(wěn)定。同時(shí)，加筋土這一復(fù)合結(jié)構(gòu)類似于重力式擋墻，還要能抵抗加筋體后面填土所產(chǎn)生的側(cè)壓力，即保證加筋土擋墻的外部穩(wěn)定，從而使整個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。加筋土擋土結(jié)構(gòu)常見的型式有條帶式和包裹式兩種。條帶式結(jié)構(gòu)一般是將高強(qiáng)度、高模量的加筋條帶在填土中按一定間距排列，其一端與結(jié)構(gòu)邊側(cè)的面板聯(lián)接，另一端則埋設(shè)于填土之中；包裹式結(jié)構(gòu)采用扁絲機(jī)織土工織物在土內(nèi)滿鋪，在鋪設(shè)的每一層織物上填土壓

3、實(shí)，將外端部織物卷回一定長(zhǎng)度后，再在其上鋪放另一層織物，每層填土厚常為0.30.5m，按前法填土壓實(shí)，逐層增高。（如南湖公園）15.2.1 特點(diǎn)1.允許完成很高的垂直填土，從而可減少占地面積。2.充分利用材料性能，特別是土與拉筋的共同作用，使擋墻結(jié)構(gòu)輕型化，具有造價(jià)上的優(yōu)勢(shì)。3.面板、筋帶可在工廠中定型制造加工，構(gòu)件全部預(yù)制，工廠化生產(chǎn)，保證質(zhì)量，降低了原材料。4.由于構(gòu)件較輕，施工簡(jiǎn)便、快速、節(jié)省勞力和縮短工期。5.加筋土擋墻由各構(gòu)件拼裝而成，具有柔性結(jié)構(gòu)的性能，可承受較大的地基變形，因而適用于軟土地基。6.整體性較好，柔性吸收地震能量，抗震性能好。7.面板的形式可根據(jù)需要選擇，拼裝完成后造

4、型美觀，適合城市道路的支擋工程。8.加筋土擋墻主要適用于公路建設(shè)。15.2.2加固機(jī)理 加筋土復(fù)合體中的拉應(yīng)力通過土與筋材間的界面剪切作用傳遞到相鄰的拉筋上，而筋材間土體自身僅承受壓應(yīng)力及剪切應(yīng)力，從而使加筋土體成為具有一定自承約束的復(fù)合結(jié)構(gòu)。加筋土的工作機(jī)理可以用粘聚力理論來描述，該理論是由簡(jiǎn)單的筋土摩擦加固原理轉(zhuǎn)化而來的。粘聚力理論認(rèn)為：加筋土結(jié)構(gòu)可以看作是各向異性的復(fù)合材料，通常采用的拉筋，其彈性模量遠(yuǎn)大于填土。拉筋與填土的共同作用，包括填土的抗剪力、填土與拉筋的摩擦阻力及拉筋的抗拉力，使得帶有拉筋的填土的強(qiáng)度明顯提高。在沒有拉筋的土體中，在豎向應(yīng)力的作用下，壓縮變形和側(cè)向變形也隨之加大

5、，直到破壞。如果在土體中設(shè)置了水平方向的拉筋，則在同樣的豎向應(yīng)力 作用下，其側(cè)向變形則會(huì)大大減小，如圖。破壞形態(tài)15.2.3設(shè)計(jì)計(jì)算1型式 2 荷載3面板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C18，厚度不應(yīng)小于80 mm。面板設(shè)計(jì)應(yīng)滿足堅(jiān)固、美觀、運(yùn)輸方便和易于安裝等要求。通合可選用十字形、槽形、六角形、L形和矩形等形狀的面板。面板上的拉筋結(jié)點(diǎn)，可采用預(yù)埋鋼拉環(huán)、鋼板錨頭或預(yù)留穿筋孔等形式。鋼拉環(huán)應(yīng)采用直徑不小于l0 的HPB235鋼筋。4拉筋拉筋應(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)要求加工、接長(zhǎng)以及與面板的連接簡(jiǎn)單，如鍍鋅扁鋼帶、鋼筋混凝土帶、聚丙烯土工聚合物等

6、。高速公路和一級(jí)公路上的加筋土工程應(yīng)采用鋼帶或鋼筋混凝土帶。5填土加筋土擋墻內(nèi)填土一般應(yīng)滿足易壓實(shí)、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)小于6，內(nèi)摩擦角大于34度，且粒徑小于0.015的細(xì)顆粒重量小于15。應(yīng)優(yōu)先采用有一定級(jí)配的礫類土或砂類土。也可采用碎石土、黃土、中低液限粘性土及滿足要求的工業(yè)廢渣。6加筋土擋墻構(gòu)造設(shè)計(jì)(1)加筋土擋墻的平面線型可采用直線、折線和曲線。相鄰墻面的內(nèi)夾角不宜小于70度。(2)加筋土擋墻的剖面形式一般應(yīng)采用矩形，受地形、地質(zhì)條件限制時(shí)，也可采用階梯形。(3)加筋土擋墻面板下部應(yīng)設(shè)寬不小于0.3m，厚度不小于0.2m的混凝土基礎(chǔ)。7

7、設(shè)計(jì) 內(nèi)部穩(wěn)定 阻止拉筋被拉斷或筋土間摩擦力不足 土壓力 拉筋所受拉力 拉筋面積 拉筋長(zhǎng)度 拉筋總長(zhǎng)度 外部穩(wěn)定 同一般擋墻15.3土工聚合物15.3.1分類1土工織物土工織物為透水性的土工合成材料，按制造方法可分為有紡、無紡和編織型三種。土工織物突出的優(yōu)點(diǎn)是：質(zhì)量輕、整體連續(xù)性好(可做成較大面積的整體)；施工方便，抗拉強(qiáng)度高，耐腐蝕性和抗微生物侵蝕性好；缺點(diǎn)是抗紫外線能力差，如暴露到紫外線(陽光)中容易老化。土工織物的性能與其聚合物原料、土工織物的類型及加工制造方法密切相關(guān)。2 土工膜土工膜是以聚氯乙烯、聚乙烯、氯化聚乙烯或異丁橡膠等為原料制成的透水性極低的薄膜或薄片。土工膜可由工廠預(yù)制或現(xiàn)

8、場(chǎng)制作，分為加筋的和不加筋的兩大類。預(yù)制不加筋膜采用擠出、壓研等方法制造，厚度常為0.254，加筋的可達(dá)10。膜的幅寬為1.510 m。加筋土工膜是組合產(chǎn)品，加筋有利于提高膜的強(qiáng)度和保護(hù)膜不受外界機(jī)械破壞。大量工程實(shí)踐表明，土工膜有很好的不透水性，很好的彈性和適應(yīng)變形的能力，能承受不同的施工條件和工作應(yīng)力，具有良好的耐老化能力。3特種材料1）土工格柵由聚乙烯或聚丙烯通過打孔、單向或雙向拉伸擴(kuò)孔制成?？赘駷槌叽?0100 mm的圓形、橢圓形、方形或長(zhǎng)方形格柵。2）土工模袋土工合成材料模袋(簡(jiǎn)稱模袋)是由雙層聚合化纖織物制成的連續(xù)(或單獨(dú)的)袋狀材料，可以替模板。它是用高壓泵把混凝土或砂漿灌入模袋

9、之中，形成的板狀或其他形狀結(jié)構(gòu)，用于護(hù)坡或其他地基處理工程。 土工模袋的上下兩層織物之間每隔一定距離，用一定長(zhǎng)度的聚合物(如尼龍繩)把兩層織物連接在一起，控制灌注成形的厚度?；炷粱蛏皾{灌入以后，多余的水分可以從織物空隙中滲出，從而降低了水灰比，增加了強(qiáng)度和凝固的速度。 制作好土工模袋后，一般在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行灌注工作。3）土工網(wǎng)由兩組平行的壓制條帶或細(xì)絲按一定角度交叉(一般為6090度)，并在交點(diǎn)處熱粘結(jié)而成的平面制品。條帶一般寬15，透孔尺寸為幾毫米到幾厘米， 這類產(chǎn)品常用于坡面防護(hù)、植草、軟基加固墊層，或用于制造復(fù)合排水材料。只有在受力不大的場(chǎng)合，才可用作加筋。4）土工格室土工格室是由強(qiáng)化的高密

10、度聚乙烯寬帶，每隔一定間距以強(qiáng)力焊接形成的網(wǎng)格室結(jié)構(gòu) 。典型的條帶厚1.2，寬100，每隔 300每隔寬進(jìn)行焊接。閉合和張開時(shí)的形狀如下圖。格室張開后，填以土料，由于格室對(duì)土的側(cè)向位移的限制，可大大提高土體的剛度和強(qiáng)度。它可用于處理軟弱地基，增大其承載力；還可用于固沙和護(hù)坡等。4 復(fù)合型土工合成材料將土工織物、土工膜和某些特種土工合成材科中的兩種或兩種以上的材料，采用不同方法復(fù)合成為復(fù)合型的土工合成材料。如復(fù)合土工膜、復(fù)合排水板、土工墊塊等。(1)復(fù)合土工膜。常規(guī)應(yīng)用的復(fù)合土工膜有一布一膜、二布一膜或三布二膜等。復(fù)合用無紡布一般比較薄，主要起保護(hù)膜的作用。另外，也有的用較厚型無紡布復(fù)合，起雙重

11、作用，膜的一面防滲，而無紡布一面則起排水作用。 (2)土工復(fù)合排水板。 一種復(fù)合型的土工合成材料，由芯板和透水濾布兩部分組成。芯板多為成型的硬塑料薄板，為瓦楞形或十字形，主要原料為聚氯乙烯或聚丙烯。透水濾布多為薄型無紡織物，主要原料為滌綸或丙綸。濾布包在芯板外面，在芯扳與濾布問形成縱向排水溝槽。它可用于軟基排水固結(jié)處理、路基縱向橫向排水，建筑地下排水管道、積水并、文檔結(jié)構(gòu)的墻后排水、隧道排水和堤壩排水等。15.3.2土工合成材料的特性1 物理特性（1）相對(duì)密度（2）單位面積的質(zhì)量（3）厚度2 力學(xué)特性（1）壓縮性（2）抗拉強(qiáng)度（3）撕裂強(qiáng)度（4）握持強(qiáng)度（5）頂破強(qiáng)度（6）刺破強(qiáng)度（7）穿透強(qiáng)

12、度（8）摩擦系數(shù)3 水理性特性（1）孔隙率：孔隙體積與織物的總體積之比（2）開孔面積率：總開孔面積與織物總面積之比（3）等效孔徑：容許通過土粒的最大粒徑（4）垂直滲透系數(shù)（5）水平滲透系數(shù)4 耐久性和環(huán)境影響（1）抗老化（紫外線） 老化是不可逆的化學(xué)變化，主要表現(xiàn)在： 外觀變化：發(fā)粘、變硬、變脆等； 物理化學(xué)變化：相對(duì)密度、導(dǎo)熱性、熔點(diǎn)、耐熱性和耐寒性等發(fā)生變化； 力學(xué)性能的變化：抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率以及彈性等發(fā)生變化； 電性能變化、絕緣電阻、介電常數(shù)等發(fā)生變化。（2）徐變性 高分子聚合物一般都有明顯的徐變性。15.3.3主要功能1排水作用2隔離作用3反濾作用4加筋作用5防滲與

13、防護(hù)作用1排水作用 土工合成材料中的某些類型，如無紡?fù)凉た椢锸橇己玫膶?dǎo)水材料，將其置于土體內(nèi)能將土中水積累到織物內(nèi)部，沿織物平面形成徘水通道，將水排出土體外。具有一定厚度的土工織物具有良好的三維透水特性。2隔離作用將土工合成材料放在兩種不同的材料之間，或用在一種材料的不同粒徑之間以及地基與基礎(chǔ)之間，使其隔離開來。當(dāng)外載作用時(shí)，不使其相互混雜或流失，保持材料的整體結(jié)構(gòu)和功能。3反濾作用土工織物(有紡或無紡織物)具有良好的透水或透氣性能，當(dāng)水流沿織物平面法向流過時(shí)，可有效阻止土顆粒不被水流帶走，起到反濾作用，以防止土體破壞，保證土體的穩(wěn)定。在滲流出口區(qū)鋪設(shè)土工合成材料作為反濾層，這和傳統(tǒng)的砂礫石濾

14、層一樣，均可提高被保護(hù)土的抗?jié)B強(qiáng)度。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外都曾進(jìn)行過廣泛的研究。4加筋作用 當(dāng)土工合成材料用做土體加筋時(shí)，其基本作用是給土體提供抗拉強(qiáng)度，改善土工結(jié)構(gòu)的整體受力條件，提高地基的承載力，增強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，主要應(yīng)用于土坡、堤壩、地基和擋土墻。5防滲與防護(hù)作用 采用土工膜或復(fù)合土工膜，可防止水或其他液體滲漏以保護(hù)環(huán)境和工程結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。作為防滲材料，土工合成材料已廣泛應(yīng)用于堤、壩、水庫工程中，可代替粘土心墻、防滲斜墻及防止庫底滲漏等。 土工合成材料能夠?qū)⒈容^集中的應(yīng)力擴(kuò)散或分解，防止土體受外力作用破壞，主要應(yīng)用于護(hù)岸、護(hù)底工程、海岸防潮、河道整治以及道路坡面防護(hù)等方面。15.3.4施工技

15、術(shù) 1施工方法要點(diǎn) (1) 注意均勻和平整。 (2) 不要加過大的局部應(yīng)力。塊石下落時(shí)，應(yīng)在土工合成材料上先鋪一層砂子保護(hù)。 (3)土工合成材料用于起反濾層作用時(shí)，要求保證連續(xù)性。 (4)在存放和鋪設(shè)過程中，應(yīng)盡量避免長(zhǎng)時(shí)間的曝曬而使材料劣化。 (5)端部要先鋪填，中間后填，端部錨固必須精心施工。 (6)第一層鋪墊厚度應(yīng)在0.5m以下，當(dāng)土工合成材料受到損壞時(shí)，應(yīng)予立即修補(bǔ)。 (7)當(dāng)土工合成材料用做軟土地基上的堤壩和路堤的加筋加固時(shí)，基底必須加以清理。接縫方法連接時(shí)可采用搭接、縫合、膠結(jié)或U形釘連接等方法。15.4土釘1概述2類型、特點(diǎn)和適用性3與加筋土擋墻比較4與土層錨桿比較5加固機(jī)理 概

16、述土釘是將拉筋插入土體內(nèi)部，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，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)用有效的原位巖土加筋技術(shù)。常用鋼筋做拉筋，尺寸小，全長(zhǎng)度與土粘結(jié)?，F(xiàn)代土釘技術(shù)已有近40年的歷史。1972年，法國(guó)的Bouygues在凡爾賽附近鐵道拓寬線路的切坡中首次應(yīng)用了土釘技術(shù)。德國(guó)、美國(guó)在20世紀(jì)70年代中期開始應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)。我國(guó)從80年代開始進(jìn)行土釘?shù)脑囼?yàn)研究和工程實(shí)踐，于1980年在山西柳灣煤礦邊坡穩(wěn)定中首次應(yīng)用土釘技術(shù)。目前，土釘這一加筋技術(shù)在我國(guó)正逐步得到推廣和應(yīng)用。2類型、特點(diǎn)和適用性按施工方法，土釘可分鉆孔注漿型土釘、打

17、入型土釘和射入型土釘三類。 土釘作為一種施工技術(shù)，具有如下特點(diǎn)。 (1)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。 (2)施工簡(jiǎn)單，施工效率高。機(jī)械的振動(dòng)小、噪聲低，在城區(qū)施工具有明顯的優(yōu)越性。 (3)對(duì)場(chǎng)地鄰近建筑物影響小。土釘一般都是快速施工，可適應(yīng)開挖過程中土質(zhì)條件的局部變化，易于使土坡得到穩(wěn)定。 (4)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)過降水使地下水位低于開挖層的情況。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。此外，當(dāng)采用噴射混凝土面層或坡面淺層注漿等穩(wěn)定

18、坡面措施能夠保證每一切坡臺(tái)階的自立穩(wěn)定時(shí)，也可采用土釘支擋體系作為穩(wěn)定邊坡的方法。3與加筋土擋墻比較1主要相同之處（1）加筋體(拉筋或土釘)均處于無預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，只有在土體產(chǎn)生位移后，才能發(fā)揮其作用。（2）加筋體抗力都是由加筋體與土之間產(chǎn)生的界面摩阻力提供的，加筋土體內(nèi)部本身處于穩(wěn)定狀態(tài)，它們承受著其后面外部土體的推力，類似于重力式擋墻的作用。（3）面層(加筋土擋墻面板為預(yù)制構(gòu)件，土釘面層是現(xiàn)場(chǎng)噴射混凝土)都較薄，在支撐結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定中不起主要作用。 2主要不同之處（1）施工程序截然不同。土釘施工是“自上而下” ，分步施工，而加筋土擋墻則是“自下而上” 施工。（2）土釘是一種原位加筋技術(shù)，是用來

19、改良天然土層的，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)。（3）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，荷載通過漿體傳遞給土層。在加筋土擋墻中，摩擦力直接產(chǎn)生于筋條和土層間。（4）土釘既可水平布置，也可傾斜布置，當(dāng)其垂直于潛在滑裂面設(shè)置時(shí)，將會(huì)充分地發(fā)揮其抗力，而加筋土擋墻內(nèi)的拉筋一般為水平設(shè)置(或以很小角度傾斜布置)。4土釘與土層錨桿比較(1)土層錨桿在安裝后一般進(jìn)行張拉，因此能理想地防止結(jié)構(gòu)發(fā)生各種位移。土釘則不予張拉，發(fā)生少量位移后才可發(fā)揮作用。 (2)土釘長(zhǎng)度(一般為310 m)的絕大部分和土層相接觸，而土層錨稈多通過在錨桿末端固定的長(zhǎng)度傳遞荷載，即在支擋土

20、體中產(chǎn)生的應(yīng)力分布不同。 (3)土釘?shù)陌惭b密度很高(一般每0.55一根)，因此單筋破壞的后果不嚴(yán)重。土釘?shù)氖┕ぞ纫蟛桓?，它們是以相互作用的方式形成一個(gè)整體。錨桿的設(shè)置密度比土釘要小些。 (4)因錨桿承受荷載很大，在錨桿的頂部需安裝適當(dāng)?shù)某休d裝置，以減小出現(xiàn)穿過擋土結(jié)構(gòu)面而發(fā)生刺入破壞的可能性。土釘則不需要安裝堅(jiān)固的承載裝置，其頂部承擔(dān)的荷載小，可由安裝噴射混凝土表面的鋼墊來承擔(dān)。 (5)錨桿往往較長(zhǎng)(一般1545m)，因此需要用大型設(shè)備來安裝。錨桿體系常用于大型擋土結(jié)構(gòu)，如地下連續(xù)墻和鉆孔灌注樁擋墻，這些結(jié)構(gòu)本身也需要大型施工設(shè)備。圖150 土層錨桿構(gòu)造圖 1擋墻；2承托支架；3橫梁；4臺(tái)座；5承壓墊板；6錨具；7鋼拉桿；8水泥漿或砂漿錨固體；9非錨固段；1