土的加筋是指在人工填土的路堤或擋墻內(nèi)鋪設(shè)土工合成材科(或鋼帶、鋼條、鋼筋混凝土(串)帶、尼龍繩等),或在邊坡內(nèi)打入土錨(或土釘、樹根樁等),這種人工復(fù)合土體稱為加筋土。
可承受抗拉、抗壓、抗剪和抗彎作用,從而提高地基承載力、減小沉降和增加地基穩(wěn)定性。這種起加筋作用的人工材料稱為筋體或加筋材。
土的加筋應(yīng)用在我國古代漢武帝時就有以草枝建造長城的記載,F(xiàn)代加筋土技術(shù)的發(fā)展始于20世紀(jì)60年代初期,法國工程師Henri Vidal首先在試驗中發(fā)現(xiàn),當(dāng)土摻有纖維材料時,其強(qiáng)度可明顯提高到原有天然土強(qiáng)度的好幾倍,并由此提出了土的加筋概念和設(shè)計理論。
加筋土擋墻是由填土、拉筋以及直立的墻面板三部分組成的一個整體的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
這種結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在著墻面土壓力、拉筋的拉力及填料與拉筋間的摩擦力等相互作用的內(nèi)力。這些內(nèi)力相互平衡,保證了這一復(fù)合結(jié)構(gòu)的內(nèi)部穩(wěn)定。
同時,加筋土這一復(fù)合結(jié)構(gòu)類似于重力式擋墻,還要能抵抗加筋體后面填土所產(chǎn)生的側(cè)壓力,即保證加筋土擋墻的外部穩(wěn)定,從而使整個復(fù)合結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
加筋土擋土結(jié)構(gòu)常見的型式有條帶式和包裹式兩種。
條帶式結(jié)構(gòu)一般是將高強(qiáng)度、高模量的加筋條帶在填土中按一定間距排列,其一端與結(jié)構(gòu)邊側(cè)的面板聯(lián)接,另一端則埋設(shè)于填土之中;
包裹式結(jié)構(gòu)采用扁絲機(jī)織土工織物在土內(nèi)滿鋪,在鋪設(shè)的每一層織物上填土壓實,將外端部織物卷回一定長度后,再在其上鋪放另一層織物,每層填土厚常為0.3~0.5m,按前法填土壓實,逐層增高。(如南湖公園)
特點(diǎn)
1.允許完成很高的垂直填土,從而可減少占地面積。
2.充分利用材料性能,特別是土與拉筋的共同作用,使擋墻結(jié)構(gòu)輕型化,具有造價上的優(yōu)勢。
3.面板、筋帶可在工廠中定型制造加工,構(gòu)件全部預(yù)制,工廠化生產(chǎn),保證質(zhì)量,降低了原材料。
4.由于構(gòu)件較輕,施工簡便、快速、節(jié)省勞力和縮短工期。
5.加筋土擋墻由各構(gòu)件拼裝而成,具有柔性結(jié)構(gòu)的性能,可承受較大的地基變形,因而適用于軟土地基。
6.整體性較好,柔性吸收地震能量,抗震性能好。
7.面板的形式可根據(jù)需要選擇,拼裝完成后造型美觀,適合城市道路的支擋工程。
8.加筋土擋墻主要適用于公路建設(shè)。
加固機(jī)理
加筋土復(fù)合體中的拉應(yīng)力通過土與筋材間的界面剪切作用傳遞到相鄰的拉筋上,而筋材間土體自身僅承受壓應(yīng)力及剪切應(yīng)力,從而使加筋土體成為具有一定自承約束的復(fù)合結(jié)構(gòu)。加筋土的工作機(jī)理可以用粘聚力理論來描述,該理論是由簡單的筋土摩擦加固原理轉(zhuǎn)化而來的。
粘聚力理論認(rèn)為:加筋土結(jié)構(gòu)可以看作是各向異性的復(fù)合材料,通常采用的拉筋,其彈性模量遠(yuǎn)大于填土。拉筋與填土的共同作用,包括填土的抗剪力、填土與拉筋的摩擦阻力及拉筋的抗拉力,使得帶有拉筋的填土的強(qiáng)度明顯提高。在沒有拉筋的土體中,在豎向應(yīng)力的作用下,壓縮變形和側(cè)向變形也隨之加大,直到破壞。如果在土體中設(shè)置了水平方向的拉筋,則在同樣的豎向應(yīng)力 作用下,其側(cè)向變形則會大大減小,如圖。