公路软土地基加筋法研究

2015-08-05张维明

黑龙江交通科技 2015年3期

关键词：筋材抗拔摩擦角

张维明

(重庆交通大学)

1 加筋法的分类及技术特点

(1)加筋土结构包括边坡、墙、路堤和坝以及废物管理设备等。加筋土结构物一般不承受大的外荷，其主要设计考虑结构物在其自重下的稳定性。

某些不均质地基上的土结构，如通过喀斯特上的路堤，构成加筋土结构，其加筋或在结构之内，或在结构与不均匀软基之间。

(2)承载加筋结构，包括桥台、柔性路面加筋、无铺砌道路和铁路基床加筋垫层、软土地基上筑堤在界面上铺设筋材的加筋结构物。这类结构在其自重下通常是稳定的，设计中主要考虑在容许变形之下能够承受附加荷载的能力。

(3)原位加筋系统是用长金属杆扦入原位不扰动土体的加筋法如锚杆，土钉等。锚杆设置于土中由锚头、自由段和锚固段组成由砂浆与地层粘结成锚固体，撑拉支挡结构，维护边坡的稳定。土钉系将一系列钢筋材或钢铰索近似水平地置于拟加固的土质边坡中注浆形成加固体或似重力式挡土结构保持边坡的稳定。此外还有在土中设置锚定板的轻型支挡结构。

加筋法的优点概括如下:

①加筋法可以筑造很高的垂直填土，当然根据工程的需要也可以是倾斜坡面的;可用于地基，边坡的加固和强化等;

②可以减少占地面积，特别是在不允许开挖的地区施工;

③加筋的土体及其结构属柔性的，对各种地基都有较好的适应性，因而对地基的要求比其他结构的建筑物为低。对遇到较弱地基时，常不需采用深基础。如美国科罗拉多州一加筋土墙沉降达60cm 而仅在墙面上发生细小的裂纹;

④加筋法的支挡和桥、台等结构，墙面的变化多样。可以根据需要设计面板进行美化，使之适用于城市道路工程，亦可采用表面植生，达到绿化的目的。

墙面板可就地预制，也可由工厂制造;

⑤加筋土结构既适于机械化施工，也适于人力施工;施工设备简单，无需大型机械，更可以在狭窄场地条件下施工;施工管理简便，没有建筑公害，诸如噪声污染，施工垃圾的堆积等;

⑥加筋土的抗震性能、耐寒性能良好;

⑦造价较低。例如，根据国内部分工程的资料统计，加筋土挡墙的费用约为普通挡墙造价的40%～60%，并且墙愈高节省投资愈多。

加筋法也有一定的缺点。例如，采用金属筋材时，由于金属易锈蚀需要考虑防护措施;如采用聚合材料筋材，聚合物受紫外线照射会发生衰化以及材料的长期蠕变性能在设计中都需予以考虑。

2 加筋土材料的评价及选择

由加筋土基本材料构成的各种加筋土结构最终须确保它能安全、正常地运用。在评价和选材时应注意筋材与周围土的相互作用特性，主要是二者的界面摩擦和抗拔特性;在荷载长期作用下的变形特性以及具体环境条件下的抗老化性和耐久性。此外还须考虑施工的要求及损伤的可能和影响。一般应在考虑具体的条件下进行有关的规定试验，提供设计用的参数要仔细考虑到有关的影响，必要时还要进行专门的试验。评价和选用材料还要考虑设计结构的使用期限。

筋－土的摩擦和抗拔特性分别由具体使用材料的直剪和抗拔试验确定。抗拔能力评估，设计需要的长期抗拔性态的三个基本标准。

(1)抗拔能力要求每一筋材的抗拔力必须满足在设计荷载下的拉力并具有安全储备;

(2)容许位移、发挥设计拉力时，筋相对于土的位移应小于容许的位移;

(3)长期位移、拔出力应小于临界蠕变荷载。长期拉拔状态(在常量设计荷载下的位移)主要控制于土和筋材的蠕变特性，故土筋系统通常不能用于对蠕变敏感的粘土。

抗拔力定义为筋从土中拔出的最大拉力，有多种估算方法，下面为美国FHWA 手册推荐的估算式

式中:Pr为单位宽度筋材的抗拔力;α 为尺寸修正;σ'v为筋土交面上有效垂直应力;Le·C 为破坏面后单位筋材宽度的总表面积，其中Le为破坏后的埋长，C 为有效周长，对于条带、格栅和面状筋材C=2;F*为抗拔阻力因数(或摩擦——承载——相互作用因数)。

试验证明筋材与土之间的摩擦系数与位移大小和土的类型有关，摩擦力随位移增大而增大，当剪切位移较大时(＞4～6 mm)，筋材与砂土的摩擦角大于砂土的内摩擦角;而筋材与粘土的内摩擦角一般总比粘土加内摩擦角小。对于重大工程筋土的内摩擦角应通过大型剪切试验并结合工程经验确定。对于试验条件不具备且缺乏当地经验时，我国《公路加筋工程设计规范》提供的数据如表1。