【文章內(nèi)容簡介】 筋土擋土墻，該項(xiàng)工程立刻引起了世界工程界的濃厚興趣，引起了世界各國的重視，得到很高評價。國外譽(yù)之為僅次于鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的又一次發(fā)明。以后，世界各國普遍開展了加筋土技術(shù)的研究和工程試驗(yàn)?！　　　　　　　　　　　　　　　　　D10—19加筋擋土墻組成示意圖　　 日本對加筋土技術(shù)的研究和應(yīng)用也比較早。1967年日本將該技術(shù)正式公布為“補(bǔ)強(qiáng)土工法”，并在許多公路、城市道路、邊坡等工程中廣泛應(yīng)用。　　　　在西班牙，1971年建造了第一座加筋土擋墻，隨后的發(fā)展和推廣應(yīng)用也相當(dāng)快。美國1972年修 建加州39號公路時開始使用，聯(lián)邦公路局專門有班子從事有關(guān)研究和應(yīng)用工作，其推廣應(yīng)用和研究開發(fā)也相當(dāng)快。其它許多國家也先后使用和推廣了加筋土技術(shù)，加筋土工程已從加筋土擋墻發(fā)展應(yīng)用到橋臺、護(hù)岸、堤壩、建筑物基礎(chǔ)、鐵路路堤、碼頭、防波堤、水庫、尾礦壩、儲倉及核設(shè)施、軍用設(shè)施等多個領(lǐng)域?！　〖咏钔良夹g(shù)在我國發(fā)展和應(yīng)用是在70年代末才開始的，從理論研究、模型試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)到機(jī)理分析，都取得了有益的成果。1978～1979年云南煤礦設(shè)計(jì)院在田壩礦區(qū)建成了3座僅2～4m高的試驗(yàn)性加筋土擋墻，這也是我國的第一座加筋土擋墻。1980年又在該礦區(qū)建成了一座長57m、建成后使用效果良好。該工程的成功引起了我國土木建筑行業(yè)的工程技術(shù)人員很大的興趣，隨后在公路、鐵路、水運(yùn)、煤炭、林業(yè)、水利、城建等行業(yè)和部門迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用。鐵路系統(tǒng)于1980年在淮南的鐵路樞紐內(nèi)修建了第一座鐵路加筋土擋土墻。目前我國規(guī)模最大的加筋土工程，也是目前世界上規(guī)模最大的加筋土工程為重慶長江濱江路工程，長約6km，加筋土擋墻墻面積約，墻最高處達(dá)33m。鐵路系統(tǒng)在廣通——大理鐵路上成功修建了總墻高為33m的加筋土擋土墻?！　〖咏钔两Y(jié)構(gòu)作為一種新穎的完整結(jié)構(gòu)物，在土工合成材料的應(yīng)用領(lǐng)域占有較為重要的地位，有關(guān)的國際國內(nèi)學(xué)會在加筋土技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用方面也異?；钴S，全國各行業(yè)部門的許多工程技術(shù)人員也均看好加筋土技術(shù)，并在工程實(shí)踐中不斷地研究和探索?！　∮捎诩咏钔猎诩夹g(shù)上的優(yōu)越性、顯著的經(jīng)濟(jì)性和廣泛的適用性，加筋土技術(shù)獲得了國內(nèi)外更多的青睞。為適應(yīng)加筋土技術(shù)的推廣應(yīng)用，世界上許多國家先后制定并頒發(fā)了有關(guān)加筋土工程的設(shè)計(jì)、施工規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，或設(shè)計(jì)施工指南等。二、加筋土擋土墻的類型　　加筋土擋土墻按其斷面外輪廓形式，一般分為：　　(1) 單面式加筋土擋土墻（圖1020）：　　 　　 　?。╝）路肩式加筋擋土墻　　　　　　　　　　　?。╞）路堤式加筋擋土墻　　　　　　　　　　　　　　圖10—20　　單面式加筋擋土墻　　(2) 雙面式加筋土擋土墻，雙面式中又分分離式、交錯式加筋土擋土墻（圖1021）：　　 　　　　　（a）分離式　　　　　　　　　　　　　?。╞）交錯式　　　　　　　　　　　　　　圖10—21　雙面式加筋擋土墻　　(3) 臺階式加筋土擋土墻（圖1022）：　　　　　　　　?。╝）　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。╞）　　　　　　　　　 　　　　圖10—22臺階式加筋擋土墻　　加筋土擋土墻按其斷面結(jié)構(gòu)形式，一般分為矩形、正梯形、倒梯形和鋸齒形，見圖1023?！　〖咏钔翐跬翂Π蠢畹男问娇煞譃闂l帶式加筋土擋土墻（拉筋為條帶式，每一層不滿鋪拉筋）和滿鋪式加筋擋土墻（每一層連續(xù)滿鋪土工格柵或土工織物拉筋）。 ?。╝）矩形　　　　　　?。╞）正梯形　　　?。╟）倒梯形　　　?。╠）鋸齒形　　　　　　　　　　　　　　　　圖10—23　加筋結(jié)構(gòu)斷面形式 　　三、加筋土擋土墻的應(yīng)用范圍　　加筋土擋土墻一般應(yīng)用于地形較為平坦且寬敞的填方路段上，適用于一般地區(qū)的路肩墻，在挖方路段或地形陡峭的山坡，由于不利與布置拉筋，一般不宜使用。滑坡和崩坍等工程地質(zhì)不良地段由于地質(zhì)條件復(fù)雜，土壓力變化較大，可能導(dǎo)致墻面板受力不均產(chǎn)生相互錯位，而且這種地段修筑加筋土擋土墻挖方量也比較大，故應(yīng)慎重采用。加筋土擋土墻高度Ⅰ級干線不宜大于10ｍ?！　∷?、加筋土擋墻的優(yōu)缺點(diǎn)　　 1．優(yōu)點(diǎn)　?。?）組成加筋土擋土墻的墻面板和拉筋可以預(yù)先制作，在現(xiàn)場用機(jī)械（或人工）分層填筑。這種裝配式的方法，施工簡便、快速，并且節(jié)省勞力和縮短工期?！　。?）加筋土擋土墻是柔性結(jié)構(gòu)物，能夠適應(yīng)地基輕微的變形。在軟弱的地基上修筑時，由于拉筋在填筑過程中逐層埋設(shè)，所以，因填土引起的地基變形對加筋土擋土墻的穩(wěn)定性影響比對其它結(jié)構(gòu)物小，地基的處理也較簡便?！　。?）加筋土擋土墻具有一定的柔性，抗振動性強(qiáng)，因此，它也是一種很好的抗振結(jié)構(gòu)物。　?。?）加筋土擋土墻節(jié)約占地，造型美觀。由于墻面板可以垂直砌筑，可以大量減少占地。擋土墻的總體布設(shè)和墻面板的形式圖案可根據(jù)周圍環(huán)境特點(diǎn)和需要進(jìn)行設(shè)計(jì)?！　。?）加筋土擋土墻造價比較低。與鋼筋混凝土擋土墻相比，可減少造價一半左右；與石砌重力式擋土墻相比，也可節(jié)約20%以上。而且，加筋土擋土墻造價的節(jié)省隨墻高的增加而愈加顯著，因此它具有良好的經(jīng)濟(jì)效益?！　?．缺點(diǎn)　　(1)擋墻背后需要充足的空間，以獲得足夠的墻寬來保證內(nèi)部和外部穩(wěn)定性?！　?2) 對于鋼材加筋的銹蝕、用作暴露面層的土工合成材料在紫外線照射下的變質(zhì)，以及填土中聚酯類加筋材料的老化等問題，需要制定合適的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?！　?3) 由于目前加筋土系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)仍不成熟，故規(guī)范尚需進(jìn)一步完善。五、加筋土擋土墻的作用機(jī)理　　在工程實(shí)踐中，我們知道松散的砂土可堆成具有天然休止角的砂堆，粘性土體可開挖出一定高度的垂直坡面。如果在砂土中分層埋設(shè)水平向的加筋材料，則這種由砂土和加筋材料形成的筋土復(fù)合體就可保持一定的高度和直立狀態(tài)而不塌成斜坡，它與粘性土體相類似。這表明砂土加筋后所形成的復(fù)合體的力學(xué)性能和穩(wěn)定性比未加筋前有所改善和提高?！　榱伺迳巴良咏詈髲?fù)合體強(qiáng)度和穩(wěn)定性提高的原因，維達(dá)爾等人分別進(jìn)行了三軸試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)測試，提出了各種假說來解釋和闡述筋土之間的相互作用機(jī)理。根據(jù)迄今為止的研究結(jié)果，筋一土間相互作用的基本原理大致可歸納為兩大類：一是摩擦加筋原理，二是準(zhǔn)粘聚力原理（或摩爾—庫倫理論）?！　。ㄒ唬┠Σ良咏钤怼　「鶕?jù)加筋土復(fù)合體中筋一土之間的基本構(gòu)造,我們在加筋體中取出一微段來分析?！　∪鐖D1024所示,微元體長為dl,拉筋左截面受力為,右截面受力為,壓住拉筋的法向應(yīng)力為σ,略去筋帶重量和微元體土體重量,設(shè)拉筋與土粒之間的摩擦系數(shù)為f,b為筋帶寬度。由于土的水平推力在該微元段拉筋中所引起的拉力為dT,dT= 。設(shè)dF為土粒與拉筋在該微元段上產(chǎn)生的總摩擦力，　 　　　圖10—24　磨擦加筋原理則有　　　　　　dF=2σfbdl 　　(1023) 　　　　根據(jù)對該微元體的受力分析，可知 如果　　　　 dFdT 　　　　　　(1024)則筋一土之間就不會產(chǎn)生相互錯動，換句話說，土的水平推力被筋一土之間的摩擦力所克服，微元體保持穩(wěn)定，反之則不能保持穩(wěn)定。　　從式(1023)和式(1024)可知，拉筋材料要滿足兩點(diǎn)：一是表面要粗糙，能使筋一土之間產(chǎn)生足夠的摩擦力；二是要有足夠的強(qiáng)度和彈性模量，前者保證在筋一土之間產(chǎn)生錯動前拉筋不被拉出，后者保證拉筋的變形與土體的變形大致相同?！　≡诩咏钔翐鯄χ?，墻體由于受土體的推力產(chǎn)生破壞時(暫將加筋土體看成無筋土體)，依據(jù)朗金理論，沿主動破裂面BC將墻體分為主動區(qū)和穩(wěn)定區(qū)，見圖1025。下滑土棱體ABC自重產(chǎn)生的水平推力對每一層拉筋形成拉力，欲將拉筋從土中拔出，而穩(wěn)定區(qū)土體與筋帶的摩擦阻力阻止拉筋被拔出。如果每一層拉筋與土體的摩擦阻力均能抵抗相應(yīng)的土推力，財(cái)整個墻體就不會出現(xiàn)BC滑動面，加筋土體的內(nèi)部穩(wěn)定就有保證?！　≡O(shè)每層筋帶所受的土體的水平推力為T，那么　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1025)式中：σ— 壓住拉筋的法向應(yīng)力； 　　　l — 筋帶長度； 　　　f — 拉筋與土粒間的摩擦系數(shù)； 　　　b — 拉筋筋帶寬度；　　 — 拉筋在穩(wěn)定區(qū)的長度。　　式(1025)為判定加筋體穩(wěn)定與否的必要條件。這一點(diǎn)為我們在工程中的實(shí)際計(jì)算提供了思路?！　“瓷鲜龅哪Σ良咏钤矸治?，拉筋的工作類似于通過筋帶結(jié)構(gòu)鉗固在穩(wěn)定土體中，所以，穩(wěn)定區(qū)又稱為錨固區(qū)，拉筋在穩(wěn)定區(qū)的長度Lb：稱為錨固段長度或有效長度。摩擦加筋原理由于概念明確、簡單，在加筋土擋墻的足尺試驗(yàn)中得到較好的驗(yàn)證。因此，在加筋土的實(shí)際工程中，特別是加筋土擋墻工程中得到較廣泛的應(yīng)用。但是， 　　　　　　　圖10—25　加筋擋土墻的受力分析摩擦加筋原理忽略了筋帶在力作用下的變形，也未考慮土是非連續(xù)介質(zhì)、具有各向異性的特點(diǎn)。所以，對高模量的加筋材料，如金屬加筋材料比較適用，對加筋材料模量較小、相對變形較大的合成材料(如塑料帶等)，其結(jié)果則是比較近似的。(二)準(zhǔn)粘聚力原理　　加筋土結(jié)構(gòu)可看作是各向異性的復(fù)合材料，一般情況下拉筋的彈性模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于填土的彈性模量，拉筋與填土共同工作，外測強(qiáng)度包括了填土的抗剪力、填土與拉筋的摩阻力和拉筋的抗拉力的共同作用，使得加筋土的強(qiáng)度明顯提高。這一點(diǎn)在加筋砂圓柱土樣與未加筋砂圓柱土樣三軸對比試驗(yàn)中得到驗(yàn)證。 　　砂土試樣在單軸壓力下受到壓密，土樣側(cè)向在側(cè)壓力作用下發(fā)生側(cè)向應(yīng)變。如在土中布置了拉筋，由于拉筋對土體的摩擦阻力，當(dāng)土體受到垂直應(yīng)力作用時，在拉筋中將產(chǎn)生一個軸向力，起著限制土體側(cè)向變形的作用，相當(dāng)于在土中增加了一個對側(cè)壓力的反力，使土的強(qiáng)度提高了。根據(jù)維達(dá)爾等人的試驗(yàn)，加筋土的強(qiáng)度與土的抗剪強(qiáng)度、土和拉筋間的摩擦系數(shù)、拉筋的抗拉強(qiáng)度、拉筋數(shù)量等有關(guān)。加筋土在受力變形過程中可能出現(xiàn)拉筋抗拉極限狀態(tài)、拉筋與填土間摩擦廠粘著極限狀態(tài)以及填土抗剪極限狀態(tài)。加筋土的強(qiáng)度分析主要針對前兩種，第三種只有當(dāng)拉筋與填土的彈性模量相近時才會出現(xiàn)。　　加筋砂樣比無筋砂樣強(qiáng)度提高，可根據(jù)庫侖理論和摩爾破壞準(zhǔn)則來加以解釋。　　根據(jù)庫侖理論，土的極限強(qiáng)度為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1026)式中： —土的極限抗剪強(qiáng)度；　　　σ—土體上受到的正應(yīng)力；　　　c — 土的粘聚力；　　 —土的內(nèi)摩擦角。 　　當(dāng)c=0時為砂土，c≠0時為粘性土。　　設(shè)為土樣破壞時的最大主應(yīng)力，為土樣側(cè)面的最小主應(yīng)力。根據(jù)土樣破壞時土樣的摩爾圓與土樣的庫侖強(qiáng)度線相切的條件，可得　　　　　　　　　(1027)　　在三軸對比試驗(yàn)中，如果未加筋砂土樣在、作用下達(dá)到極限平衡[見圖1026]，保持不變，則加筋砂在相同應(yīng)力狀態(tài)下未破壞，而是增至?xí)r才達(dá)到極限破壞狀態(tài)，（如摩爾圓c)所示。砂樣在加筋前后的 值不變，加筋后土的強(qiáng)度提高了，它應(yīng)有一條新的強(qiáng)度線來反映這些關(guān)系。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖10—27　無筋砂及加筋砂強(qiáng)度曲線　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　比較未加筋砂和加筋砂試驗(yàn)的極限平衡條件，加筋砂多了一項(xiàng)由 引起的強(qiáng)度增加，或者說承載力增加。從三軸對比試驗(yàn)的結(jié)果來看(見圖1027)，加筋砂與未加筋砂的強(qiáng)度線幾乎完全平行，說明加筋前后砂樣的值基本不變，但加筋砂的強(qiáng)度曲線不通過 坐標(biāo)原點(diǎn)，而與縱坐τ相截，其截距 ，相當(dāng)于式(1027)中的c。因此，加筋砂土力學(xué)性能的改善是由于新的復(fù)合土體具有某種“粘聚力”的緣故。砂土本身是沒有這個“粘聚力”的，而是砂土加筋后的結(jié)果。在試驗(yàn)中對加筋砂樣施加的側(cè)向力為，而實(shí)際上砂樣受到的側(cè)壓力是，而正是由于砂與拉筋間的摩阻而產(chǎn)生的，但在最后結(jié)果的表述中卻被“c”所代替。事實(shí)上它不是粘聚力，而應(yīng)是加筋土的強(qiáng)度增量。為表述方便，將這個“粘聚力”稱為“準(zhǔn)粘聚力”或“似粘聚力”，它反映了加筋土這個復(fù)合體本身的材料特性。 　　將 看作加筋土的強(qiáng)度增量，用該原理不但可分析加筋砂的工作機(jī)理，同樣可用來分析粘土類加筋土。的推導(dǎo)如下：　　把加筋砂的三軸試驗(yàn)當(dāng)作無筋砂試驗(yàn)，相應(yīng)的用代替，當(dāng)其達(dá)到極限平衡狀態(tài)時，有　　　　　　　　　　　　　(1028)由式(1027)和式(1028)，可得　　　　　　　　?。?029）由上式得　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1030)為等效應(yīng)力增量，它是由加筋砂土體中的拉筋產(chǎn)生的，無法直接測得，可表示為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1031)　　取三軸試樣破裂時的土體為脫離體(見圖1028)，作用在脫離體上的作用力有：軸向應(yīng)力(破壞時為)、水平應(yīng)力、拉筋拉力T、破裂面上填土的反作用力R。破裂時R與破裂面的夾角為 ，破裂面與水平面的夾角為?！　≡O(shè)A為試件的截面積，為每層拉筋單位寬度加筋土中拉筋的抗拉力，為加筋土體中拉筋層的豎向間距，根據(jù)脫離體的靜力平衡條件，有　　(1032)　　圖10—28　加筋脫離體力平衡圖其中 ，故　　　　　　　　?。?033）　　在破裂面上切向應(yīng)力τ及法向應(yīng)力σ之間的關(guān)系式可表示為　　　　　　　　（1034)　　比較式(1034)和式(1026)，可得　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1035) 　　　　　　　　　　　六、加筋土擋土墻材料與構(gòu)造設(shè)計(jì)　　加筋土擋土墻的組成材料應(yīng)根據(jù)具體條件與設(shè)計(jì)要求合理選用各組成部分的材料，并進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)?！　。ㄒ唬┨盍稀　√盍鲜羌咏铙w的主體材料，由它與拉筋產(chǎn)生摩擦力。其基本要求是：　?。?）易于填筑與壓實(shí)；　?。?）能與拉筋產(chǎn)生足夠的摩擦力；　　（3）滿足化學(xué)和電化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)；　　（4）水穩(wěn)定性好?！　榱耸估钆c填料之間能發(fā)揮較大的摩擦力，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，通常填料優(yōu)先選擇具有一定級配、透水性好的砂類土、碎（礫）石類土。粗粒料中不得含有尖銳的棱角，以免在壓實(shí)過程中壓壞拉筋。當(dāng)采用黃土、粘性土及工業(yè)廢渣時應(yīng)作好防水、排水設(shè)施和確保壓實(shí)質(zhì)量等。墻背填料為黏砂土、砂粉土?xí)r，路基頂面宜采用封閉層。填料粒徑不應(yīng)大于10cm，填料必須分層壓實(shí)（嚴(yán)禁采用羊足碾碾壓），除必須符合鐵道部現(xiàn)行的《鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的壓實(shí)要求外?！　√盍系幕瘜W(xué)和電化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，主要為保證加筋