加筋法地基处理工艺（75页）

1、15 加筋法 1 概述2 加筋土挡墙3 土工合成材料4 土钉15.1概述 土的加筋是指在人工填土的路堤或挡墙内铺设土工合成材科(或钢带、钢条、钢筋混凝土（串）带、尼龙绳等)，或在边坡内打入土锚(或土钉、树根桩等)，这种人工复合土体称为加筋土。可承受抗拉、抗压、抗剪和抗弯作用，从而提高地基承载力、减小沉降和增加地基稳定性。这种起加筋作用的人工材料称为筋体或加筋材。土的加筋应用在我国古代汉武帝时就有以草枝建造长城的记载。现代加筋土技术的发展始于20世纪60年代初期，法国工程师Henri Vidal首先在试验中发现，当土掺有纤维材料时，其强度可明显提高到原有天然土强度的好几倍，并由此提出了土的加筋概

2、念和设计理论。15.2 加筋土挡墙加筋土挡墙是由填土、拉筋以及直立的墙面板三部分组成的一个整体的复合结构。这种结构内部存在着墙面土压力、拉筋的拉力及填料与拉筋间的摩擦力等相互作用的内力。这些内力相互平衡，保证了这一复合结构的内部稳定。同时，加筋土这一复合结构类似于重力式挡墙，还要能抵抗加筋体后面填土所产生的侧压力，即保证加筋土挡墙的外部稳定，从而使整个复合结构稳定。加筋土挡土结构常见的型式有条带式和包裹式两种。条带式结构一般是将高强度、高模量的加筋条带在填土中按一定间距排列，其一端与结构边侧的面板联接，另一端则埋设于填土之中；包裹式结构采用扁丝机织土工织物在土内满铺，在铺设的每一层织物上填土压

3、实，将外端部织物卷回一定长度后，再在其上铺放另一层织物，每层填土厚常为0.30.5m，按前法填土压实，逐层增高。（如南湖公园）15.2.1 特点1.允许完成很高的垂直填土，从而可减少占地面积。2.充分利用材料性能，特别是土与拉筋的共同作用，使挡墙结构轻型化，具有造价上的优势。3.面板、筋带可在工厂中定型制造加工，构件全部预制，工厂化生产，保证质量，降低了原材料。4.由于构件较轻，施工简便、快速、节省劳力和缩短工期。5.加筋土挡墙由各构件拼装而成，具有柔性结构的性能，可承受较大的地基变形，因而适用于软土地基。6.整体性较好，柔性吸收地震能量，抗震性能好。7.面板的形式可根据需要选择，拼装完成后造

4、型美观，适合城市道路的支挡工程。8.加筋土挡墙主要适用于公路建设。15.2.2加固机理 加筋土复合体中的拉应力通过土与筋材间的界面剪切作用传递到相邻的拉筋上，而筋材间土体自身仅承受压应力及剪切应力，从而使加筋土体成为具有一定自承约束的复合结构。加筋土的工作机理可以用粘聚力理论来描述，该理论是由简单的筋土摩擦加固原理转化而来的。粘聚力理论认为：加筋土结构可以看作是各向异性的复合材料，通常采用的拉筋，其弹性模量远大于填土。拉筋与填土的共同作用，包括填土的抗剪力、填土与拉筋的摩擦阻力及拉筋的抗拉力，使得带有拉筋的填土的强度明显提高。在没有拉筋的土体中，在竖向应力的作用下，压缩变形和侧向变形也随之加大

5、，直到破坏。如果在土体中设置了水平方向的拉筋，则在同样的竖向应力 作用下，其侧向变形则会大大减小，如图。破坏形态15.2.3设计计算1型式 2 荷载3面板面板一般采用混凝土预制构件，其强度等级不应低于C18，厚度不应小于80 mm。面板设计应满足坚固、美观、运输方便和易于安装等要求。通合可选用十字形、槽形、六角形、L形和矩形等形状的面板。面板上的拉筋结点，可采用预埋钢拉环、钢板锚头或预留穿筋孔等形式。钢拉环应采用直径不小于l0 的HPB235钢筋。4拉筋拉筋应采用抗拉强度高、伸长率小、耐腐蚀和柔韧性好的材料，同时要求加工、接长以及与面板的连接简单，如镀锌扁钢带、钢筋混凝土带、聚丙烯土工聚合物等

6、。高速公路和一级公路上的加筋土工程应采用钢带或钢筋混凝土带。5填土加筋土挡墙内填土一般应满足易压实、能与拉筋产生足够的摩擦力以及水稳定性好的要求。一般要求填土的塑性指数小于6，内摩擦角大于34度，且粒径小于0.015的细颗粒重量小于15。应优先采用有一定级配的砾类土或砂类土。也可采用碎石土、黄土、中低液限粘性土及满足要求的工业废渣。6加筋土挡墙构造设计(1)加筋土挡墙的平面线型可采用直线、折线和曲线。相邻墙面的内夹角不宜小于70度。(2)加筋土挡墙的剖面形式一般应采用矩形，受地形、地质条件限制时，也可采用阶梯形。(3)加筋土挡墙面板下部应设宽不小于0.3m，厚度不小于0.2m的混凝土基础。7

7、设计 内部稳定 阻止拉筋被拉断或筋土间摩擦力不足 土压力 拉筋所受拉力 拉筋面积 拉筋长度 拉筋总长度 外部稳定 同一般挡墙15.3土工聚合物15.3.1分类1土工织物土工织物为透水性的土工合成材料，按制造方法可分为有纺、无纺和编织型三种。土工织物突出的优点是：质量轻、整体连续性好(可做成较大面积的整体)；施工方便，抗拉强度高，耐腐蚀性和抗微生物侵蚀性好；缺点是抗紫外线能力差，如暴露到紫外线(阳光)中容易老化。土工织物的性能与其聚合物原料、土工织物的类型及加工制造方法密切相关。2 土工膜土工膜是以聚氯乙烯、聚乙烯、氯化聚乙烯或异丁橡胶等为原料制成的透水性极低的薄膜或薄片。土工膜可由工厂预制或现

8、场制作，分为加筋的和不加筋的两大类。预制不加筋膜采用挤出、压研等方法制造，厚度常为0.254，加筋的可达10。膜的幅宽为1.510 m。加筋土工膜是组合产品，加筋有利于提高膜的强度和保护膜不受外界机械破坏。大量工程实践表明，土工膜有很好的不透水性，很好的弹性和适应变形的能力，能承受不同的施工条件和工作应力，具有良好的耐老化能力。3特种材料1）土工格栅由聚乙烯或聚丙烯通过打孔、单向或双向拉伸扩孔制成。孔格为尺寸10100 mm的圆形、椭圆形、方形或长方形格栅。2）土工模袋土工合成材料模袋(简称模袋)是由双层聚合化纤织物制成的连续(或单独的)袋状材料，可以替模板。它是用高压泵把混凝土或砂浆灌入模袋

9、之中，形成的板状或其他形状结构，用于护坡或其他地基处理工程。 土工模袋的上下两层织物之间每隔一定距离，用一定长度的聚合物(如尼龙绳)把两层织物连接在一起，控制灌注成形的厚度。混凝土或砂浆灌入以后，多余的水分可以从织物空隙中渗出，从而降低了水灰比，增加了强度和凝固的速度。 制作好土工模袋后，一般在现场进行灌注工作。3）土工网由两组平行的压制条带或细丝按一定角度交叉(一般为6090度)，并在交点处热粘结而成的平面制品。条带一般宽15，透孔尺寸为几毫米到几厘米， 这类产品常用于坡面防护、植草、软基加固垫层，或用于制造复合排水材料。只有在受力不大的场合，才可用作加筋。4）土工格室土工格室是由强化的高密

10、度聚乙烯宽带，每隔一定间距以强力焊接形成的网格室结构 。典型的条带厚1.2，宽100，每隔 300每隔宽进行焊接。闭合和张开时的形状如下图。格室张开后，填以土料，由于格室对土的侧向位移的限制，可大大提高土体的刚度和强度。它可用于处理软弱地基，增大其承载力；还可用于固沙和护坡等。4 复合型土工合成材料将土工织物、土工膜和某些特种土工合成材科中的两种或两种以上的材料，采用不同方法复合成为复合型的土工合成材料。如复合土工膜、复合排水板、土工垫块等。(1)复合土工膜。常规应用的复合土工膜有一布一膜、二布一膜或三布二膜等。复合用无纺布一般比较薄，主要起保护膜的作用。另外，也有的用较厚型无纺布复合，起双重

11、作用，膜的一面防渗，而无纺布一面则起排水作用。 (2)土工复合排水板。 一种复合型的土工合成材料，由芯板和透水滤布两部分组成。芯板多为成型的硬塑料薄板，为瓦楞形或十字形，主要原料为聚氯乙烯或聚丙烯。透水滤布多为薄型无纺织物，主要原料为涤纶或丙纶。滤布包在芯板外面，在芯扳与滤布问形成纵向排水沟槽。它可用于软基排水固结处理、路基纵向横向排水，建筑地下排水管道、积水并、文档结构的墙后排水、隧道排水和堤坝排水等。15.3.2土工合成材料的特性1 物理特性（1）相对密度（2）单位面积的质量（3）厚度2 力学特性（1）压缩性（2）抗拉强度（3）撕裂强度（4）握持强度（5）顶破强度（6）刺破强度（7）穿透强

12、度（8）摩擦系数3 水理性特性（1）孔隙率：孔隙体积与织物的总体积之比（2）开孔面积率：总开孔面积与织物总面积之比（3）等效孔径：容许通过土粒的最大粒径（4）垂直渗透系数（5）水平渗透系数4 耐久性和环境影响（1）抗老化（紫外线） 老化是不可逆的化学变化，主要表现在： 外观变化：发粘、变硬、变脆等； 物理化学变化：相对密度、导热性、熔点、耐热性和耐寒性等发生变化； 力学性能的变化：抗拉强度、剪切强度、弯曲强度、伸长率以及弹性等发生变化； 电性能变化、绝缘电阻、介电常数等发生变化。（2）徐变性 高分子聚合物一般都有明显的徐变性。15.3.3主要功能1排水作用2隔离作用3反滤作用4加筋作用5防渗与

13、防护作用1排水作用 土工合成材料中的某些类型，如无纺土工织物是良好的导水材料，将其置于土体内能将土中水积累到织物内部，沿织物平面形成徘水通道，将水排出土体外。具有一定厚度的土工织物具有良好的三维透水特性。2隔离作用将土工合成材料放在两种不同的材料之间，或用在一种材料的不同粒径之间以及地基与基础之间，使其隔离开来。当外载作用时，不使其相互混杂或流失，保持材料的整体结构和功能。3反滤作用土工织物(有纺或无纺织物)具有良好的透水或透气性能，当水流沿织物平面法向流过时，可有效阻止土颗粒不被水流带走，起到反滤作用，以防止土体破坏，保证土体的稳定。在渗流出口区铺设土工合成材料作为反滤层，这和传统的砂砾石滤

14、层一样，均可提高被保护土的抗渗强度。对此，国内外都曾进行过广泛的研究。4加筋作用 当土工合成材料用做土体加筋时，其基本作用是给土体提供抗拉强度，改善土工结构的整体受力条件，提高地基的承载力，增强上部结构的稳定性，主要应用于土坡、堤坝、地基和挡土墙。5防渗与防护作用 采用土工膜或复合土工膜，可防止水或其他液体渗漏以保护环境和工程结构的安全稳定。作为防渗材料，土工合成材料已广泛应用于堤、坝、水库工程中，可代替粘土心墙、防渗斜墙及防止库底渗漏等。 土工合成材料能够将比较集中的应力扩散或分解，防止土体受外力作用破坏，主要应用于护岸、护底工程、海岸防潮、河道整治以及道路坡面防护等方面。15.3.4施工技

15、术 1施工方法要点 (1) 注意均匀和平整。 (2) 不要加过大的局部应力。块石下落时，应在土工合成材料上先铺一层砂子保护。 (3)土工合成材料用于起反滤层作用时，要求保证连续性。 (4)在存放和铺设过程中，应尽量避免长时间的曝晒而使材料劣化。 (5)端部要先铺填，中间后填，端部锚固必须精心施工。 (6)第一层铺垫厚度应在0.5m以下，当土工合成材料受到损坏时，应予立即修补。 (7)当土工合成材料用做软土地基上的堤坝和路堤的加筋加固时，基底必须加以清理。接缝方法连接时可采用搭接、缝合、胶结或U形钉连接等方法。15.4土钉1概述2类型、特点和适用性3与加筋土挡墙比较4与土层锚杆比较5加固机理 概

16、述土钉是将拉筋插入土体内部，并在坡面上喷射混凝土，从而形成土体加固区带，其结构类似于重力式挡墙，用以提高边坡的稳定性，适用于开挖支护和天然边坡加固，是一项实用有效的原位岩土加筋技术。常用钢筋做拉筋，尺寸小，全长度与土粘结。现代土钉技术已有近40年的历史。1972年，法国的Bouygues在凡尔赛附近铁道拓宽线路的切坡中首次应用了土钉技术。德国、美国在20世纪70年代中期开始应用此项技术。我国从80年代开始进行土钉的试验研究和工程实践，于1980年在山西柳湾煤矿边坡稳定中首次应用土钉技术。目前，土钉这一加筋技术在我国正逐步得到推广和应用。2类型、特点和适用性按施工方法，土钉可分钻孔注浆型土钉、打

17、入型土钉和射入型土钉三类。 土钉作为一种施工技术，具有如下特点。 (1)形成的土钉墙复合体，显著提高了边坡整体稳定性和承受坡顶超载的能力。 (2)施工简单，施工效率高。机械的振动小、噪声低，在城区施工具有明显的优越性。 (3)对场地邻近建筑物影响小。土钉一般都是快速施工，可适应开挖过程中土质条件的局部变化，易于使土坡得到稳定。 (4)经济效益好。土钉适用于地下水位低于土坡开挖段或经过降水使地下水位低于开挖层的情况。为了保证土钉的施工，土层在分阶段开挖时应能保持自立稳定。为此，土钉适用于有一定粘结性的杂填土、粘性土、粉土、黄土类土及弱胶结的砂土边坡。此外，当采用喷射混凝土面层或坡面浅层注浆等稳定

18、坡面措施能够保证每一切坡台阶的自立稳定时，也可采用土钉支挡体系作为稳定边坡的方法。3与加筋土挡墙比较1主要相同之处（1）加筋体(拉筋或土钉)均处于无预应力状态，只有在土体产生位移后，才能发挥其作用。（2）加筋体抗力都是由加筋体与土之间产生的界面摩阻力提供的，加筋土体内部本身处于稳定状态，它们承受着其后面外部土体的推力，类似于重力式挡墙的作用。（3）面层(加筋土挡墙面板为预制构件，土钉面层是现场喷射混凝土)都较薄，在支撑结构的整体稳定中不起主要作用。 2主要不同之处（1）施工程序截然不同。土钉施工是“自上而下” ，分步施工，而加筋土挡墙则是“自下而上” 施工。（2）土钉是一种原位加筋技术，是用来

19、改良天然土层的，不像加筋土挡墙那样，能够预定和控制加筋土填土的性质。（3）土钉技术通常包含使用灌浆技术，使筋体和其周围土层粘结起来，荷载通过浆体传递给土层。在加筋土挡墙中，摩擦力直接产生于筋条和土层间。（4）土钉既可水平布置，也可倾斜布置，当其垂直于潜在滑裂面设置时，将会充分地发挥其抗力，而加筋土挡墙内的拉筋一般为水平设置(或以很小角度倾斜布置)。4土钉与土层锚杆比较(1)土层锚杆在安装后一般进行张拉，因此能理想地防止结构发生各种位移。土钉则不予张拉，发生少量位移后才可发挥作用。 (2)土钉长度(一般为310 m)的绝大部分和土层相接触，而土层锚秆多通过在锚杆末端固定的长度传递荷载，即在支挡土

20、体中产生的应力分布不同。 (3)土钉的安装密度很高(一般每0.55一根)，因此单筋破坏的后果不严重。土钉的施工精度要求不高，它们是以相互作用的方式形成一个整体。锚杆的设置密度比土钉要小些。 (4)因锚杆承受荷载很大，在锚杆的顶部需安装适当的承载装置，以减小出现穿过挡土结构面而发生刺入破坏的可能性。土钉则不需要安装坚固的承载装置，其顶部承担的荷载小，可由安装喷射混凝土表面的钢垫来承担。 (5)锚杆往往较长(一般1545m)，因此需要用大型设备来安装。锚杆体系常用于大型挡土结构，如地下连续墙和钻孔灌注桩挡墙，这些结构本身也需要大型施工设备。图150 土层锚杆构造图 1挡墙；2承托支架；3横梁；4台座；5承压垫板；6锚具；7钢拉杆；8水泥浆或砂浆锚固体；9非锚固段；1