加筋土工布對(duì)減少土壓力的研究和實(shí)踐論文,理工論文論文,論文.

1、 加筋土工布對(duì)減少土壓力的研究和實(shí)踐論文,理工論文論文,論文加筋土工布對(duì)減少土壓力的研究和實(shí)踐 摘要：采用加筋土工布減少墻后土壓力，從而均化擋墻樁基豎向荷載的分布，減小樁基最大豎向荷載，使其滿足實(shí)測(cè)樁頂承載力的要求。以加筋土工布減少土壓力的理論出發(fā)，分別進(jìn)行了加筋土工織物的室內(nèi)和室外試驗(yàn)，以及墻后埋設(shè)土壓力盒，通過理論和實(shí)踐相對(duì)照，認(rèn)為采用加筋土工布對(duì)減少墻后下部土壓力具有良好的效果，到達(dá)了研究分析所預(yù)期的目的，為今后類似工程提供了一定的理論根底和應(yīng)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞：加筋土工布 減少土壓力 承載力 特性試驗(yàn) 1 問題的提出太浦河泵站的出水池?fù)跬翂Ω叨茸畲鬄?0.45m，結(jié)構(gòu)型式采用空箱扶壁式見

2、圖，出水池?fù)跬翂Φ装遄湓邳S灰色輕砂壤土層上，該土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表。表1 擋墻底板基底土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)含水量w()重度kN/m3直接快剪固結(jié)快剪孔隙比e塑性指數(shù)L(%)地基容許承載力kPacc191124835120根據(jù)已有的地基參數(shù)，對(duì)擋墻進(jìn)行了穩(wěn)定計(jì)算分析，在控制工況下，抗滑平安系數(shù)c0.865120kPa，擋墻結(jié)構(gòu)的抗滑穩(wěn)定和基土承載力均不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)采用鋼筋砼預(yù)制方樁進(jìn)行地基處理，樁長(zhǎng)9m，樁基最大樁頂荷載Qd=610.08kN。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供的預(yù)制樁極限摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算，樁基的單樁承載力設(shè)計(jì)值Rd778kN，滿足上部結(jié)構(gòu)荷載的要求?？紤]到本工程為重大工程，工程等級(jí)為

3、大型，需對(duì)樁基進(jìn)行單樁靜載試驗(yàn)驗(yàn)證樁的極限承載力，試驗(yàn)方法采用慢速荷載維持法，試樁荷載由錨樁反力提供。單樁豎向靜載試驗(yàn)Q-s曲線見圖2。從試樁Q-s曲線結(jié)果說明，單樁極限承載力Rk為747kN，對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)值Rd為466.9kN，沒有到達(dá)原設(shè)計(jì)要求。加上擋墻底板較長(zhǎng)，底板上填土局部有可能產(chǎn)生二次滑動(dòng)面，對(duì)擋墻的結(jié)構(gòu)平安造成威脅，因此需進(jìn)行加固處理。加固處理比較了多種方案，見表。表2 加固方案比較表方案技術(shù)方面施工難度工期經(jīng)濟(jì)方面接長(zhǎng)底板前趾補(bǔ)樁受力計(jì)算分析明確，概念清晰，但需修改原擋墻結(jié)構(gòu)施工圖增加的樁需重新制作，改變了原施工組織設(shè)計(jì)方案流程，施工難度較大最長(zhǎng)較大壓密注漿受力分析不甚明確，加固效

4、果對(duì)受力分析影響較大，經(jīng)驗(yàn)假設(shè)較多施工難度較小，但加固效果的離散性較大，并改變了原施工工序較長(zhǎng)較大墻后鋪設(shè)加筋土工布受力計(jì)算相對(duì)較明確，不需修改原擋墻結(jié)構(gòu)施工圖施工難度最小，不影響原施工組織設(shè)計(jì)方案工序同原工期較小接長(zhǎng)底板后趾受力計(jì)算分析明確，概念清晰，但需修改原擋墻結(jié)構(gòu)施工圖施工難度小，但影響施工組織設(shè)計(jì)方案工序，并需增加擋墻結(jié)構(gòu)施工的開挖面長(zhǎng)較小 經(jīng)過以上綜合比較，認(rèn)為在墻后鋪設(shè)加筋土工布是較合理可行的方案見圖2。 圖1 擋土墻及墻后復(fù)合加筋土結(jié)構(gòu)斷面圖 圖2 擋土墻單樁豎向靜載試驗(yàn)Q-s曲線圖2 減少墻后土壓力的理論分析2.1 分析方法的選取根據(jù)工程界迄今為止的研究結(jié)果，加筋土中筋土相互

5、作用減少土壓力的根本原理通?？煞譃閮深惛拍睿谝环N是準(zhǔn)粘聚力原理，第二種是摩擦加筋原理。準(zhǔn)粘聚力原理是將加筋土看作各項(xiàng)異性的復(fù)合材料，拉筋的彈性模量遠(yuǎn)大于填土的彈性模量，拉筋與填土共同工作，包括填土的抗剪力、填土與拉筋的摩阻力和拉筋的抗拉力的共同作用，使得加筋土的強(qiáng)度明顯提高。摩擦加筋原理是將土體作用在墻背上的土壓力通過筋土間的摩擦力由錨固區(qū)內(nèi)的筋土錨固力來抵消。該原理忽略了筋帶在力作用下的變形，也未考慮土是非連續(xù)介質(zhì)、具有各向異性的特點(diǎn)，對(duì)加筋材料本身模量較小、相對(duì)變形較大的合成材料，其結(jié)果是近似的。以上兩個(gè)概念中，由于如何確定復(fù)合土的內(nèi)聚力c和內(nèi)摩擦角，從試驗(yàn)方法上是比較困難的，而測(cè)定筋土

6、之間的摩擦系數(shù)那么是比較容易的，加上摩擦加筋原理概念明確、簡(jiǎn)單，因此本工程采用第二種概念進(jìn)行減少墻后土壓力的計(jì)算分析。2.2 加筋土的計(jì)算分析假設(shè)側(cè)向土壓力自上而下呈直線增長(zhǎng)，拉筋的最大拉力也沿深度呈線性增大。根據(jù)平衡條件，有 式中：T1，T2，Ti，Tn各層各結(jié)點(diǎn)拉筋所受拉力；1，2，I，n為結(jié)點(diǎn)豎向分層編號(hào)；EA為全墻單寬所受的主動(dòng)土壓力合力。各加筋土層厚度Hi可由下式確定 式中：T復(fù)合加筋土工布室內(nèi)試驗(yàn)得到的抗拉強(qiáng)度kN；F抗拉平安系數(shù)；回填土的容重kN/m3；KaRanking主動(dòng)土壓力系數(shù)。各層土工布加筋長(zhǎng)度Li確實(shí)定a. 錨固長(zhǎng)度確實(shí)定 式中：Fm錨固平安系數(shù)；mi第I層土工布與填

7、土的界面摩擦阻力強(qiáng)度kPa。b. 滑動(dòng)區(qū)長(zhǎng)度確實(shí)定c. 加筋土工布的總長(zhǎng)度式中：L0復(fù)合加筋土工布翻疊長(zhǎng)度，取L0=2.3m；Lp消除擋土墻后二次破裂面的長(zhǎng)度。 根據(jù)復(fù)合加筋土工布的室內(nèi)抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)加筋土界面摩擦特性試驗(yàn)確定的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出沿墻高各段復(fù)合加筋土工布的總長(zhǎng)度見表3。表3 各段復(fù)合加筋土工布的總長(zhǎng)度區(qū)段1447710長(zhǎng)度mNextPage 3. 加筋土工織物的特性試驗(yàn)加筋土工布抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)室內(nèi)加筋土工布試樣采用寬條試樣寬度為200mm進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，并采用較慢速的拉伸速率20mm/min?？估瓘?qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表4。表4 復(fù)合加筋土工布室內(nèi)抗拉強(qiáng)度結(jié)果 性能方向抗拉強(qiáng)度k

8、N伸長(zhǎng)斷裂伸長(zhǎng)率%拉伸時(shí)間s每米抗拉強(qiáng)度kN/mCBRkN縱向橫向室內(nèi)加筋土工布的抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)見圖3。圖3 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線3.2 加筋土工布與土相互作用時(shí)界面摩擦特性試驗(yàn)加筋土工布埋置于填土內(nèi)，受到沿其平面方向的拉力時(shí)，將在拉力方向上引起應(yīng)力和變形。由于有法向應(yīng)力作用，受拉時(shí)上、下界面上將引起摩擦阻力。該阻力沿拉力方向并非均勻分布，隨各點(diǎn)的應(yīng)變不同而不同。材料被拔出的瞬時(shí)，上、下界面的摩阻力可認(rèn)為均勻分布，并與拉力平衡，該值即為界面的摩擦強(qiáng)度，可按下式計(jì)算：式中：為界面摩擦阻力強(qiáng)度kPa；Td為土工布被拔出時(shí)的瞬時(shí)拉力kN；L、B分別為土工布試樣埋置在土內(nèi)局部的長(zhǎng)度、寬度m。.試驗(yàn)箱采用50

9、×50×30cm3長(zhǎng)×寬×高的矩形盒，加筋土工布平放在兩盒之間，在抗拔方向先后均留有窄縫，可從中引出試樣，與施加拉力的夾具連接，再連到加荷裝置上，見圖4所示。 圖4 加筋土工布試驗(yàn)箱示意圖當(dāng)加載至Td=283.4kg時(shí)，復(fù)合加筋土工布從土體中拉出，根據(jù)公式6，界面摩阻力強(qiáng)度=5.56Mpa，加載過程中的加筋土工布變形情況見表5。表5 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)加載過程中的加筋土工布變形表 拉力kg位移mm左邊中間右邊74818815破 壞通過表5可知，加筋土工布在土中的變形形態(tài)同室內(nèi)抗拉試驗(yàn)類似，變形分布為兩邊大，中間小，即受力分布為邊緣大，中間小。4 加固效果監(jiān)測(cè)分析為

10、了檢驗(yàn)復(fù)合加筋土工布減少墻后土壓力的作用，在擋墻后側(cè)埋設(shè)了土壓力盒，從圖4可看出，土壓力隨填土厚度的增加而逐漸加大，整個(gè)填土過程土壓力呈線性增長(zhǎng)，并隨著墻后填土到達(dá)設(shè)計(jì)高程以及墻前通水后，趨于穩(wěn)定狀態(tài)。通水后墻后土壓力各高程的實(shí)測(cè)值以及采用Ranking理論計(jì)算的土壓力值見表6。 圖4 土壓力值隨時(shí)間變化擬合曲線表6 擋墻前通水后土壓力實(shí)測(cè)值土壓力盒高程mRanking理論kPa實(shí)測(cè)值kPa從實(shí)測(cè)值分析，加筋土對(duì)墻后上部填土的土壓力減少并不明顯，在高程m以上一些測(cè)點(diǎn)數(shù)值還略大于理論計(jì)算值，土壓力近似呈三角形分布。而在高程-1.0m以下，加筋土對(duì)減少墻后填土的土壓力的作用非常明顯，土壓力根本呈矩

11、形分布，在高程-4.0m處，土壓力實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值相比，減少率達(dá)21%。由于加筋土具有較大的變形特征，在墻后填土完成后，隨著加筋土工布的伸長(zhǎng)，作用在擋墻反面仍有相當(dāng)?shù)耐翂毫?，根?jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的土壓力數(shù)據(jù)，對(duì)樁基承擔(dān)的荷載進(jìn)行復(fù)算，單樁最大樁頂荷載Qd=451.12<Rd=466.9518.7kN，滿足實(shí)際單樁承載力的要求。5 結(jié)論及建議在樁基承載力不能滿足要求的情況下，采用加筋土減少擋墻后土壓力的措施，通過工程實(shí)踐證明具有一定的效果，特別是墻后下部土體，由于筋帶與土聯(lián)合作用，對(duì)土壓力起到了較好的卸載作用。土工合成材料受力后具有較大的伸長(zhǎng)率以及蠕變特性，由于工期較緊，未對(duì)復(fù)合加筋土工布進(jìn)行常

12、規(guī)的蠕變?cè)囼?yàn)。根據(jù)理論分析，在加筋土工布充分受力變形后能夠承擔(dān)全部的墻后土壓力，而實(shí)際工程中，加筋土工布張拉變形至一定程度，墻后填土就必須完成，因此形成了加筋土工布和擋墻共同作用的受力模式。考慮到施工中鋪設(shè)加筋土工布的緊密程度直接影響其減少土壓力的作用，所以在設(shè)計(jì)中，為了減小加筋土工布的變形對(duì)擋墻結(jié)構(gòu)土壓力的影響，在加筋土與擋墻間預(yù)留1m的孔隙，在加筋土鋪設(shè)至一定的高程并充分受力后，再采用中粗砂對(duì)空隙進(jìn)行回填，從現(xiàn)場(chǎng)的變形觀測(cè)情況分析，此措施起到了比較好的效果。在今后類似的工程中，假設(shè)有條件建議進(jìn)行土工合成材料的蠕變?cè)囼?yàn)，以便了解加筋材料的變形性狀特征從而對(duì)工程具體情況起到更好的指導(dǎo)作用。參考

13、文獻(xiàn)： 何光春. 加筋土工程設(shè)計(jì)與施工，北京：人民交通出版社，2000年4月. GB50290-98，土工合成材料應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)S. Study and practice of reinforcement geotextile to reduce soil pressureAbstract: For reduce the most vertical load of retaining wall pile and suffice the demand of bearing capacity of actual measurement, the scheme of using geotextile to reduce soil pressure were determinate. Based on a theory of reduce soil pressure with interior and outside experiment of reinforcement geotextile. It is conclude that the effect of using geotextile to reduce underside oil pre