淺談加筋土技術(shù)研究進(jìn)展

徐偉

淺談加筋土技術(shù)研究進(jìn)展

徐偉

加筋土是在土中加入某種筋材而形成的土與筋的復(fù)合體，筋材多為竹條、土工合成材料（土工格柵、土工網(wǎng)等）、鋼筋、鋼筋混凝土帶等。

20世紀(jì)60年代初，法國(guó)工程師亨利維達(dá)爾首次提出了加筋分析理論和計(jì)算方法，并建成了具有較為嚴(yán)格理論指導(dǎo)的加筋土擋墻。1979年，我國(guó)引入該技術(shù)，并修建了第一座加筋土結(jié)構(gòu)物——儲(chǔ)煤倉(cāng)擋土墻。加筋土技術(shù)歷經(jīng)50多年發(fā)展，在理論分析、施工方法和工程應(yīng)用等方面均取得了很大進(jìn)步，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

一、理論研究

1.加筋作用機(jī)理

摩擦加筋原理、準(zhǔn)黏聚力原理、彈塑性層板原理、均質(zhì)等代材料原理、彈性薄膜原理等是解釋加筋機(jī)理常用的理論。摩擦加筋原理是根據(jù)加筋材料與土體之間的摩擦作用計(jì)算；準(zhǔn)黏聚力原理是根據(jù)砂土中鋪有若干層筋材的筋土復(fù)合體三軸試驗(yàn)結(jié)構(gòu)分析得出。

2.本構(gòu)模型

加筋土的本構(gòu)模型有分離模型和復(fù)合模型兩種。分離模型是將土與加筋材料看作兩種材料；加筋材料通常采用一維線性單元和薄形矩形單元模擬，土體仍采用未加筋的本構(gòu)模型。如德普拉斯克提出的加筋土非線性本構(gòu)模型，該方法思路比較直觀，應(yīng)用比較廣泛，但在計(jì)算土釘墻、格柵加筋等結(jié)構(gòu)方面存在缺陷，且筋土之間界面的力學(xué)參數(shù)不易得到。

復(fù)合模型把加筋土作為一種均質(zhì)的復(fù)合材料，筋材與土的相互作用僅作為加筋土材料的內(nèi)力，僅影響復(fù)合材料的性質(zhì)，不直接參與應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在此方面進(jìn)行了深入研究，取得了許多有價(jià)值的成果，如哈里遜和格拉德提出了等效材料模型、張孟喜的加筋砂粘土的三段式彈塑性模型等。

3.計(jì)算方法

極限平衡法、數(shù)值分析法、有限元分析法是加筋土最常用的設(shè)計(jì)方法。加筋結(jié)構(gòu)的有限元分析方法大致可分為兩類：一類是將織物和土體層層計(jì)算，用界面單元將土工織物單元和土體單元聯(lián)系起來(lái)；另一類是將土工織物和土體作為一種復(fù)合體即復(fù)合土體進(jìn)行計(jì)算，對(duì)加固范圍內(nèi)的土體采取復(fù)合參數(shù)，其他土體仍用原指標(biāo)。

二、施工方法

不同工程類別，加筋土選用的筋材、施工工藝、機(jī)械設(shè)備、質(zhì)量要求等存在一定區(qū)別。對(duì)于加筋土擋土墻，施工步驟主要包括面板的預(yù)制和安裝、筋帶的鋪設(shè)和填料的碾壓等。施工過程為：工程構(gòu)件預(yù)制→面板安裝→檢測(cè)面板→鋪設(shè)筋帶→檢查筋帶→填料鋪設(shè)→填料檢查→填料碾壓→檢測(cè)壓實(shí)度和面板→墻頂標(biāo)高→附屬設(shè)施→竣工驗(yàn)收。施工過程中筋帶不應(yīng)重疊、彎曲，不得與硬質(zhì)棱角填料直接接觸，避免筋帶位置移動(dòng)。

為充分發(fā)揮加筋材料和土體各自的物理力學(xué)性質(zhì)，加筋土復(fù)合地基必須對(duì)加筋土施工工藝、施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制：（1）加筋材料應(yīng)預(yù)設(shè)初期應(yīng)力，端部應(yīng)有可靠的錨固；（2）應(yīng)遵循鋪設(shè)加筋材料→拉平拉緊兩端、兩端折起包裹砂礫并兩端填砂→中心填砂→兩端砂增高→最后中心填砂的施工順序；（3）墊層施工采用水平鋪設(shè)加筋材料與土工織物碎石袋墊層交替鋪設(shè)。

三、工程應(yīng)用

隨著理論研究和施工技術(shù)的不斷成熟完善以及加筋材料性能和質(zhì)量的不斷提高，加筋土技術(shù)在工程中得到廣泛應(yīng)用，主要體現(xiàn)在以下方面：

1.加筋擋墻

加筋土擋墻是面板、筋材和填土形成的結(jié)合體，主要有條帶式和包裹式兩種形式，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）加筋土擋墻屬于柔性結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)的混凝土等剛性結(jié)構(gòu)更適應(yīng)地基變形，在不良地基的條件下具有顯著優(yōu)越性；（2）加筋材料能有效吸收振動(dòng)所傳遞的能量，具有良好的抗震性；（3）施工便利，工期短；（4）造價(jià)低，經(jīng)濟(jì)效益顯著；（5）美化綠化效果好。

2.加筋土坡

加筋土坡是在穩(wěn)定地基上沿坡高按一定垂直間距，近似水平方向鋪放筋材，靠近坡面略向上彎曲，在堤腳底部近似斜線。其具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）土坡邊坡較陡，可節(jié)省填料和場(chǎng)地；（2）防止因邊坡土料側(cè)向移動(dòng)產(chǎn)生表面滑塌，提高填土壓實(shí)質(zhì)量；（3）采用原地土作填料，節(jié)省施工費(fèi)用和時(shí)間。

3.加筋墊層

在路基底部鋪放單層或多層高模量的土工織物或土工格柵做加筋墊層，可減小地面承受的水平剪應(yīng)力，進(jìn)而限制地基土的側(cè)向變形，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）通過筋材與地基之間的界面摩擦作用，增強(qiáng)地基上側(cè)向約束，提高地基承載力；（2）土工合成材料的抗拉力對(duì)滑動(dòng)圓弧中心形成抗滑力矩，可抵抗滑動(dòng)破壞，提高堤壩的抗滑穩(wěn)定性；（3）增強(qiáng)路堤填料土拱效應(yīng)，調(diào)整不均勻沉降，防止堤面開裂，減少填土的沉降量；（4）提高堤壩的填筑高度。

四、小結(jié)

加筋土技術(shù)在近年來(lái)得到迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于鐵路、公路、建筑等各類工程中，取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前，加筋土技術(shù)在理論和生產(chǎn)實(shí)踐方面具有了相應(yīng)基礎(chǔ)，有著廣闊的發(fā)展前景，借助相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，該技術(shù)應(yīng)用前景將更加廣闊■

（作者單位：安徽省·水利部淮委水利科學(xué)研究院 233000）

（專欄編輯：張 婷）