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          江蘇新大洲土工材料有限公司
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          加筋土結構及其發展概述

          發布者:admin  發布時間:2016-08-09  點擊:1865

          土體具有一定的抗壓強度和抗剪強度,但抗拉強度卻很低。在土體中摻入或 鋪設適量的拉筋材料后,可以不同程度地改善土體的強度與變形特征。將拉筋材 料埋置在土體中,可以擴散土體的應力、增加土體模量、傳遞拉應力、限制土體側向 變形,同時還能增加土體和其他材料之間的摩阻力,提高土體及有關結構物的穩定 性。因此,在填土中加入抗拉材料,通過摩擦力將拉筋材料的抗拉強度與土體的抗 壓強度結合起來,增強土體的穩定性,使土體的整體強度得以提高。該技術巳廣泛 用于修筑路基、擋土墻、橋臺、堤壩等工程[1]。

          從廣義上講,凡在土體內加入筋材,充分利用土體的抗壓強度和筋材的抗拉強 度的穩定結合體均可稱為加筋土結構,如:在軟土路基的基底鋪設單層或多層高強 度的土工織物或土工格柵來約束淺層軟土地基的側向變形,提高路基的抗滑穩定 性;在復合地基表面,利用土工合成材料和砂、碎石等組成加筋墊層,以傳遞和調整 基底應力分布,減少不均勻沉降;在路基邊坡內加人筋材,以增強邊坡的穩定,防止 邊坡溜坍等。本書中的加筋土結構指加筋土作為一個整體在工程中發揮作用,如 加筋土擋墻、加筋土陡邊坡等。

          鋼塑土工格柵
          鋼塑土工格柵
          1.1.1加筋土結構的組成

          加筋土結構主要由加筋材料、面層系統和回填材料三部分組成[2]。

          1. 加筋材料

          在加筋土結構系統中采用的加筋材料,按其幾何形狀可分為條帶式加筋(包括 鋼帶、聚合物加筋帶、混凝土板條等)、網眼型寬幅加筋(包括土工網格、土工格柵或 鋼筋網和非網眼型寬幅加筋(主要為土工布)三種類型。目前,大部分加筋土結構 采用連續的土工合成材料(土工網格、土工格柵或土工布。尤其是土工格柵,由于 其具有變形模量大、抗拉強度高、韌性好、重量輕、耐腐蝕、抗老化、與土顆粒之間的 相互作用強以及能在較短時間內發揮加筋作用等優點而得到了廣泛應用。

          1. 面層系統

          面層系統是阻止兩層加筋材料之間土的表面剝落而使用的加筋土結構的一部

          分,一般包括預制混凝土塊、現澆混凝土面板、石籠、焊接鋼絲網、噴漿混凝土、土工 合成材料返包式面板等。

          加筋土結構系統中使用的面層系統由于是加筋土結構中唯一的可視部分,對 美觀影響很大。另外,面層系統對結構的穩定也起到了一定的作用,可保護回填 土,防止其滑塌和侵蝕;在某種情況下,也能提供排水通道。

          1. 回填材料

          對于加筋土結構,為了保證其耐久性、良好的排水性能、施工方便以及良好的 筋土相互作用,一般需要采用級配良好的粗粒土。由于筋材和填土之間的摩擦力 對加筋土結構的穩定性起著重要作用,一般要求盡量選用具有良好摩擦特性的材 料。國內外研究者對黏性土的加筋性能也做了一些研究工作,但一般不推薦使用 黏性土作為填料,一是因為黏性土的內摩擦角較小,二是它的低滲透性往往會存在 超孔隙水壓力,降低加筋土工程的安全度。就加筋性能而言,加筋土結構可采用質 量較差的回填土,但高質量的回填土有排水方便的優點,而且粒料土在裝卸、填土 和壓實過程中也有顯著的優點,可提高筑坡成功率和改善坡體線性偏差。

          1. 加筋土結構的發展現狀

          加筋土的應用具有悠久的歷史。公元前3000年以前,英國人曾在沼澤地帶 用木排修筑道路Koemer,1986)[37];公元前2500年古羅馬人就采用編織的蘆 葦在軟基上筑路;公元前2000?公元前1000年,巴比倫人曾利用土中加筋來修 筑廟塔;20世紀二三十年代美國還嘗試用棉織品加強路面;在第二次世界大戰 中,英國曾在軟基鋪設梢輥和帆布,以便裝甲車通過,這些早期的加筋土技術完 全依靠經驗來指導實踐?,F代加筋土理論是由法國工程師Henri Vidal20世 紀60年代初提出的,并于1963年首先公布了其研究成果,1965年法國在比利 牛斯山的普拉聶爾斯修建了世界上第一座加筋土擋土墻[3]。由于加筋土技術在 法國的成功應用,引起了世界各國工程界、學術界的重視,其發展速度相當快,應 用范圍也日益廣泛。加筋土結構作為支擋結構,被應用于擋墻、橋臺、港口岸墻 和地下結構等;作為土體的穩定體系,被應用于道路路堤、水工壩體、碼頭護墻、 邊坡穩定和加固地基等,聯邦德國《地下建設》雜志1979年)曾譽之為繼鋼筋 混凝土之后又一造福人類的復合材料[2]。

          20世紀70年代是加筋土技術在世界范圍傳播、發展的階段,相應的試驗、研 究工作也同時進行。當時,研究最為活躍的當屬法國橋梁道路中心、美國加州大 學、日本國鐵和建設省等。法、美、日、德等國也先后制定了有關加筋土工程的規 程、條例和手冊[4]。

          20世紀80年代,除了進一步探討加筋土結構的基本性狀、完善設計計算理論 之外,許多國家還在拓寬填料、加筋材料的應用范圍方面做了大量工作。美國聯邦 公路管理局提供研究基金,以加州大學Mitchell為首,與英國、法國學者合作的研 究項目加筋土坡和路堤1987年完成了研究報告。美國、英國學者HoltzJewell等開展的用土工合成材料穩定路堤、處理軟弱地基方面的研究也取得了重 要成果。80年代以后,美國、法國合作,利用離心機進行模擬試驗,以了解不同的 筋材、面板剛度、地基土的莊縮性以及不同的超載和填料對加筋土結構內部穩定性 的影響,并利用有限元法對加筋土結構的設計和試驗成果進行數值分析。

          我國是加筋土的故鄉,自古以來,筑土墻加草筋或竹筋,用柴排處理軟弱地基, 用土袋或樹枝壓條加固堤岸等,都是應用加筋土的例子?,F代加筋土技術引人我 國是在20世紀70年代后期,1979年云南省煤炭設計院在云南田壩礦區建成了我 國第一座加筋土擋墻儲煤倉,其擋墻部分長度80m,2. 3?8. 3m,由填土和布置 在填土中的筋帶及墻面板三部分組成[4]。該擋墻的成功建造引起了我國土木建筑 行業技術人員的興趣,因為這種結構不僅施工容易,而且具有一定的經濟性。與傳 統的砌石擋墻相比,加筋土擋墻的造價較低。從技術上看,加筋土是柔性結構,對 地基承載力的要求較低,易于處理,施工也無需專用機具和特別技術,工效高,易于 推廣,外形平整美觀。因此,很多人對這種結構進行了深人研究并迅速推廣應用, 各省、自治區和直轄市修建的加筋土工程已逾千項,砌墻面積超過70m2。在大 量工程實踐的基礎上,隨著經驗的積累,創造了符合我國國情的加筋土技術。

          多年以來,支擋結構多為重力式或懸臂式的混凝土擋墻或石砌擋墻一類剛性 結構。這類結構浪費材料、墻面不美觀且沉降不均勻。自從法國工程師Henri Vidal最早將加筋原理上升到理論高度以來,大量不同性質材料的加筋結構出現 在生產實踐中:較早一類材料的加筋構想來源于鋼筋混凝土,加筋材料為鋼筋混凝 土預制件,即在受拉鋼筋外表面包裹一層混凝土,這種加筋形式類似于深基坑支護 中經常用的土釘,目前在加筋土擋墻工程中還經常被使用;與早期加筋土擋墻結構 相比,土工合成材料加筋土擋墻以其施工簡單、經濟有效的特點越來越受到廣大巖 土工作者的青睞,世界上第一座土工合成材料加筋土擋墻是1971年在法國Rouen 修建的無紡土工織物包裹式擋土墻,墻高13feet0)、* 66feet,墻后填料為黏性 土[5]。自從20世紀80年代初塑料拉伸土工格柵引人加筋土工程,僅1983?1990年美國就修建了 300最多座土工合成材料加筋土擋土墻(geosynthetics reinforced soil walls, GRSW)和加筋土陡.geosynthetics reinforced soil slopes, GRSS) (Mitchell and Christopher, 1990)[s]。由于土工格柵這種具有網孔結構的新型土 工合成材料依靠其特有的網孔對土的嵌固作用與咬合作用,加筋效果更加明顯,在 擋土墻中的應用比例日益增加。

          凸結點雙向土工格柵
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