加筋法的原理(精)

地基处理主讲人：张力霆（教授）石家庄铁道大学加筋法的原理与适用范围1概述1.1加筋法的概念加筋法是在土中加入条带、成片纤维织物或网格片等抗拉材料，依靠它们限制土的侧移，改善土的力学性能，提高土的强度和稳定性的方法。常用的有土钉、加筋土挡墙、锚定板和土工合成材料等。一般用于加筋土的筋材有非金属、金属及组合材料。金属材料应用较少，以土工合成材料为主的非金属筋材应用较多，如土工格栅、土工织物和土工带等。此外，还有钢筋混凝土网格、钢筋混凝土格栅等。地基处理1.2加筋法的基本原理土的抗拉能力低，甚至为零，抗剪强度也很有限。在土体中放置了筋材，构成了土与筋材的复合体，当受外力作用时，将会产生体变，引起筋材与其周围土之间产生相对位移趋势，但两种材料的界面上有摩擦阻力和咬合力，等效于给土体施加一个侧压力增量，使土的强度和承载力有所提高，限制了土的侧向位移。地基处理加筋土是由填土、在填土中布置的一定量的带状拉筋及直立的墙面板三部分组成一个整体的复合挡土结构；或者是将基础下一定范围内的软弱土层挖去，然后逐层铺设土工合成材料与砂石等组成的加筋垫层作为地基持力层，通过筋材与土体之间的摩擦作用可以改善土体抗拉、抗剪性能，提高地基承载力，减小沉降。加筋土适用于山区或城市道路的挡土墙、护坡、路堤、桥台、河坝以及水工结构和工业结构等工程上，此外还可用于滑坡的治理。2加筋土及加筋土挡墙地基处理加筋土挡墙的结构内部存在着墙面土压力、拉筋的拉力、填料与拉筋间的摩擦力等相互作用的内力，这些力互相平衡，保证了复合结构的内部稳定；加筋土结构还需抵抗筋尾部后面填土所产生的侧压力，进而保证加筋土挡墙的外部稳定。加筋土挡墙主要特点如下：（1）比传统的重力式挡墙重量轻，混凝土用量仅限于面层，约为重力式混凝土挡墙的5%，对地基的承载能力要求不高。（2）加筋土属于柔性支挡结构，允许地基有较大的沉降量，适合于在软土地基上应用。（3）加筋土本身与地基土及墙后填土可密切结合，其整体稳定性及抗震性能较高。（4）挡墙的面板可预制拼装，能垂直地形成墙面，减少占地面积和土方量，降低成本。（5）面板、筋带等构件可实现工厂化生产，可根据需要拼装完成，不但质量可靠，且能降低原材料的消耗。加筋土挡墙的作用机理及主要特点加筋土挡墙的构造（1）面板：面板起防止拉筋间填土从侧向挤出，并于拉筋、填土一起构成挡墙整体的作用。面板常用金属或钢筋混凝土等材料制作。（2）拉筋：加筋土挡墙宜用抗拉强度高、延伸率小，耐腐蚀和有柔韧性的扁状材料做拉筋，以确保拉筋能与填土产生足够的摩擦力，常用扁钢带、钢筋混凝土带、聚丙烯土工带等做拉筋。（3）填土：填土一般应具有易压实性、较好透水性、能与拉筋产生足够的摩擦力、不易发生电化学反应等良好特性。（4）其他构造：面板基础常采用混凝土灌注或用砂浆砌石块筑成。必要时需设置沉降缝等。地基处理加筋土技术的发展与加筋材料的发展密不可分，加筋材料由早期的天然植物、帆布、金属和预制钢筋混凝土发展到土工合成材料。土工合成材料是指以聚合物为原料的材料名词的总称，它是岩土工程领域中一种新型建筑材料。土工合成材料的出现被誉为岩土工程的一次革命，它以优越的性能和丰富的产品型式在工程建设中得到广泛应用，在地基处理工程中也发挥了重要的作用。20世纪70年代后，土工合成材料迅猛发展，被誉为继砖石、木材、钢铁和水泥后的第五大工程建筑材料，已经广泛应用于水利、建筑、公路、铁路、海港、环境、采矿和军工等领域，其种类和应用范围还在不断发展扩大。地基处理3土工合成材料3.1土工合成材料分类地基处理3.2土工合成材料主要功能（1）加筋功能：可以改变土中的应力分布状况，约束土体的侧向变形，从而提高土体结构的稳定性。（2）过滤和排水功能：在土体中需要设置过滤或排水的地方都可以采用土工合成材料。（3）隔离功能：利用土工合成材料把两种不同粒径的土、砂子、石料或把土、砂子、石料和其它结构隔离开来，以免相互混杂，造成土料污染、流失，或其它不良效果。（4）防渗功能：不透水的或极不透水的土工膜以及各种复合不透水的土工合成材料可以用在各种需要防水、防气以及防有害物质的地方。（5）防护功能：土工合成材料在防护方面的应用非常广泛，如防冲、防沙、防震、保温、植生绿化、环境保护等。地基处理4土钉墙土钉就像是在土中设置钉子，故名土钉。按施工方法，土钉可分为钻孔注浆型、打入型和射入型三类。土钉墙是一种原位加固土的技术，是由原位土体、设置在土体中的土钉与坡面上的喷射混凝土面层（由混凝土、纵横交错的主筋、网筋等构成）三部分组成的土钉墙支护结构的总称。土钉墙支护结构是将筋杆插入土体内部，其全长土体粘结（或钻孔注浆固结），并在坡面喷射混凝土及挂钢筋网，通过土钉与土体的相互作用，形成其结构类似于重力式挡土墙的土体加固区带，从而明显地提高原位土体的强度，增强整个边坡的稳定性。地基处理土钉墙组成结构示意图土钉墙的适用范围及加固机理土钉墙比较适用于有一定粘结性的杂填土、黏性土、粉土、黄土及弱胶结性的砂土边坡，尤其是标准贯入锤击数5以上的砂土、击数3以上的黏性土。施工土钉时，应使地下水位低于开挖段或通过降水使地下水位低于基坑底面。土钉墙能有效地提高整个原位土体强度并限制其位移，主要加固机理表现在以下几个方面：（1）箍束骨架作用（2）扩渗粘结作用（3）锚固抗拔作用（4）面层约束作用