張維明

(重慶交通大學(xué))

1 加筋法的分類及技術(shù)特點(diǎn)

(1)加筋土結(jié)構(gòu)包括邊坡、墻、路堤和壩以及廢物管理設(shè)備等。加筋土結(jié)構(gòu)物一般不承受大的外荷，其主要設(shè)計考慮結(jié)構(gòu)物在其自重下的穩(wěn)定性。

某些不均質(zhì)地基上的土結(jié)構(gòu)，如通過喀斯特上的路堤，構(gòu)成加筋土結(jié)構(gòu)，其加筋或在結(jié)構(gòu)之內(nèi)，或在結(jié)構(gòu)與不均勻軟基之間。

(2)承載加筋結(jié)構(gòu)，包括橋臺、柔性路面加筋、無鋪砌道路和鐵路基床加筋墊層、軟土地基上筑堤在界面上鋪設(shè)筋材的加筋結(jié)構(gòu)物。這類結(jié)構(gòu)在其自重下通常是穩(wěn)定的，設(shè)計中主要考慮在容許變形之下能夠承受附加荷載的能力。

(3)原位加筋系統(tǒng)是用長金屬桿扦入原位不擾動土體的加筋法如錨桿，土釘?shù)取ｅ^桿設(shè)置于土中由錨頭、自由段和錨固段組成由砂漿與地層粘結(jié)成錨固體，撐拉支擋結(jié)構(gòu)，維護(hù)邊坡的穩(wěn)定。土釘系將一系列鋼筋材或鋼鉸索近似水平地置于擬加固的土質(zhì)邊坡中注漿形成加固體或似重力式擋土結(jié)構(gòu)保持邊坡的穩(wěn)定。此外還有在土中設(shè)置錨定板的輕型支擋結(jié)構(gòu)。

加筋法的優(yōu)點(diǎn)概括如下:

①加筋法可以筑造很高的垂直填土，當(dāng)然根據(jù)工程的需要也可以是傾斜坡面的;可用于地基，邊坡的加固和強(qiáng)化等;

②可以減少占地面積，特別是在不允許開挖的地區(qū)施工;

③加筋的土體及其結(jié)構(gòu)屬柔性的，對各種地基都有較好的適應(yīng)性，因而對地基的要求比其他結(jié)構(gòu)的建筑物為低。對遇到較弱地基時，常不需采用深基礎(chǔ)。如美國科羅拉多州一加筋土墻沉降達(dá)60cm 而僅在墻面上發(fā)生細(xì)小的裂紋;

④加筋法的支擋和橋、臺等結(jié)構(gòu)，墻面的變化多樣?？梢愿鶕?jù)需要設(shè)計面板進(jìn)行美化，使之適用于城市道路工程，亦可采用表面植生，達(dá)到綠化的目的。

墻面板可就地預(yù)制，也可由工廠制造;

⑤加筋土結(jié)構(gòu)既適于機(jī)械化施工，也適于人力施工;施工設(shè)備簡單，無需大型機(jī)械，更可以在狹窄場地條件下施工;施工管理簡便，沒有建筑公害，諸如噪聲污染，施工垃圾的堆積等;

⑥加筋土的抗震性能、耐寒性能良好;

⑦造價較低。例如，根據(jù)國內(nèi)部分工程的資料統(tǒng)計，加筋土擋墻的費(fèi)用約為普通擋墻造價的40%～60%，并且墻愈高節(jié)省投資愈多。

加筋法也有一定的缺點(diǎn)。例如，采用金屬筋材時，由于金屬易銹蝕需要考慮防護(hù)措施;如采用聚合材料筋材，聚合物受紫外線照射會發(fā)生衰化以及材料的長期蠕變性能在設(shè)計中都需予以考慮。

2 加筋土材料的評價及選擇

由加筋土基本材料構(gòu)成的各種加筋土結(jié)構(gòu)最終須確保它能安全、正常地運(yùn)用。在評價和選材時應(yīng)注意筋材與周圍土的相互作用特性，主要是二者的界面摩擦和抗拔特性;在荷載長期作用下的變形特性以及具體環(huán)境條件下的抗老化性和耐久性。此外還須考慮施工的要求及損傷的可能和影響。一般應(yīng)在考慮具體的條件下進(jìn)行有關(guān)的規(guī)定試驗(yàn)，提供設(shè)計用的參數(shù)要仔細(xì)考慮到有關(guān)的影響，必要時還要進(jìn)行專門的試驗(yàn)。評價和選用材料還要考慮設(shè)計結(jié)構(gòu)的使用期限。

筋－土的摩擦和抗拔特性分別由具體使用材料的直剪和抗拔試驗(yàn)確定。抗拔能力評估，設(shè)計需要的長期抗拔性態(tài)的三個基本標(biāo)準(zhǔn)。

(1)抗拔能力要求每一筋材的抗拔力必須滿足在設(shè)計荷載下的拉力并具有安全儲備;

(2)容許位移、發(fā)揮設(shè)計拉力時，筋相對于土的位移應(yīng)小于容許的位移;

(3)長期位移、拔出力應(yīng)小于臨界蠕變荷載。長期拉拔狀態(tài)(在常量設(shè)計荷載下的位移)主要控制于土和筋材的蠕變特性，故土筋系統(tǒng)通常不能用于對蠕變敏感的粘土。

抗拔力定義為筋從土中拔出的最大拉力，有多種估算方法，下面為美國FHWA 手冊推薦的估算式

式中:Pr為單位寬度筋材的抗拔力;α 為尺寸修正;σ'v為筋土交面上有效垂直應(yīng)力;Le·C 為破壞面后單位筋材寬度的總表面積，其中Le為破壞后的埋長，C 為有效周長，對于條帶、格柵和面狀筋材C=2;F*為抗拔阻力因數(shù)(或摩擦——承載——相互作用因數(shù))。

試驗(yàn)證明筋材與土之間的摩擦系數(shù)與位移大小和土的類型有關(guān)，摩擦力隨位移增大而增大，當(dāng)剪切位移較大時(＞4～6 mm)，筋材與砂土的摩擦角大于砂土的內(nèi)摩擦角;而筋材與粘土的內(nèi)摩擦角一般總比粘土加內(nèi)摩擦角小。對于重大工程筋土的內(nèi)摩擦角應(yīng)通過大型剪切試驗(yàn)并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)確定。對于試驗(yàn)條件不具備且缺乏當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)時，我國《公路加筋工程設(shè)計規(guī)范》提供的數(shù)據(jù)如表1。

表1 土與筋材的表觀摩擦系數(shù)

3 加筋土筋材的容許抗拉強(qiáng)度

加筋土筋材容許抗拉強(qiáng)度，按金屬筋材及土工合成材料筋材分別考慮。

3.1 金屬筋材的容許抗拉強(qiáng)度

金屬筋材單位寬度的容許抗拉強(qiáng)度Ta 可按式(2)計算式中:σa為筋材金屬的容許抗拉強(qiáng)度，一般采用等于0.55σy(σy為屈服強(qiáng)度)。若為焊接鋼絲網(wǎng)則σa=0.47σy;Ac為金屬筋材的有效斷面積;b 為金屬筋材的寬度。

3.2 土工合成材料筋材的容許抗拉強(qiáng)度

由于目前的試驗(yàn)方法并不能如實(shí)地模擬材料的實(shí)際工作條件及環(huán)境，諸如試樣尺寸，試驗(yàn)邊界條件，受荷形式及速率等，為了考慮導(dǎo)致的差異，采用以試驗(yàn)所得的極限抗拉強(qiáng)度再分別針對各種影響計算折減的分項(xiàng)安全系數(shù)，按下述方法確定容許抗拉強(qiáng)度Ta。

式中:FID為考慮施工損傷的安全系數(shù);FCR為考慮材料蠕變的安全系數(shù);FCD為考慮化學(xué)損傷的安全系數(shù);FBD為考慮生物損傷的安全系數(shù);Tu為筋材抗拉強(qiáng)度極限值。

分項(xiàng)安全系數(shù)隨筋材材質(zhì)及不同工程對象而不同，分項(xiàng)安全系數(shù)的取值，必須考慮具體的條件。

［1］牛志榮. 路基處理技術(shù)及工程應(yīng)用［M］. 中國建材工業(yè)出版社，2004.

［2］孔令偉，袁建新.強(qiáng)夯的邊界接觸應(yīng)力與沉降特性研究［J］.巖土工程學(xué)報，2008.

［3］公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)(JTJ071－98)［S］. 北京:人民交通出版社，2002.

［4］葉書麟 路基處理與托換技術(shù)［M］. 北京:中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［5］龔曉南 路基處理新技術(shù)［M］. 陜西:陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

［6］周景星.基礎(chǔ)工程［M］. 北京:清華大學(xué)出版社，2008.

［7］建筑路基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ79－2013)［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2013.