【文章內(nèi)容簡介】 筋土擋土墻，該項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。國外譽之為僅次于鋼筋混凝土、預應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的研究和工程試驗?！　　　　　　　　　　　　　　　　　D10—19加筋擋土墻組成示意圖　　 日本對加筋土技術的研究和應用也比較早。1967年日本將該技術正式公布為“補強土工法”，并在許多公路、城市道路、邊坡等工程中廣泛應用。　　　　在西班牙，1971年建造了第一座加筋土擋墻，隨后的發(fā)展和推廣應用也相當快。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研究和應用工作，其推廣應用和研究開發(fā)也相當快。其它許多國家也先后使用和推廣了加筋土技術，加筋土工程已從加筋土擋墻發(fā)展應用到橋臺、護岸、堤壩、建筑物基礎、鐵路路堤、碼頭、防波堤、水庫、尾礦壩、儲倉及核設施、軍用設施等多個領域?！　〖咏钔良夹g在我國發(fā)展和應用是在70年代末才開始的，從理論研究、模型試驗和現(xiàn)場試驗到機理分析，都取得了有益的成果。1978～1979年云南煤礦設計院在田壩礦區(qū)建成了3座僅2～4m高的試驗性加筋土擋墻，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)的工程技術人員很大的興趣，隨后在公路、鐵路、水運、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。　　加筋土結(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用領域占有較為重要的地位，有關的國際國內(nèi)學會在加筋土技術的研究和推廣應用方面也異?；钴S，全國各行業(yè)部門的許多工程技術人員也均看好加筋土技術，并在工程實踐中不斷地研究和探索?！　∮捎诩咏钔猎诩夹g上的優(yōu)越性、顯著的經(jīng)濟性和廣泛的適用性，加筋土技術獲得了國內(nèi)外更多的青睞。為適應加筋土技術的推廣應用，世界上許多國家先后制定并頒發(fā)了有關加筋土工程的設計、施工規(guī)范和標準，或設計施工指南等。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）：　　 　　　　?。╝）分離式　　　　　　　　　　　　　　（b）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）：　　　　　　　　?。╝）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（b）　　　　　　　　　 　　　　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　　　　（d）鋸齒形　　　　　　　　　　　　　　　　圖10—23　加筋結(jié)構(gòu)斷面形式 　　三、加筋土擋土墻的應用范圍　　加筋土擋土墻一般應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?；潞捅捞裙こ痰刭|(zhì)不良地段由于地質(zhì)條件復雜，土壓力變化較大，可能導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，故應慎重采用。加筋土擋土墻高度Ⅰ級干線不宜大于10ｍ。　　四、加筋土擋墻的優(yōu)缺點　　 1．優(yōu)點　　（1）組成加筋土擋土墻的墻面板和拉筋可以預先制作，在現(xiàn)場用機械（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，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，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。擋土墻的總體布設和墻面板的形式圖案可根據(jù)周圍環(huán)境特點和需要進行設計?！　。?）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)濟效益?！　?．缺點　　(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，需要制定合適的設計標準。　　(3) 由于目前加筋土系統(tǒng)的設計和施工經(jīng)驗仍不成熟，故規(guī)范尚需進一步完善。五、加筋土擋土墻的作用機理　　在工程實踐中，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合體的力學性能和穩(wěn)定性比未加筋前有所改善和提高?！　榱伺迳巴良咏詈髲秃象w強度和穩(wěn)定性提高的原因，維達爾等人分別進行了三軸試驗和現(xiàn)場試驗測試，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,壓住拉筋的法向應力為σ,略去筋帶重量和微元體土體重量,設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?！　氖?1023)和式(1024)可知，拉筋材料要滿足兩點：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的土推力，財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?！　∈?1025)為判定加筋體穩(wěn)定與否的必要條件。這一點為我們在工程中的實際計算提供了思路。　　按上述的摩擦加筋原理分析，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中得到較好的驗證。因此，在加筋土的實際工程中，特別是加筋土擋墻工程中得到較廣泛的應用。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。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)準粘聚力原理　　加筋土結(jié)構(gòu)可看作是各向異性的復合材料，一般情況下拉筋的彈性模量遠遠大于填土的彈性模量，拉筋與填土共同工作，外測強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，使得加筋土的強度明顯提高。這一點在加筋砂圓柱土樣與未加筋砂圓柱土樣三軸對比試驗中得到驗證。 　　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)向應變。如在土中布置了拉筋，由于拉筋對土體的摩擦阻力，當土體受到垂直應力作用時，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，相當于在土中增加了一個對側(cè)壓力的反力，使土的強度提高了。根據(jù)維達爾等人的試驗，加筋土的強度與土的抗剪強度、土和拉筋間的摩擦系數(shù)、拉筋的抗拉強度、拉筋數(shù)量等有關。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)。加筋土的強度分析主要針對前兩種，第三種只有當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度提高，可根據(jù)庫侖理論和摩爾破壞準則來加以解釋?！　「鶕?jù)庫侖理論，土的極限強度為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1026)式中： —土的極限抗剪強度；　　　σ—土體上受到的正應力；　　　c — 土的粘聚力；　　 —土的內(nèi)摩擦角。 　　當c=0時為砂土，c≠0時為粘性土?！　≡O為土樣破壞時的最大主應力，為土樣側(cè)面的最小主應力。根據(jù)土樣破壞時土樣的摩爾圓與土樣的庫侖強度線相切的條件，可得　　　　　　　　　(1027)　　在三軸對比試驗中，如果未加筋砂土樣在、作用下達到極限平衡[見圖1026]，保持不變，則加筋砂在相同應力狀態(tài)下未破壞，而是增至時才達到極限破壞狀態(tài)，（如摩爾圓c)所示。砂樣在加筋前后的 值不變，加筋后土的強度提高了，它應有一條新的強度線來反映這些關系。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖10—27　無筋砂及加筋砂強度曲線　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　比較未加筋砂和加筋砂試驗的極限平衡條件，加筋砂多了一項由 引起的強度增加，或者說承載力增加。從三軸對比試驗的結(jié)果來看(見圖1027)，加筋砂與未加筋砂的強度線幾乎完全平行，說明加筋前后砂樣的值基本不變，但加筋砂的強度曲線不通過 坐標原點，而與縱坐τ相截，其截距 ，相當于式(1027)中的c。因此，加筋砂土力學性能的改善是由于新的復合土體具有某種“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。在試驗中對加筋砂樣施加的側(cè)向力為，而實際上砂樣受到的側(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。事實上它不是粘聚力，而應是加筋土的強度增量。為表述方便，將這個“粘聚力”稱為“準粘聚力”或“似粘聚力”，它反映了加筋土這個復合體本身的材料特性。 　　將 看作加筋土的強度增量，用該原理不但可分析加筋砂的工作機理，同樣可用來分析粘土類加筋土。的推導如下：　　把加筋砂的三軸試驗當作無筋砂試驗，相應的用代替，當其達到極限平衡狀態(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：軸向應力(破壞時為)、水平應力、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?！　≡OA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）　　在破裂面上切向應力τ及法向應力σ之間的關系式可表示為　　　　　　　?。?034)　　比較式(1034)和式(1026)，可得　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1035) 　　　　　　　　　　　六、加筋土擋土墻材料與構(gòu)造設計　　加筋土擋土墻的組成材料應根據(jù)具體條件與設計要求合理選用各組成部分的材料，并進行構(gòu)件設計。　?。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；　　（2）能與拉筋產(chǎn)生足夠的摩擦力；　?。?）滿足化學和電化學標準；　?。?）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，以免在壓實過程中壓壞拉筋。當采用黃土、粘性土及工業(yè)廢渣時應作好防水、排水設施和確保壓實質(zhì)量等。墻背填料為黏砂土、砂粉土時，路基頂面宜采用封閉層。填料粒徑不應大于10cm，填料必須分層壓實（嚴禁采用羊足碾碾壓），除必須符合鐵道部現(xiàn)行的《鐵路路基設計規(guī)范》規(guī)定的壓實要求外?！　√盍系幕瘜W和電化學標準，主要為保證加筋