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1、 第第1616章章 加筋法加筋法Chapter 16 Reinforcement Method 116.1 16.1 概概 述述16.1 Introduction 土的加筋是指在人工填土的路堤或挡墙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料，或在边坡内打入内铺设土工合成材料，或在边坡内打入土锚（或土钉、树根桩等），这种人工土锚（或土钉、树根桩等），这种人工复合土体称为加筋土，它可提高地基承复合土体称为加筋土，它可提高地基承载力、减小沉降和增加地基稳定性。这载力、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。种起加筋作用的人工材料称为筋体。2 加筋土法的基本机理是通过土体
2、与筋体间的摩加筋土法的基本机理是通过土体与筋体间的摩擦作用，使土体中的拉应力传递到筋体上，筋体擦作用，使土体中的拉应力传递到筋体上，筋体承受拉力，而筋间土承受压应力及剪应力，使加承受拉力，而筋间土承受压应力及剪应力，使加筋土中的筋体和土体都能较好发挥自己的潜能。筋土中的筋体和土体都能较好发挥自己的潜能。 土的加筋在我国古代汉武帝时就有以草枝建土的加筋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造长城的记载。现代加筋土技术的发展始于20世世纪纪60年代初期，法国工程师年代初期，法国工程师Henri Vidal首先在试首先在试验中发现，当土掺有纤维材料时，其强度可明显验中发
3、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念和理论。土的加筋概念和理论。3 一、概述一、概述 加筋土挡墙（加筋土挡墙（Reinforced Earth wall）系由填土、在填土中布置一定量的）系由填土、在填土中布置一定量的拉筋以及直立的墙面板三部分组成一个整拉筋以及直立的墙面板三部分组成一个整体的复合结构。体的复合结构。 1965年法国普拉聂尔斯成功地建年法国普拉聂尔斯成功地建成了世界第一座加筋土挡墙。成了世界第一座加筋土挡墙。1979年我国年我国云南田坝矿区贮煤场修建了加筋土挡墙。云南田坝矿区贮煤场修建
4、了加筋土挡墙。16.2 16.2 加筋土挡墙加筋土挡墙16.2 Reinforced Retaining Wall4加筋土挡墙示意图加筋土挡墙示意图5 加筋土挡墙的特点：加筋土挡墙的特点： （1）它可做成很高的垂直填土；）它可做成很高的垂直填土； （2）充分利用材料性能，特别是土与拉筋）充分利用材料性能，特别是土与拉筋的共同作用，使挡土墙结构轻型化；的共同作用，使挡土墙结构轻型化； （3）面板、筋带可在工厂中定型制造加工；）面板、筋带可在工厂中定型制造加工； （4）施工简便、快速；）施工简便、快速； （5）适应性好，具有柔性结构的性能，可）适应性好，具有柔性结构的性能，可承受较大的地基变形，适
5、用于软土地基；承受较大的地基变形，适用于软土地基；6 （6）整体性较好，它所特有的柔性能够很好）整体性较好，它所特有的柔性能够很好地吸收地震能量，具有良好的抗震性能；地吸收地震能量，具有良好的抗震性能； （7）面板的形式可根据需要选择，拼装完）面板的形式可根据需要选择，拼装完成后造型美观，适合于城市道路的支挡工程。成后造型美观，适合于城市道路的支挡工程。二、加固机理二、加固机理 1 加筋土基本原理加筋土基本原理 2 加筋土挡墙破坏机理加筋土挡墙破坏机理7 （1）加筋土挡墙的内部稳定性）加筋土挡墙的内部稳定性 拉筋拔出破坏、拉筋断裂、面板与拉筋拔出破坏、拉筋断裂、面板与拉筋间接头破坏、面板断裂、
6、贯穿回填拉筋间接头破坏、面板断裂、贯穿回填土破坏、沿拉筋表面破坏。土破坏、沿拉筋表面破坏。 （2）加筋土挡墙的外部稳定性）加筋土挡墙的外部稳定性 土坡整体失稳、滑动破坏、倾覆破土坡整体失稳、滑动破坏、倾覆破坏、承载力破坏。坏、承载力破坏。8 三、设计计算三、设计计算 1 加筋土挡墙的型式加筋土挡墙的型式 可分为路肩式和路堤式挡墙。可分为路肩式和路堤式挡墙。 根据拉筋不同的配置方法，可分为根据拉筋不同的配置方法，可分为单面加筋土挡墙、双面分离式加筋土挡单面加筋土挡墙、双面分离式加筋土挡墙、双面交错式加筋土挡墙以及台阶式墙、双面交错式加筋土挡墙以及台阶式加筋土挡墙。加筋土挡墙。 2 加筋土挡墙的荷
7、载加筋土挡墙的荷载 应根据可能同时出现的作用荷载，应根据可能同时出现的作用荷载，选择荷载组合。选择荷载组合。9 3 面板面板 面板一般采用混凝土预制构件，其面板一般采用混凝土预制构件，其强度等级不应低于强度等级不应低于C18，厚度不应小于，厚度不应小于80mm。 4 拉筋拉筋 拉筋应采用抗拉强度高、伸长率小、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、聚丙烯土工锌扁钢带、钢筋混凝土带、聚丙烯土工聚合物等。聚合物等。10 5 填土填土 加筋土挡墙内填
8、土一般应具有易压实、加筋土挡墙内填土一般应具有易压实、能与拉筋产生足够的摩擦力以及水稳定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性好的要求。一般要求填土的塑性指数小于小于6，内摩擦角大于，内摩擦角大于34度，小于度，小于0.015mm的细颗粒重量少于的细颗粒重量少于15。应优。应优先采用有一定级配的砾类土或砂类土。先采用有一定级配的砾类土或砂类土。 6 加筋土挡墙构造设计加筋土挡墙构造设计11 7 加筋土结构计算加筋土结构计算 （1）加筋土挡墙的内部稳定性计算）加筋土挡墙的内部稳定性计算 1）土压力计算）土压力计算 2）拉筋所受拉力计算）拉筋所受拉力计算 3）拉筋的
9、断面计算）拉筋的断面计算 4）拉筋的长度计算）拉筋的长度计算 5）拉筋的总长度计算）拉筋的总长度计算12（2）加筋土挡墙的外部稳定性计算）加筋土挡墙的外部稳定性计算 包括挡墙地基承载力、基底抗滑稳定包括挡墙地基承载力、基底抗滑稳定性、抗倾覆稳定性和整体抗滑稳定性等性、抗倾覆稳定性和整体抗滑稳定性等的验算，与一般重力式挡土墙的计算方的验算，与一般重力式挡土墙的计算方法相同。法相同。四、施工技术四、施工技术 1 基础施工基础施工 2 面板安装面板安装 3 拉筋铺设拉筋铺设 4 填土的铺筑和压实填土的铺筑和压实13 一、概述一、概述 土工合成材料已有土工合成材料已有100年左右的历史，年左右的历史，
10、但应用于土木工程是但应用于土木工程是20世纪世纪30年代末才开始年代末才开始的。我国于的。我国于60年代中期将有纺织物应用于河年代中期将有纺织物应用于河道、涵闸及防治路基翻浆冒泥等工程。道、涵闸及防治路基翻浆冒泥等工程。80年年代中期，土工合成材料在我国水利、铁路、代中期，土工合成材料在我国水利、铁路、公路、军工、港口、建筑、矿山、冶金和电公路、军工、港口、建筑、矿山、冶金和电力等部门逐渐推广。力等部门逐渐推广。1986、1989、1992年年分别在天津、沈阳和江苏仪征召开了三届土分别在天津、沈阳和江苏仪征召开了三届土工合成材料学术会议。工合成材料学术会议。16.3 16.3 土工合成材料土工
11、合成材料16.3 Geosynthetics14单向土工格栅加筋桥台单向土工格栅加筋桥台 15单向土工格栅加筋桥台单向土工格栅加筋桥台 土工加筋带土工加筋带16单向土工格栅加筋土路堤单向土工格栅加筋土路堤 17单单向向土土 工工格格栅栅加加筋筋土土路路堤堤 18 二、土工合成材料产品类型二、土工合成材料产品类型 （一）有纺型土工织物（一）有纺型土工织物（Woven geotextile） （二）无纺型土工织物（二）无纺型土工织物（Nonwoven geotextile） 1 热压处理法；热压处理法；2 针刺机械处理法；针刺机械处理法；3 化学化学粘结处理法。粘结处理法。 （三）合成型土工织物（
12、三）合成型土工织物 1 土工膜（土工膜（Geomembrane） 2 土工格栅（土工格栅（Geogrid） 3 土工网（土工网（Geonet，Geoweb）19 （四）复合型土工织物（四）复合型土工织物（Geocomposite） 1 复合土工膜复合土工膜 2 土工塑料排水带土工塑料排水带 3 土工垫土工垫 4 土工格室土工格室 三、三、 土工合成材料特性土工合成材料特性 （一）物理特性（一）物理特性 1 相对密度相对密度 2 单位面积质量单位面积质量 3 厚度厚度20 （二）力学特性（二）力学特性 1 压缩性压缩性 2 抗拉强度抗拉强度 3 撕裂强度撕裂强度 4 握持强度握持强度 5 顶破强
13、度顶破强度 6 刺破强度刺破强度 7 穿透强度穿透强度 8 摩擦系数摩擦系数21（三）水理性特性（三）水理性特性 1 孔隙率孔隙率 2 开孔面积率开孔面积率 3 等效孔径等效孔径 4 垂直渗透系数垂直渗透系数 5 水平渗透系数水平渗透系数（四）耐久性和环境影响（四）耐久性和环境影响 1 抗老化抗老化 2 徐变性徐变性22四、土工合成材料的主要功能四、土工合成材料的主要功能 （一）排水作用（一）排水作用 （二）隔离作用（二）隔离作用 （三）反滤作用（三）反滤作用 （四）加筋作用（四）加筋作用 1 用于加固土坡和堤坝用于加固土坡和堤坝 2 用于加固地基用于加固地基 3 用于加筋土挡墙用于加筋土挡墙
14、23 五、设计计算五、设计计算（一）作为滤层时的设计（一）作为滤层时的设计（二）作为加筋时的设计（二）作为加筋时的设计 1 地基加固地基加固 2 路堤加固路堤加固 3 加筋土挡墙加筋土挡墙六、施工技术六、施工技术24一、概述一、概述 土钉是将拉筋插入土体内部，常用钢土钉是将拉筋插入土体内部，常用钢筋做拉筋，尺寸小，全长度与土粘结，筋做拉筋，尺寸小，全长度与土粘结，并在坡面上喷射混凝土，从而形成土体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，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
15、效的护和天然边坡加固，是一项实用有效的原位岩土加筋技术。原位岩土加筋技术。16.4 土土 钉钉16.4 Soil Nailing 2526土钉墙施工土钉墙施工27土钉墙施土钉墙施工工28锚杆施工锚杆施工29土钉墙施工（喷射混凝土面层）土钉墙施工（喷射混凝土面层）30土钉墙土钉墙31二、土钉的类型、特点及适用性二、土钉的类型、特点及适用性 按施工方法，土钉可分钻孔注浆型按施工方法，土钉可分钻孔注浆型土钉、打入型土钉和射入型土钉三类。土钉、打入型土钉和射入型土钉三类。 土钉具有如下特点：土钉具有如下特点：（1）形成的土钉墙复合体，显著提高了）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
16、载的能力。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。）施工简单，施工效率高。（3）对场地邻近建筑物影响小。）对场地邻近建筑物影响小。（4）经济效益好。）经济效益好。32 土钉适用于地下水位低于土坡开挖段或经过降水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，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、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。黄土类土及弱胶结的砂土边
17、坡。三、土钉与加筋土挡墙的比较三、土钉与加筋土挡墙的比较 1 土钉施工土钉施工“自上而下自上而下”；加筋土挡墙则；加筋土挡墙则是是“自下而上自下而上”。 2 土钉是原位加筋技术，不像加筋土挡墙土钉是原位加筋技术，不像加筋土挡墙那样，能够预定和控制加筋土填土的性质。那样，能够预定和控制加筋土填土的性质。33 3 土钉技术通常包含使用灌浆技术，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，载荷通使筋体和其周围土层粘结起来，载荷通过浆体传递给土层。在加筋土挡墙中，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。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
18、布置。土钉既可水平布置，也可倾斜布置。加筋土挡墙的拉筋一般水平设置。加筋土挡墙的拉筋一般水平设置。四、四、 土钉与土层锚杆的比较土钉与土层锚杆的比较 1 土层锚杆在安装后便于张拉，土钉则土层锚杆在安装后便于张拉，土钉则不予张拉，发生少量位移后才可发挥作不予张拉，发生少量位移后才可发挥作用。用。342 土钉的绝大部分和土层相接触，而土土钉的绝大部分和土层相接触，而土层锚杆多通过在锚杆末端固定的部分传层锚杆多通过在锚杆末端固定的部分传递荷载，两者在土体中产生的应力不同。递荷载，两者在土体中产生的应力不同。3 土钉的安装密度很高，单筋破坏的后土钉的安装密度很高，单筋破坏的后果不严重。果不严重。4 因
19、锚杆承受荷载很大，在锚杆的顶部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。需安装适当的承载装置。5 锚杆往往较长（一般锚杆往往较长（一般1545m）。）。35 五、加固机理五、加固机理1 土钉对复合土体起着箍束骨架作用；土钉对复合土体起着箍束骨架作用；2 土钉与土体共同承担外荷载和土体自土钉与土体共同承担外荷载和土体自重应力；重应力；3 土钉起着应力传递与扩散作用；土钉起着应力传递与扩散作用；4 钢筋网喷射混凝土面板可限制坡面膨钢筋网喷射混凝土面板可限制坡面膨胀，削弱内部塑变，加强边界约束。胀，削弱内部塑变，加强边界约束。36思考题思考题 (Problems)（1）什么是加筋法？加筋法的机理是什么）什么是加筋法？加筋法的机理是什么？（2）加筋土挡墙有何优点？）加筋土挡墙有何优点？（3）土工合成材料有哪些种类？土工合成）土工合成材料有哪些种类？土工合成材料有哪些主要功能？材料有哪些主要功能？（4）土钉与加筋土挡墙有哪些相同与不同）土钉与加筋土挡墙有哪些相同与不同之处？之处？37
