加筋土擋墻新技術(shù)

1、加筋土擋墻新技術(shù)* *市市政工程設(shè)計(jì)院【摘要】 提出一種可替代拉筋帶的新型加筋材料：加筋環(huán)，其作用機(jī)理是將填料產(chǎn)生的側(cè)向壓力轉(zhuǎn)由加筋環(huán)承擔(dān)。該加筋體的優(yōu)越性在于：加筋體受力狀態(tài)易于測(cè)試和分析，因此設(shè)計(jì)更加可靠，而加筋材料的費(fèi)用卻較之采用拉筋帶有大幅度下降。此外，加筋環(huán)還具有對(duì)填料適應(yīng)性強(qiáng)，加筋材料易于防腐，以及有利于施工等優(yōu)點(diǎn)?！娟P(guān)鍵詞】 加筋環(huán) 拉筋帶 加筋土1.問(wèn)題的提出加筋土擋墻是利用加筋土技術(shù)修建的一種支擋構(gòu)筑物，加筋土是一種在土中加入拉筋帶的復(fù)合土，它利用拉筋帶與土之間的摩擦作用，改善土體的變形條件和提高土體的工程性能，從而達(dá)到穩(wěn)定土體的目的，見(jiàn)圖1。加筋土技術(shù)的發(fā)明無(wú)疑是一項(xiàng)重大技

2、術(shù)創(chuàng)新，然而在經(jīng)過(guò)大量工程實(shí)踐和理論研究后逐漸發(fā)現(xiàn)一些不足，有些甚至是難以逾越的障礙，其主要表現(xiàn)在：由于加筋土作用機(jī)理的復(fù)雜性導(dǎo)致多種設(shè)計(jì)理論并存，都有道理卻又都不能概全，有時(shí)依據(jù)設(shè)計(jì)理論計(jì)算的數(shù)據(jù)在模型試驗(yàn)中不能得到理想的驗(yàn)證，而從模型試驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)有時(shí)又與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)差異較大2，這使得設(shè)計(jì)人員常常對(duì)理論計(jì)算數(shù)據(jù)感到信心不足，為工程安全考慮只好依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)增加筋帶數(shù)量，從而導(dǎo)致費(fèi)用增加。另外，筋帶表面難以防腐以及對(duì)填料適應(yīng)性較差等缺陷也是現(xiàn)有加筋土技術(shù)的不足。2.以加筋環(huán)替代拉筋帶見(jiàn)圖2，加筋環(huán)由3個(gè)同直徑鋼筋環(huán)和若干與之垂直相交的立筋綁扎而成，內(nèi)側(cè)附著土工格柵做襯墊。2.1.制作加筋環(huán)a

3、. 鋼筋按設(shè)計(jì)加筋環(huán)圓周長(zhǎng)進(jìn)行斷料和焊接，立筋斷料，立筋材料也可采用預(yù)制鋼筋砼短柱等。b. 鋼筋環(huán)、立筋分別刷瀝青并外裹瀝青土工布防腐。c. 3個(gè)鋼筋環(huán)和若干豎向立筋綁扎組成加筋環(huán)骨架，注意：立筋必須位于鋼筋環(huán)內(nèi)側(cè)。d. 鋼筋環(huán)內(nèi)側(cè)附著（扎絲綁扎）土工格柵做襯墊。2.2.沖切環(huán)溝當(dāng)分層填土碾壓至某一設(shè)計(jì)高程面后，平整作業(yè)面，然后按設(shè)計(jì)圖要求實(shí)地確定圓心位置，并按加筋環(huán)半徑精確劃圓。沖切鋼鏟（形狀類似挖土鐵鍬，但沒(méi)有彎曲狀）沿圓弧逐段沖切環(huán)溝，環(huán)溝深度略深于加筋環(huán)高度，溝寬略寬于加筋環(huán)厚度，以正好能放下加筋環(huán)即可。沖切動(dòng)能可由人工捶擊或機(jī)械沖壓，加筋環(huán)置入環(huán)溝后沿溝兩側(cè)夯壓密實(shí)。2.3.安裝墻面

4、板墻面板預(yù)制后拼裝，為固定墻面板需要安裝錨固桿和錨固塊。為墻面穩(wěn)定和施工安全，壓路機(jī)不能靠墻面板過(guò)近作業(yè)?？繅γ姘逄幙刹捎萌斯せ蛐⌒秃粰C(jī)分層夯實(shí)。3.加筋環(huán)作用機(jī)理加筋環(huán)的作用機(jī)理是充分利用鋼筋受拉強(qiáng)度高的特性，使環(huán)內(nèi)填料產(chǎn)生的側(cè)向壓力轉(zhuǎn)由加筋環(huán)承擔(dān)：加筋環(huán)內(nèi)的填料在垂直荷載作用下受到擠壓并產(chǎn)生側(cè)向膨脹，而加筋環(huán)約束了這種側(cè)向變形，使側(cè)向壓力全部轉(zhuǎn)化為由鋼筋圓環(huán)來(lái)承擔(dān)。加筋環(huán)阻斷了環(huán)內(nèi)側(cè)壓力向環(huán)外的傳遞，使圓環(huán)內(nèi)填料形成一個(gè)“餅”狀物，若干層“土餅”交叉疊加后組成加筋土實(shí)體。加筋環(huán)在垂直均布荷載作用下的受力狀態(tài)，與人們?cè)谕凉?shí)驗(yàn)室中所做的三軸試驗(yàn)相類似。測(cè)試環(huán)筋所承受的側(cè)向壓力有多大，只需粘貼

5、電阻應(yīng)變片即可，當(dāng)填料高度不斷上升時(shí)實(shí)測(cè)鋼筋的拉伸變形并計(jì)算出拉應(yīng)力，以此判斷配筋是否合理，積累相當(dāng)?shù)膶?shí)測(cè)數(shù)據(jù)可供理論分析和研究，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。4.加筋環(huán)的優(yōu)越性4.1.加筋體內(nèi)部受力明確現(xiàn)有加筋土擋墻需要對(duì)筋帶與填料顆粒間的互相作用機(jī)理進(jìn)行微觀分析和測(cè)試。然而由于筋帶材料的多樣性、填料的復(fù)雜性和測(cè)試手段的局限性，要準(zhǔn)確地對(duì)各種不同條件下的加筋體下定義是比較困難的，如似摩阻系數(shù)的取值，從模型試驗(yàn)時(shí)得到的值有時(shí)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的值差異很大2 。目前的理論分析方法又種類繁多，各有千秋，難以最后定論。而加筋環(huán)加筋土擋墻則可避免一些繁瑣且復(fù)雜的微觀分析，只須對(duì)“圓餅狀”加筋體進(jìn)行宏觀觀察：在某一加筋環(huán)上粘

6、貼電阻應(yīng)變片，可以得知該加筋環(huán)內(nèi)的填料在垂直荷載作用下產(chǎn)生多大側(cè)向壓力。不言而喻，建立在作用機(jī)理明確且實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可靠基礎(chǔ)上的工程設(shè)計(jì)具有較高的可靠度，也使得充分利用材料特性和大幅度降低加筋材料費(fèi)用成為可能。4.2.對(duì)填料適應(yīng)性好現(xiàn)有加筋土的穩(wěn)定主要取決于筋帶與填料顆粒間的摩阻力，因此對(duì)填料的物理性質(zhì)及顆粒大小比較講究，粘性土因具有蠕變性質(zhì)不是理想填料，一般希望采用砂性土，這就使得推廣應(yīng)用受到一定限制。而加筋環(huán)只是把環(huán)內(nèi)填料圍合成一整體以阻止側(cè)向力外擴(kuò)，且不論是粘性土還是砂性土都一樣。4.3.加筋材料易于防腐任何防腐材料涂抹在筋帶上都會(huì)在很大程度上影響筋帶與填料間的摩阻力，正是有此顧忌，所以現(xiàn)有加

7、筋土擋墻中一般不予采用，然而沒(méi)有防腐材料保護(hù)的筋帶勢(shì)必會(huì)影響其耐久性，給擋土墻的長(zhǎng)久穩(wěn)定留下安全隱患。但采用加筋環(huán)卻無(wú)此顧忌，幾乎任何防腐材料都可以使用。4.4.有利于施工現(xiàn)有加筋土擋墻所設(shè)置的條形筋帶層間距較小且筋帶鋪設(shè)工藝要求高，施工作業(yè)順序是先鋪筋帶后覆土碾壓，這就很難避免在碾壓的過(guò)程中使筋帶受損和變形。而采用加筋環(huán)技術(shù)的施工工序恰恰與前者相反，是先碾壓整平后再?zèng)_切環(huán)溝置入加筋環(huán)，兩者互不干擾。4.5.經(jīng)濟(jì)效益好以建造高10米，長(zhǎng)100米加筋土擋墻為例，分別計(jì)算以采用cat拉筋帶為加筋材料所需費(fèi)用，和以采用加筋環(huán)為加筋材料所需費(fèi)用，最后將兩種費(fèi)用進(jìn)行比較。4.5.1.以拉筋帶為加筋材料見(jiàn)

8、圖1，計(jì)算依據(jù)如下：a.根據(jù)cat塑鋼拉筋帶目前市場(chǎng)銷售價(jià)格：每噸14500元。b.根據(jù)加筋土擋墻工程圖集3第05頁(yè)“技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一覽表”中：擋墻高度h=10米，每延米擋墻需要cat拉筋帶102公斤。根據(jù)上述資料計(jì)算得建100米擋墻需拉筋帶：10210010200公斤（或10.2噸）。所需費(fèi)用為：1450010.2=147900元4.5.2.以加筋環(huán)為加筋材料計(jì)算如圖2所示，擋墻高10米，總長(zhǎng)100米，共設(shè)8層加筋環(huán)，其中：大加筋環(huán)直徑為7米，設(shè)4層，沿?fù)鯄v向共13列，總數(shù)為13452個(gè)；小加筋環(huán)直徑為4米，同樣設(shè)4層，沿?fù)鯄v向共23列，總數(shù)為23492個(gè)。各種材料列表計(jì)算見(jiàn)圖3，總需費(fèi)用

9、：63721元。兩者比較：63721/147900=0.43（43），可見(jiàn)若采用加筋環(huán)則加筋材料費(fèi)用下降過(guò)半。從圖3“加筋材料明細(xì)表”中發(fā)現(xiàn)：4層大加筋環(huán)與4層小加筋環(huán)鋼筋用量非常接近，因此，如果將小加筋環(huán)全部替換成大加筋環(huán)（如圖4），則鋼筋總用量并不增加。5.其它應(yīng)用該新技術(shù)可涉及現(xiàn)在所有采用加筋土技術(shù)的工程項(xiàng)目，如：將加筋環(huán)置于路堤（特別是高路堤）中可以穩(wěn)定路基，防止邊坡下滑。將加筋環(huán)置于軟土地基中，可以加固軟土地基，提高地基承載力等。此外還有其它方面的擴(kuò)展應(yīng)用，如：連續(xù)向上疊加加筋環(huán)可以構(gòu)造超大型柔性筒倉(cāng)，它可以用來(lái)貯存各種散裝集料，如：煤炭、礦砂、糧食等，特別具有重大意義的是在環(huán)境工程方面的應(yīng)用：可用于生活垃圾的處理及處置工程，從而最終徹底根治“垃圾圍城”這一頑疾。6.總結(jié)采用“加筋環(huán)”替代拉筋帶使加筋土內(nèi)部的受力狀態(tài)發(fā)生了很大變化，目前注重于研究土顆粒與筋帶之間的摩阻理論已經(jīng)不再適用，人們只要借助電阻應(yīng)變儀就可以非常直觀地觀察到加筋環(huán)在土壓力作用下產(chǎn)生的拉伸變形，不必深入進(jìn)行微觀分析，只要積累一定量的觀察資料即可，通過(guò)對(duì)資料的分析和研究，不難提出針對(duì)本地區(qū)地質(zhì)條件適用的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，再不會(huì)出現(xiàn)目前多種設(shè)計(jì)理論并存，讓人無(wú)所適從的兩難處境。但從加筋體外部觀察，革新后的加筋土擋墻