地基處理第3版 課件 8 加筋土技術(shù)

第八章加筋土技術(shù)地基處理概述1土工合成材料分類(lèi)與性能指標(biāo)2土工合成材料主要功能3加筋土的加固機(jī)理4加筋地基設(shè)計(jì)5加筋地基施工要點(diǎn)6第8章

加筋土技術(shù)

8.1概述

加筋土技術(shù)：是將基礎(chǔ)下一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖去，然后逐層鋪設(shè)土工合成材料與砂石等組成的加筋墊層作為地基持力層，通過(guò)筋材與土體之間的摩擦作用可以改善土體抗拉、抗剪性能，提高地基承載力，減小沉降的一種地基處理方法。加筋土墊層加筋土擋墻單面式加筋土擋墻雙面式加筋土擋墻包裹式加筋土擋墻條帶式加筋土擋土墻第四節(jié)

加筋土擋土墻的構(gòu)造8.2土工合成材料分類(lèi)與性能指標(biāo)8.2.1土工合成材料分類(lèi)

1.土工織物土工織物又稱(chēng)土工纖維，是指用合成纖維紡織或經(jīng)膠結(jié)、熱壓針刺等無(wú)紡工藝制成的土木工程用卷材土工織物按其用途分為濾水型、不透水型、保溫型。寬度為1～18米，長(zhǎng)度不限。濾水型土工織物允許水通過(guò)，而阻止細(xì)粒土隨水流失。其用途可以代替管道作為排水盲溝；道路中作為滲濾層，以防止翻漿冒泥；軟弱地基上作為堤壩的墊層，以提高地基的穩(wěn)定性；或隔離兩種不同粒徑的土粒，以免混合。土工織物表面敷以不透水的涂層即成為防水型，可以作為渠道的防滲漏鋪面，也可作為房屋基礎(chǔ)中的防潮層。保溫型土工織物，用于寒冷地區(qū)作為地基的保溫隔層。

(2)土工格柵是一種以塑料（高密度聚乙烯或聚丙烯）為原料加工形成的開(kāi)口的、類(lèi)似格柵狀的產(chǎn)品，具有較大的網(wǎng)孔，可以在一個(gè)方向或兩個(gè)方向上進(jìn)行定向拉伸以提高力學(xué)性能，多用于加筋。

(3)土工格室高密度聚乙烯條制成，條間沿寬度方向用超聲波焊接。在加筋地基現(xiàn)場(chǎng)像手風(fēng)琴一樣展開(kāi)，展開(kāi)的面積大10m×5m，每塊面積中含有數(shù)百個(gè)獨(dú)立的格室，每格直徑約200mm。在格室中充填砂礫料，振動(dòng)壓實(shí)后構(gòu)成加筋墊層。與土工格室墊層相比，用土工格柵可連接成平面上呈方形或三角形的空格，填充粗粒料形成更厚的墊層。8.2.2土工合成材料的性能指標(biāo)土工合成材料的性能指標(biāo)應(yīng)包括下列內(nèi)容，并應(yīng)按工程設(shè)計(jì)需要確定試驗(yàn)項(xiàng)目：物理性能：材料密度、厚度（及其與法向壓力的關(guān)系）、單位面積質(zhì)量、等效孔徑等；力學(xué)性能：條帶拉伸、握持拉伸、撕裂、頂破、CBR頂破、刺破、脹破等強(qiáng)度和直剪摩擦、拉拔摩擦等；水力學(xué)性能：垂直滲透系數(shù)（透水率）、平面滲透系數(shù)（導(dǎo)水率）、梯度比等；耐久性能：抗紫外線(xiàn)能力、化學(xué)穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性、蠕變等。8.2.3土工合成材料的容許抗拉強(qiáng)度土工合成材料的容許抗拉強(qiáng)度是加筋地基設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)。土工合成材料的設(shè)計(jì)容許抗拉強(qiáng)度可按下式計(jì)算：

RF——材料綜合強(qiáng)度折減系數(shù)；RFCR——材料因蠕變影響的強(qiáng)度折減系數(shù)；RFiD——材料因在施工過(guò)程中受損傷的強(qiáng)度折減系數(shù)；RFD——材料長(zhǎng)期老化影響的強(qiáng)度折減系數(shù)；。

8.3土工合成材料主要功能

加筋、過(guò)濾、排水、隔離、防滲和防護(hù)

8.3.1加筋功能加筋是土工合成材料在地基處理中的最主要功能。改變土中的應(yīng)力分布狀況，約束土體的側(cè)向變形，從而提高土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。材料要求具有較高的抗拉強(qiáng)度和剛度，并且與填土之間的咬合力強(qiáng)，對(duì)于永久性結(jié)構(gòu)還要求蠕變小，耐久性好。

8.3.2過(guò)濾和排水功能很多土工合成材料具有良好的過(guò)濾性、透水性和導(dǎo)水性，因而，在土體中需要設(shè)置過(guò)濾或排水的地方都可以采用土工合成材料。土工織物土工織物土工織物土工織物塑料排水帶（a）（b）（c）（d）圖8-2土工合成材料用于過(guò)濾與排水a(chǎn)）排水棱形濾層b）塑料排水帶和土工織物水平排水層c）排水盲溝濾層d）擋土墻背排水層

8.3.3隔離功能利用土工合成材料把兩種不同粒徑的土、砂子、石料或把土、砂子、石料和其它結(jié)構(gòu)隔離開(kāi)來(lái)，以免相互混雜，造成土料污染、流失，或其它不良效果，當(dāng)放置在建筑物和軟弱地基之間時(shí)，發(fā)揮隔離功能的同時(shí)亦起到加筋作用。

路基土侵入基層基層壓入土基隔離作用8.3.4防滲功能

土工合成材料如土工膜和復(fù)合土工膜，可以制成不透水的或極不透水的土工膜以及各種復(fù)合不透水的土工合成材料。這些土工合成材料可以用在各種需要防水、防氣以及防有害物質(zhì)的地方。

土工膜（主襯墊）土工網(wǎng)（檢漏和集液）土工膜（第二層復(fù)合襯墊）濾層土礫石粘土墊層多孔管天然地基土廢棄物

8.3.5防護(hù)功能防沖、防沙、防震、保溫、植生綠化、環(huán)境保護(hù)等。

8.4加筋土的加固機(jī)理

8.4.1加筋土的摩擦原理解釋在加筋土結(jié)構(gòu)中，填土自重和外部荷載等作用下，將在填料和筋材之間產(chǎn)生摩擦力，筋材的存在將阻止填土的側(cè)向位移。當(dāng)筋材具有足夠的抗拉強(qiáng)度，并與土產(chǎn)生足夠的摩阻力，則加筋土體就可保持穩(wěn)定。

筋帶中的拉力是由其接觸的土顆粒傳遞給沒(méi)有直接接觸的土顆粒。上下間隔的兩道筋材之間的土體，由于筋材對(duì)土體的法向反力和摩擦阻力在土顆粒間的傳遞而形成與土壓力平衡的承壓拱，除了筋材端部的土體不穩(wěn)定外，上下筋材之間的土體將形成一個(gè)穩(wěn)定的整體，在滿(mǎn)足上述只產(chǎn)生摩擦力而不產(chǎn)生滑移的條件下，筋帶改良和提高了砂的力學(xué)特性，成為能夠支承外力和自重的結(jié)構(gòu)體。加筋土體的承壓拱效應(yīng)

筋材之間土體的穩(wěn)定

8.4.2加筋土準(zhǔn)粘聚力原理解釋

外部荷載作用下，水平筋材與土體之間產(chǎn)生摩擦作用，將引起側(cè)向變形的拉力傳遞給拉筋，使得土體側(cè)向變形受到約束，加筋土的強(qiáng)度有所增加。土中加筋土與未加筋土的強(qiáng)度曲線(xiàn)基本平行，說(shuō)明φ值在加筋后基本不變，加筋土的力學(xué)性能的改善是由于加筋復(fù)合體具有“粘聚力”，它是由于加筋引起的，所以稱(chēng)為“準(zhǔn)粘聚力”。φσ1σ3ocr有筋帶無(wú)筋帶στΔσ3約束應(yīng)力

三軸試驗(yàn)條件，加筋土試件達(dá)到新的極限平衡時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足的條件為：φσ1σ3ocr有筋帶無(wú)筋帶στΔσ3

若筋帶所增加的強(qiáng)度以粘聚力cr加到土體內(nèi)來(lái)表示則加筋土達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足的條件為：

由于筋帶作用產(chǎn)生的“準(zhǔn)粘聚力”為：

上式是建立在筋材不出現(xiàn)斷裂或滑動(dòng)，同時(shí)也不考慮拉筋受力作用后產(chǎn)生拉伸變形的條件下得到的，這僅僅適用于高抗拉強(qiáng)度和高彈性模量的土工合成材料

對(duì)于低彈性模量、延伸率較大的土工合成材料，為考慮拉筋的變形特性

設(shè)筋材橫截面積為As、強(qiáng)度為σs，水平間距為Sx，垂直間距為Sy，則根據(jù)極限靜力平衡條件，可得到側(cè)向“約束應(yīng)力”的表達(dá)式為：

σ3+Δσ3SxSyσ1Asσsσ1σ3+Δσ3σ2σ28.5加筋地基設(shè)計(jì)

8.5.1加筋地基簡(jiǎn)述加筋地基是將基礎(chǔ)下一定范圍內(nèi)的軟弱土層挖去，然后逐層鋪設(shè)土工合成材料與砂石等組成的加筋墊層來(lái)做地基持力層。當(dāng)筋材埋設(shè)方式和數(shù)量得當(dāng)時(shí)，就可以極大地改善地基的承載力。

普朗特爾條形淺基礎(chǔ)地基極限承載力公式：c、φ和γ取加筋土墊層的參數(shù)基礎(chǔ)兩側(cè)完整滑動(dòng)面總水平長(zhǎng)度Lu為

滑動(dòng)面最大深度Du

8.5.3條形淺基礎(chǔ)加筋土地基1.筋材布置在實(shí)踐中要求筋材的布置范圍應(yīng)符合：最上層筋材距基底最下層筋材距基底筋材層數(shù)N為3~6，且長(zhǎng)度L足夠。按基礎(chǔ)兩側(cè)壓力擴(kuò)散線(xiàn)外側(cè)筋材的抗拉極限狀態(tài)來(lái)確定筋材長(zhǎng)度，筋材容許拉力不大于壓力擴(kuò)散線(xiàn)外側(cè)筋材的抗拔力在計(jì)算筋材錨固段長(zhǎng)度時(shí)，忽略基底壓力在筋材上附加應(yīng)力引起的摩擦力，只計(jì)算上覆土重引起的正應(yīng)力。

當(dāng)φ從0°增至35°時(shí)，Lu從7.0b增至12.53b，筋材的增長(zhǎng)大幅度增加了基坑開(kāi)挖的工程量，故適當(dāng)減短長(zhǎng)度筋材單位長(zhǎng)度摩擦力等長(zhǎng)布置，一般長(zhǎng)度不超過(guò)2.5b

2.地基承載力設(shè)計(jì)公式筋材提高的地基承載力可用下式表示：

考慮因埋深修正提高的承載力和墊層壓力擴(kuò)散提高的承載力，則加筋地基增加的地基承載力設(shè)計(jì)值:加筋土（砂）墊層地基承載力設(shè)計(jì)公式為：

4.加筋地基設(shè)計(jì)步驟

①初步選定筋材并確定計(jì)算參數(shù);②承載力計(jì)算;

③

承載力校核;

④

沉降變形驗(yàn)算;

⑤

確定筋材布置參數(shù)。

5.加筋地基構(gòu)造要求①在軟土上宜先鋪砂墊層，再覆蓋筋材。砂墊層厚度在陸上施工時(shí)。不應(yīng)小于200mm，水下施工時(shí)，不應(yīng)小于500mm。墊層料宜采用中、粗砂，含泥量不應(yīng)大于5%。②筋材上直接拋石時(shí)應(yīng)先鋪一層保護(hù)土工網(wǎng)。8.5.4土堤的加筋土地基

位于軟土地基上的土堤，包括堤壩和路堤，其加筋土地基有兩種結(jié)構(gòu)形式：一是平鋪的土工織物或土工格柵，又分為在地基表面平鋪一層，或挖除部分軟土，分層平鋪數(shù)層筋材，各層筋材間鋪設(shè)砂礫料構(gòu)成加筋土墊層，或在堤身內(nèi)部由底向上平鋪數(shù)層加筋材料；二是土工格柵框格墊層。土堤的加筋土地基可能產(chǎn)生的破壞形式有：a.堤和地基整體滑動(dòng)破壞；b.土堤的堤坡部分沿著筋材表面水平滑動(dòng)；c.基土擠出破壞；d.地基承載力不足產(chǎn)生過(guò)大的沉降變形。

1.整體滑動(dòng)①楔體分析法分析隔離體ABGP

1.整體滑動(dòng)②圓弧滑動(dòng)分析法

圓弧滑動(dòng)分析法是規(guī)范推薦的設(shè)計(jì)分析方法。當(dāng)?shù)袒萝浫跬翆虞^深時(shí)，滑動(dòng)面可能貫穿基土和堤身，設(shè)計(jì)采用修正的圓弧滑動(dòng)分析法。2.堤坡滑動(dòng)滑動(dòng)力為:抗滑動(dòng)力為:

考慮兩者的平衡，并取抗滑安全系數(shù)為2.03.基土擠出4.土堤加筋地基的設(shè)計(jì)步驟①根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，初步擬定加筋地基和路堤邊坡比例、加筋材料鋪設(shè)方式和鋪設(shè)長(zhǎng)度；②初步確定加筋材料以及加筋層間距和層數(shù)；③計(jì)算加筋土堤整體穩(wěn)定性，求得穩(wěn)定性系數(shù)最小值；如滿(mǎn)足，繼續(xù)下一步，否則調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，直到穩(wěn)定系數(shù)最小值滿(mǎn)足規(guī)范要求；④校核錨固長(zhǎng)度；⑤驗(yàn)算平面滑動(dòng)穩(wěn)定性；⑥完善邊坡防護(hù)、排水等有關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容。8.6加筋地基施工要點(diǎn)

1）筋材的鋪設(shè)寬度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，施工時(shí)筋材應(yīng)垂直于地基軸線(xiàn)方向鋪設(shè)，需要接長(zhǎng)時(shí)，連接強(qiáng)度不應(yīng)低于原筋材強(qiáng)度，疊合長(zhǎng)度不應(yīng)小于15cm；

2）土工合成材料的鋪設(shè)不允許出現(xiàn)褶皺，應(yīng)用人工拉緊，必要時(shí)可采用插釘?shù)却胧┕潭ㄍ凉ず铣刹牧嫌谔钔翆颖砻妫凰落佋O(shè)土工織物筋材時(shí)，應(yīng)采用工作船或工作平臺(tái)，并應(yīng)及時(shí)定位或壓重；

3）鋪設(shè)土工合成材料的土層表面應(yīng)平整，表面嚴(yán)禁有碎石、塊石等堅(jiān)硬凸出物；在距離土工合成材料層8cm以?xún)?nèi)的最大粒徑不得大于6cm；8.6加筋地基施工要點(diǎn)

4）土工合成材料鋪設(shè)以后應(yīng)及時(shí)填筑填料，以避免其受到陽(yáng)光長(zhǎng)時(shí)間的直接暴曬，通常情況下間隔時(shí)間不宜超過(guò)48小時(shí)；

5）填料應(yīng)分層鋪設(shè)、分層碾壓，并應(yīng)控制施工速率，所選填料機(jī)器壓實(shí)度應(yīng)滿(mǎn)足相關(guān)設(shè)計(jì)和施工規(guī)范規(guī)定的要求；

6）應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)。典型地基處理工程—

蒙華重載鐵路加筋風(fēng)積沙路基當(dāng)路堤高度大于4m且小于12m時(shí)，路堤從原地面開(kāi)始至基床表層每隔0.6m高鋪設(shè)3m寬的一層土工格柵，土工格柵距離邊坡坡面的距離為1m；當(dāng)路堤填高大于12m且小20m時(shí)，路堤從原地面開(kāi)始至基床表層每隔0．6m高鋪設(shè)4m寬的一層土工格柵，土工格柵距離邊坡坡面的距離為1m；風(fēng)積沙路堤的填筑高度不應(yīng)超過(guò)20m。鋪設(shè)土工格柵時(shí)，其縱向搭接長(zhǎng)度不小于3m。地基處理工程相關(guān)專(zhuān)家—盧肇鈞盧肇鈞（1917—