加筋土分析

豆香香　彭燦

摘 要：我國地域遼闊，自然地理環(huán)境不同，地質(zhì)各異，隨著我國建設(shè)項(xiàng)目規(guī)模的日益擴(kuò)大，對(duì)軟弱地基的處理的重要性也日益突顯出來，人們對(duì)地基處理有多種方式，其中較為重要的一種方式就是加筋法。加筋法是在土中加入條帶、纖維或網(wǎng)格等抗拉材料，依靠他們良好的抗拉性能改善土的力學(xué)性能，從而提高土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的方法。土體與加筋材料形成復(fù)合土體，當(dāng)復(fù)合土體受到豎向荷載作用時(shí)，水平方向的加筋材料和土體之間會(huì)產(chǎn)生摩擦力，從而減少復(fù)合土體的橫向變形，使復(fù)合土體的豎向承載力增加，進(jìn)而達(dá)到加強(qiáng)地基的作用。

關(guān)鍵詞：地基；加筋法；加筋土；土工聚合物；加筋土擋墻；土釘

土木工程建設(shè)過程中，當(dāng)遇到淺層土質(zhì)不良時(shí)，采用天然地基往往不能滿足結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)對(duì)地基的要求。在結(jié)構(gòu)物的建造過程中常出現(xiàn)的地基問題主要有地基強(qiáng)度和穩(wěn)定性不夠、地基變形過大、地基出現(xiàn)滲漏和溶蝕以及地基在動(dòng)力荷載作用下發(fā)生液化和振沉等。人們常常對(duì)淺層土質(zhì)進(jìn)行處理以解決這些問題，其中處理方式按照地基處理的原理可以分為機(jī)械壓實(shí)法、強(qiáng)夯法、換填法、排水固結(jié)法、振沖法、擠密法、化學(xué)加固法、托換法和加筋法九大類。我國于20世紀(jì)70年代開始對(duì)加筋土進(jìn)行研究和探討，隨后在鐵路、公路、水利、建筑等部門不斷得應(yīng)用與發(fā)展。

1 加筋法的分類、概念和作用

在工程建筑中加筋法主要分為三類：土工聚合物、加筋擋土墻以及土釘加固。

1.1 土工聚合物（或稱為土工合成材料、土工織物）是以合成纖維、塑料和合成橡膠等聚合物為原料制成的用于巖土工程的新型材料。土工聚合物的主要作用：（1）一定厚度的土工聚合物具有良好的三維透水特性，利用這種特性可以將水沿土工聚合物的平面迅速排除，因此具有良好的排水作用；（2）將土工聚合物放置在兩種不同的材料之間，土工聚合物可以使兩種材料隔開，不使其交滲混雜，同時(shí)又能很好的將兩種材料粘結(jié)在一起，保持統(tǒng)一作用，因此其又具有對(duì)不同材料起隔離的作用；（3）在滲流出口區(qū)鋪設(shè)土工聚合物作為反濾層，可以提高被保護(hù)土體的抗?jié)B強(qiáng)度，因此其具有網(wǎng)孔滲透過濾作用；（4）土工聚合物具有良好的抗拉性能和韌性，且與金屬材料相比，土工聚合物不會(huì)因腐爛而失效，因此可以作為土坡、堤壩、地基、擋土墻的加筋材料，起到加筋作用。

1.2 在土體中的一定部位鋪設(shè)水平方向的加筋材料，土與加筋材料緊密結(jié)合成一復(fù)合土體，這種復(fù)合土體稱為加筋土。加筋土擋土墻是由填土和在填土中水平布置一定量的帶狀筋體（或稱拉筋）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)。加筋擋土墻的優(yōu)點(diǎn)：（1）充分利用材料的性能，以及拉筋與土的共同作用，節(jié)約混凝土，墻面板可在工廠預(yù)制成批加工，節(jié)約原料，且質(zhì)量有保證；（2）面板類型多種多樣，用于城市道路的支擋，可以美化環(huán)境；（3）施工簡單，不需要大型的機(jī)械設(shè)備，施工時(shí)的占地面積小，且施工速度快；（4）加筋擋土墻的面板薄，基礎(chǔ)小，墻面垂直，減少了土方的施工量，因此工程造價(jià)好，經(jīng)濟(jì)效益高；（5）加筋擋土墻是有各種構(gòu)件相互拼接而成，具有柔性結(jié)構(gòu)的性能，故可以承受較大的地基變形，因此具有良好的適應(yīng)能力；（6）加筋擋土墻具有良好的整體性，抗震效果好。

1.3 土釘加固是指將拉筋插入土體中，全長與土體粘結(jié)，并在坡面上噴射混凝土，從而使土體加固的方法。土釘加固的類型、特點(diǎn)以及適用性：（1）按照施工方式的不同，土釘加固可以分為鉆孔注漿型土釘、打入土釘和射入土釘。鉆孔注漿土釘，由于土釘與周圍土體粘結(jié)較為緊密，常用作永久性或臨時(shí)性支撐，是目前最為廣泛的支撐方式；打入土釘由于土釘與周圍土體間有較大的空隙，易腐蝕，故常常作為臨時(shí)支護(hù)；射入土釘施工速度快、經(jīng)濟(jì)、適用于多種土地，但目前使用尚不廣泛，具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ唬?）土釘加固法具有對(duì)周圍建筑影響小，施工工具簡單、施工靈活，經(jīng)濟(jì)效益好等特點(diǎn)。主要適用于邊坡開挖支護(hù)、天然邊坡加固、加筋擋土墻的修復(fù)、隧道入口的加固和錨桿墻的修復(fù)等地方。

2 加筋法的設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 針對(duì)不同的對(duì)象，土工聚合物具有不同的作用，因此對(duì)其要求也不相同。土工聚合物作為濾層設(shè)計(jì)使要將其與所保護(hù)土體的物理力學(xué)性質(zhì)結(jié)合起來，滿足有效孔徑和透水性能的要求；在軟弱地基的加固中，土工聚合物與土體之間應(yīng)有足夠強(qiáng)的摩擦力，以限制土體的橫向變形，提高地基承載力，通常是在土工聚合物與土體間填中、粗沙以增加摩擦力；土工聚合物作為路基加固時(shí)不僅可以提高地基承載力和增加地基的穩(wěn)定性，還可以將其與沙層共同作用為同一層，使該層在作為軟地基排水面的同時(shí)又作為地基的柔性筏基，以減少路基的不均勻沉降。

2.2 加筋土的主要作用機(jī)理是通過拉筋限制土體的橫向變形以提高土體的承載力。加筋擋土墻的穩(wěn)定性包括內(nèi)部穩(wěn)定和外部穩(wěn)定，其破壞形式主要有外部破壞（土坡整體失穩(wěn)破壞、滑動(dòng)破壞、傾覆破壞、承載力破壞）和內(nèi)部破壞（拉筋拔出斷裂破壞、面板拉筋接頭破壞、面板斷裂等）。根據(jù)加筋擋土墻的破壞形式及其特點(diǎn)，對(duì)加筋擋土墻的材料提出了以下要求：（1）混凝土面板應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，（國內(nèi)一般采用預(yù)制構(gòu)件，其強(qiáng)度等級(jí)不低于C18，厚度不小于80mm），本身應(yīng)為剛性并且要求具有良好的耐腐蝕性和耐久性；（2）拉筋應(yīng)垂直與面板水平布置，且拉筋要具有較高的強(qiáng)度，受力變形性能小，能夠與填土之間產(chǎn)生足夠的摩擦力；抗腐蝕性能好，加工、接長和面板的連接簡單；（3）加筋擋土墻內(nèi)的填土應(yīng)易被壓實(shí)，且能與加筋材料之間產(chǎn)生足夠強(qiáng)的摩擦力；在浸水地區(qū)應(yīng)采用滲透性良好的土為填土，季節(jié)性凍土區(qū)宜采用非凍脹土作為填土。

加筋擋土墻的設(shè)計(jì)步驟主要為：（1）計(jì)算加筋土擋墻上填土重力以及荷載作用的等代土層厚度；（2）進(jìn)行拉筋抗拉、設(shè)計(jì)斷面和長度計(jì)算；（3）驗(yàn)算基地地面地基承載力；（4）進(jìn)行基地滑移穩(wěn)定驗(yàn)算；（5）對(duì)擋土墻進(jìn)行傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算；（6）進(jìn)行整體滑動(dòng)穩(wěn)定驗(yàn)算。

2.3 土釘加固定法的主要原理一方面是在土體內(nèi)增一設(shè)定長度和分布密度的錨固體，使土釘和土體之間形成復(fù)合土體，以彌補(bǔ)土體自身強(qiáng)度的不足，提高土坡的剛度和耐久性；另一方面限制土釘與土體之間相對(duì)位移產(chǎn)生的摩阻力從而起到加固作用。土釘支擋體系的設(shè)計(jì)步驟一般包括：（1）根據(jù)土坡的幾何尺寸（深度、切坡傾角）、土性和超載情況，估算潛在破裂面的位置；（2）計(jì)算選擇土釘?shù)男问健⒔孛娉叽?、長度、安置傾角和間距；（3）驗(yàn)算土坡的內(nèi)部穩(wěn)定；（4）驗(yàn)算土坡的外部強(qiáng)度穩(wěn)定（抗傾覆穩(wěn)定性、抗滑移穩(wěn)定性以及地基強(qiáng)度等）。

隨著我國建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，作為土木人我們應(yīng)當(dāng)充分掌握不同地基的處理方式，了解基本的處理方法，結(jié)合所建工程的性質(zhì)、特點(diǎn)以及重要性，對(duì)地基做出適當(dāng)?shù)奶幚硪詽M足建筑要求。加筋法處理是邊坡加固、軟地基處理是種較為廣泛的使用方式，我們應(yīng)充分了解其工作原理以及建設(shè)方法。

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[3] 劉大鵬，張青喜，劉巖艷.地基與基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社， 2009.08.

作者簡介：豆香香，女，河南周口人，鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院2011級(jí)本科生，土木工程專業(yè)；彭燦，女，河北石家莊人，鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院2011級(jí)本科生，土木工程專業(yè)。