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1、加筋土挡墙新技术* *市市政工程设计院【摘要】 提出一种可替代拉筋带的新型加筋材料：加筋环，其作用机理是将填料产生的侧向压力转由加筋环承担。该加筋体的优越性在于：加筋体受力状态易于测试和分析，因此设计更加可靠，而加筋材料的费用却较之采用拉筋带有大幅度下降。此外，加筋环还具有对填料适应性强，加筋材料易于防腐，以及有利于施工等优点。【关键词】 加筋环 拉筋带 加筋土1.问题的提出加筋土挡墙是利用加筋土技术修建的一种支挡构筑物，加筋土是一种在土中加入拉筋带的复合土，它利用拉筋带与土之间的摩擦作用，改善土体的变形条件和提高土体的工程性能，从而达到稳定土体的目的，见图1。加筋土技术的发明无疑是一项重大技
2、术创新，然而在经过大量工程实践和理论研究后逐渐发现一些不足，有些甚至是难以逾越的障碍，其主要表现在：由于加筋土作用机理的复杂性导致多种设计理论并存，都有道理却又都不能概全，有时依据设计理论计算的数据在模型试验中不能得到理想的验证，而从模型试验中得到的数据有时又与现场实测数据差异较大2，这使得设计人员常常对理论计算数据感到信心不足，为工程安全考虑只好依据个人经验增加筋带数量，从而导致费用增加。另外，筋带表面难以防腐以及对填料适应性较差等缺陷也是现有加筋土技术的不足。2.以加筋环替代拉筋带见图2，加筋环由3个同直径钢筋环和若干与之垂直相交的立筋绑扎而成，内侧附着土工格栅做衬垫。2.1.制作加筋环a
3、. 钢筋按设计加筋环圆周长进行断料和焊接，立筋断料，立筋材料也可采用预制钢筋砼短柱等。b. 钢筋环、立筋分别刷沥青并外裹沥青土工布防腐。c. 3个钢筋环和若干竖向立筋绑扎组成加筋环骨架，注意：立筋必须位于钢筋环内侧。d. 钢筋环内侧附着（扎丝绑扎）土工格栅做衬垫。2.2.冲切环沟当分层填土碾压至某一设计高程面后，平整作业面，然后按设计图要求实地确定圆心位置，并按加筋环半径精确划圆。冲切钢铲（形状类似挖土铁锹，但没有弯曲状）沿圆弧逐段冲切环沟，环沟深度略深于加筋环高度，沟宽略宽于加筋环厚度，以正好能放下加筋环即可。冲切动能可由人工捶击或机械冲压，加筋环置入环沟后沿沟两侧夯压密实。2.3.安装墙面
4、板墙面板预制后拼装，为固定墙面板需要安装锚固杆和锚固块。为墙面稳定和施工安全，压路机不能靠墙面板过近作业。靠墙面板处可采用人工或小型夯机分层夯实。3.加筋环作用机理加筋环的作用机理是充分利用钢筋受拉强度高的特性，使环内填料产生的侧向压力转由加筋环承担：加筋环内的填料在垂直荷载作用下受到挤压并产生侧向膨胀，而加筋环约束了这种侧向变形，使侧向压力全部转化为由钢筋圆环来承担。加筋环阻断了环内侧压力向环外的传递，使圆环内填料形成一个“饼”状物，若干层“土饼”交叉叠加后组成加筋土实体。加筋环在垂直均布荷载作用下的受力状态，与人们在土工实验室中所做的三轴试验相类似。测试环筋所承受的侧向压力有多大，只需粘贴
5、电阻应变片即可，当填料高度不断上升时实测钢筋的拉伸变形并计算出拉应力，以此判断配筋是否合理，积累相当的实测数据可供理论分析和研究，为设计提供依据。4.加筋环的优越性4.1.加筋体内部受力明确现有加筋土挡墙需要对筋带与填料颗粒间的互相作用机理进行微观分析和测试。然而由于筋带材料的多样性、填料的复杂性和测试手段的局限性，要准确地对各种不同条件下的加筋体下定义是比较困难的，如似摩阻系数的取值，从模型试验时得到的值有时与现场实测的值差异很大2 。目前的理论分析方法又种类繁多，各有千秋，难以最后定论。而加筋环加筋土挡墙则可避免一些繁琐且复杂的微观分析，只须对“圆饼状”加筋体进行宏观观察：在某一加筋环上粘
6、贴电阻应变片，可以得知该加筋环内的填料在垂直荷载作用下产生多大侧向压力。不言而喻，建立在作用机理明确且实测数据可靠基础上的工程设计具有较高的可靠度，也使得充分利用材料特性和大幅度降低加筋材料费用成为可能。4.2.对填料适应性好现有加筋土的稳定主要取决于筋带与填料颗粒间的摩阻力，因此对填料的物理性质及颗粒大小比较讲究，粘性土因具有蠕变性质不是理想填料，一般希望采用砂性土，这就使得推广应用受到一定限制。而加筋环只是把环内填料围合成一整体以阻止侧向力外扩，且不论是粘性土还是砂性土都一样。4.3.加筋材料易于防腐任何防腐材料涂抹在筋带上都会在很大程度上影响筋带与填料间的摩阻力，正是有此顾忌，所以现有加
7、筋土挡墙中一般不予采用，然而没有防腐材料保护的筋带势必会影响其耐久性，给挡土墙的长久稳定留下安全隐患。但采用加筋环却无此顾忌，几乎任何防腐材料都可以使用。4.4.有利于施工现有加筋土挡墙所设置的条形筋带层间距较小且筋带铺设工艺要求高，施工作业顺序是先铺筋带后覆土碾压，这就很难避免在碾压的过程中使筋带受损和变形。而采用加筋环技术的施工工序恰恰与前者相反，是先碾压整平后再冲切环沟置入加筋环，两者互不干扰。.4.5.经济效益好以建造高10米，长100米加筋土挡墙为例，分别计算以采用CAT拉筋带为加筋材料所需费用，和以采用加筋环为加筋材料所需费用，最后将两种费用进行比较。4.5.1.以拉筋带为加筋材料
8、见图1，计算依据如下：a.根据CAT塑钢拉筋带目前市场销售价格：每吨14500元。b.根据加筋土挡墙工程图集3第05页“技术经济指标一览表”中：挡墙高度H=10米，每延米挡墙需要CAT拉筋带102公斤。根据上述资料计算得建100米挡墙需拉筋带：10210010200公斤（或10.2吨）。所需费用为：1450010.2=147900元4.5.2.以加筋环为加筋材料计算如图2所示，挡墙高10米，总长100米，共设8层加筋环，其中：大加筋环直径为7米，设4层，沿挡墙纵向共13列，总数为13452个；小加筋环直径为4米，同样设4层，沿挡墙纵向共23列，总数为23492个。各种材料列表计算见图3，总需费
9、用：63721元。两者比较：63721/147900=0.43（43），可见若采用加筋环则加筋材料费用下降过半。从图3“加筋材料明细表”中发现：4层大加筋环与4层小加筋环钢筋用量非常接近，因此，如果将小加筋环全部替换成大加筋环（如图4），则钢筋总用量并不增加。5.其它应用该新技术可涉及现在所有采用加筋土技术的工程项目，如：将加筋环置于路堤（特别是高路堤）中可以稳定路基，防止边坡下滑。将加筋环置于软土地基中，可以加固软土地基，提高地基承载力等。此外还有其它方面的扩展应用，如：连续向上叠加加筋环可以构造超大型柔性筒仓，它可以用来贮存各种散装集料，如：煤炭、矿砂、粮食等，特别具有重大意义的是在环境工
10、程方面的应用：可用于生活垃圾的处理及处置工程，从而最终彻底根治“垃圾围城”这一顽疾。6.总结采用“加筋环”替代拉筋带使加筋土内部的受力状态发生了很大变化，目前注重于研究土颗粒与筋带之间的摩阻理论已经不再适用，人们只要借助电阻应变仪就可以非常直观地观察到加筋环在土压力作用下产生的拉伸变形，不必深入进行微观分析，只要积累一定量的观察资料即可，通过对资料的分析和研究，不难提出针对本地区地质条件适用的设计标准，再不会出现目前多种设计理论并存，让人无所适从的两难处境。但从加筋体外部观察，革新后的加筋土挡墙几乎没有任何变化：现有加筋土挡墙所具备的所有工程特性全部保留，它的外部稳定计算理论和方法也可以不做任何改变。 参考文献：1.陈忠达公路挡土墙设计人民交通出版社1999年11月第1版2.石名磊加筋挡墙土压力及似摩阻系数的探讨华东公路1993年第4期3.唐善祥等加筋土挡墙工程图集人民交通出版社1997年7月第1版
