土工合成材料加筋的技術(shù)

1、關(guān)于土工合成材料加筋技術(shù)第1頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四土工合成材料加筋技術(shù)第一節(jié) 加筋法與土工合成材料 加筋法是在土中加入條帶、纖維或網(wǎng)格等筋才，構(gòu)成加筋土，從而改善土的力學(xué)性能，提高土的強度和穩(wěn)定性。 土工合成材料(Geosynthetics)：以人工合成的聚化物為原料制成的各類土工產(chǎn)品總稱。由高分子聚合物通過紡絲和后處理工藝制成纖維，然后加工形成的用于巖土工程領(lǐng)域的建筑材料。第2頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四土工合成材料的分類第3頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四1、土工格柵（geogrid）： 由聚乙烯或聚丙烯

2、通過打孔、單項或雙向拉伸擴孔而成，孔格尺寸為10-100mm圓形、橢圓形獲長方型格柵。 土工合成材料中發(fā)展迅速的一個種類。最初的土工格柵由英國耐特龍(Netlon)公司制造。1980年前后，英國開發(fā)出經(jīng)編格柵，采用聚酯纖維材料。此外，還有玻纖格柵。我國已有上述格柵的生產(chǎn)能力。第4頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四單向土工格柵雙向土工格柵雙向玻纖土工格柵第5頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四2、土工織物 土工織物采用編織技術(shù)生產(chǎn)的可滲透的土工合成材料.分為：有紡?fù)凉た椢锖蜔o紡?fù)凉た椢?（1）有紡?fù)凉た椢铮?在普通紡織機上由單絲或多股絲織成,或有薄膜切成

3、的扁絲編制而成，與通常的棉毛制品相似。經(jīng)緯向具有較高的強度和剛度，拉斷延伸率低，過濾排水特性較差。 有紡?fù)凉た椢镏饕龀?各種土工合成材料產(chǎn)品，如編織袋、防汛帶、土工膜袋等。 （2）無紡?fù)凉た椢?由短纖維或噴絲長纖維隨機鋪成絮墊，再經(jīng)機械纏合（針刺）或熱粘，或化學(xué)粘合而成。與通常的毛毯相似。具有低到中等的強度和高斷裂延伸率，過濾排水性能良好。 無紡?fù)凉た椢镏饕猛臼亲鳛榕潘礊V層。第6頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四無紡?fù)凉げ加屑復(fù)凉げ嫉?頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四3、土工網(wǎng) 由連續(xù)的聚合物肋條以一定角度的連續(xù)網(wǎng)孔平行擠出而成。較大的孔徑使

4、其形成了像網(wǎng)一樣的結(jié)構(gòu)，同時能承受一定的法向壓力孔徑不顯著減小。 主要功能主要應(yīng)用于排水領(lǐng)域。在土中需和外包無紡?fù)凉た椢锓礊V層構(gòu)成土工復(fù)合材料。三維土工網(wǎng)土工網(wǎng)第8頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四土工網(wǎng)作用： 草皮長成前，可保持土地表面免遭風(fēng)雨的侵蝕。 與植物形成的復(fù)合保護(hù)層可經(jīng)受高水位、大流速的水流沖刷。 可替代混凝土、瀝青、塊石等坡面材料，主要用于公路、鐵路、河道、堤壩、山坡等坡面保護(hù)。 效益： 可大幅降低工程造價，造價為混凝土護(hù)坡和干砌石護(hù)坡的1/7，漿砌塊石護(hù)坡的1/8。 采用高分子材料以及抗紫外線穩(wěn)定劑，其化學(xué)穩(wěn)定性高，對環(huán)境無污染（降解型的網(wǎng)墊二年后在土中不

5、留痕跡） 施工簡便，將地表平整后，即可施工。 第9頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四高密度聚乙烯土工膜4、土工膜 由聚氯乙烯、聚乙烯、氯化聚乙等制成的滲透性很低的膜或薄片，分為加筋與不加筋兩類，厚度0.25-4mm，幅度1.5-10m。第10頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四土工膜用于垃圾填埋場防滲第11頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四復(fù)合土工膜一布一膜二布一膜第12頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四5、土工格室 菱形或蜂窩網(wǎng)狀土三維工合成材料，厚度5-20cm,空格尺寸約80-400mm.格中充填土、砂

6、和碎石。第13頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四土工合成材料應(yīng)用1、加筋路堤筋材：土工織物、土工格柵和土工格室。作用：提高路堤和地基穩(wěn)定性減小不均勻沉降第14頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四作陡變坡，節(jié)省用地第15頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四2、路面及基層加筋筋材： 無紡?fù)凉た椢铮凉じ駯配佋O(shè)位置：新建瀝青路面面層底部；作用：減少半剛性基面對瀝青 路面面層反射裂縫；2. 舊瀝青路面、混凝土路面上的瀝青加鋪層底部；作用：減少或延緩舊路面對瀝青加鋪層的反射裂縫。第16頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四3

7、、加筋擋土墻筋材：土工格柵 作用：拉筋作用武漢大學(xué)加筋擋土墻第17頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四5、加筋橋臺第18頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四4、防護(hù) 土工模袋坡面防護(hù)、河岸防沖刷第19頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四4、防護(hù) 坡面防護(hù)、河岸防沖刷、防路面反射裂縫第20頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四6、排水與反濾（用作反濾的土工織物一般為無紡?fù)凉た椢铮?反濾：使用土工織物作過濾層，允許水流過土工織物，但細(xì)粒土不會大量進(jìn)入排水集料或管中。在同樣反慮效果時，土工格柵材料質(zhì)量只有沙層的1/1000

8、-1/10000第21頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四7、隔離 將土工合成材料置于兩種不同特性材料之間，防止不同土壤層（通常為細(xì)粒土層和粒狀排水土層）顆粒的相互混合。 第22頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四8、防滲 防止液體滲漏、氣體揮發(fā)，保護(hù)建筑物安全。 第23頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四第二節(jié) 加筋法加固機理 表面摩擦1、筋材的應(yīng)力傳遞： 筋材水平鋪于土中，高抗拉強度、高模量的筋材于土界面應(yīng)力傳遞方式：表面摩擦和利用橫桿的被動抗力。（1）依靠表面摩擦力傳遞 上覆壓力和筋土間摩擦角越大，傳遞的摩擦力越大；筋材表面越粗

9、糙，土粒徑越大且?guī)в欣饨?，傳遞的摩擦力越大。 筋材應(yīng)有足夠的強度和彈模，保證筋土間產(chǎn)生錯動前不被拉出。第24頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四2、依靠筋材橫桿被動土抗力傳遞（格柵、格室） 格柵與土發(fā)生相對位移時，除有摩擦抗力外，格柵橫桿側(cè)面受到與之垂直的被動土壓力。 加筋作用機理側(cè)壓力贈量理論 與無加筋土比較，加筋土限制土的側(cè)向位移，等效于給土體施加了一個側(cè)壓力增量。視凝聚力理論 與無加筋土比較，加筋土的凝聚力有很大提高，內(nèi)摩擦角基本不變。第25頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四 圖（a）為未加筋的土單元，當(dāng)保持3不變， 1增加時，土單元體產(chǎn)生豎向壓

10、縮和側(cè)向膨脹。隨著1逐漸增大，在豎向變形增大的同時側(cè)向膨脹也越來越大，直至破壞，其相應(yīng)的極限應(yīng)力圓為圖（c）中的A圓。第26頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四 假如在土單元中設(shè)置水平向拉筋，如圖（b）所示，通過拉筋與土顆粒之間的摩擦作用，把引起側(cè)向膨脹的力傳遞給拉筋，土體的側(cè)向變形受到約束，則在與圖（a）相同的極限作用下，由于側(cè)向變形較小，土單元就不會破壞。只有當(dāng)豎向應(yīng)力從1f增加到1f +1f 時，加筋的土單元才破壞，如圖（c）中的B圓。這時的強度包線如圖（c）中的虛線所示。實驗證明，有加筋作用時，土體的內(nèi)摩擦角與未加筋土體相近，所不同的是增加了內(nèi)聚力，因此，加筋作用相

11、當(dāng)于使土體增加了內(nèi)聚力。 第27頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四 在三軸試驗中，用土工織物加筋與未加筋土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系如下圖所示。當(dāng)應(yīng)變較小時，加筋對土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系基本上無影響。當(dāng)應(yīng)變達(dá)到某一界限時，加筋對土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的影響逐漸顯著，強度隨土的應(yīng)變增大而增大。加筋對土的抗剪強度提高在產(chǎn)生較大的應(yīng)變后才得以發(fā)揮。 加筋土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系第28頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四第三節(jié) 加筋土的應(yīng)用 一、加筋土墊層 加筋土墊層就是在墊層中水平鋪設(shè)一層或數(shù)層土工合成材料形成的復(fù)合墊層。加筋墊層加固地基的原理是：通過墊層中土工加筋帶的作用，增強了墊層的整

12、體性和剛度，可調(diào)整不均勻沉降；由于墊層剛度增大的影響，可通過復(fù)合墊層的應(yīng)力擴散，擴大荷載的分布范圍，調(diào)整應(yīng)力分布使應(yīng)力更趨均勻；通過加筋帶與墊層材料間的摩擦力，增加了復(fù)合墊層的側(cè)限能力，可減小軟弱地基土的側(cè)向擠出和隆起，從而減小沉降變形；同時，由于軟土水平位移減小，軟土內(nèi)剪應(yīng)力和剪應(yīng)變減小，豎向承載力提高。 第29頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四加筋土墊層中筋材的設(shè)計應(yīng)重點考慮以下幾個方面的因素：1復(fù)合墊層中所用的土工合成材料應(yīng)具有較高的抗拉強度和延伸率，材料表面應(yīng)具有較大的摩擦系數(shù)，在施工過程中不應(yīng)出現(xiàn)土工合成材料被頂破、撕裂的現(xiàn)象。在砂卵石墊層中的土工合成材料應(yīng)形成

13、網(wǎng)格狀，網(wǎng)格處應(yīng)采取一定的措施加以固定，以免土工合成材料在墊層內(nèi)來回錯動，影響其受力特性。2加筋墊層的厚度、土工合成材料的層數(shù)和網(wǎng)格密度應(yīng)滿足上部結(jié)構(gòu)物對地基強度和沉降的要求。3土工織物加筋層應(yīng)位于墊層的中底部，且不宜直接置于下臥層的頂面。大板基礎(chǔ)的基底應(yīng)力分布為中間大邊緣小，故在基礎(chǔ)邊緣部位至筋帶彎折部位土工織物網(wǎng)格應(yīng)加密，并在彎折處用砂卵石袋壓緊。第30頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四二、加筋土地基 對于公路、鐵路、河海堤防等構(gòu)筑物下的軟土地基，采用土工合成材料加筋處理，對提高軟基上堤壩填土的極限高度、增加地基穩(wěn)定性、減少地基不均勻沉降量有顯著的效果。 加筋土地基有

14、三種可能的破壞形式： （1）加筋拔出 當(dāng)土工合成材料與土的界面摩擦強度小于土工織物的抗拉強度，界面上的剪應(yīng)力隨填土荷載的增加而逐漸增大，直到發(fā)生剪切破壞，接著合成材料被拔出，地基發(fā)生破壞。 （2）拉斷 當(dāng)土工合成材料與土的界面摩擦強度大于它的抗拉強度時，界面上的剪應(yīng)力增大到一定值將使土工合成材料拉斷，地基出現(xiàn)整體滑動破壞。 第31頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四（3）地基失穩(wěn)破壞 軟土深厚，土工合成材料拉伸應(yīng)變很大時，在荷載增加的過程中，土工合成材料與土的應(yīng)變均連續(xù)增加，在土工合成材料應(yīng)變達(dá)到加拿大Rowe教授提出的“允許相容應(yīng)變”后，地基出現(xiàn)圓弧滑動破壞。 允許相容應(yīng)

15、變：假設(shè)土工合成材料的抗拉模量小到可以忽略不計，此時土工合成材料對堤壩的穩(wěn)定作用受土工合成材料與土體的變形相容性和相對模量控制。 第32頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四三、加筋土邊坡 加筋土邊坡有兩種形式：人工填土加筋土邊坡和天然邊坡的加筋處理。人工填土加筋土邊坡中，加筋材料隨填土加高，分層加筋分層壓實形成坡面。天然邊坡的加筋處理是對已有邊坡的加固，筋材不是分層埋入而是鉆孔錨入邊坡，又稱錨釘法，一般要求筋材有較高的強度和拉伸模量。 加筋土邊坡是利用筋材的抗剪、抗拉性能提高土的強度以達(dá)到提高邊坡穩(wěn)定性的目的。 加筋土邊坡設(shè)計采用極限平衡理論，可按圓弧滑動法或楔體滑動法核算

16、土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。筋材強度驗算和內(nèi)部穩(wěn)定驗算與加筋土擋墻驗算相同。 第33頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四四、加筋土擋墻 加筋土擋墻是由填土、填土中布置一定數(shù)量的帶狀拉筋和直立墻面板三部分組成的整體復(fù)合結(jié)構(gòu)。第34頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四第四節(jié) 加筋路堤設(shè)計一、加筋路堤破壞形式：(a)路堤沿筋材滑動(b)路基土擠出(c)整體滑動(d)過大沉降第35頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四yi二、加筋路堤穩(wěn)定性驗算1、整體穩(wěn)定安全系數(shù)計算（瑞典法） 按無筋情況確定最危險滑弧圓心位置，假定加筋后滑弧不變，拉力水平方向，按下式

17、計算安全系數(shù)：Ti：第i層筋材提供的水平拉力，取筋材容許抗力強度Yi：第i層筋材到滑心豎直距離。若有n層筋， Ti取n Ti，要求Fs1.3第36頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四2、抗拔穩(wěn)定性 若有筋材沒有滿鋪，處于滑弧之外的筋材應(yīng)具有足夠的錨固長度，應(yīng)驗算筋材拉力作用下的抗拔出穩(wěn)定性。 筋材拉力方向與其模量有關(guān)。拉力方向水平時力臂較短，安全系數(shù)較小，因此，上述公式計算偏遠(yuǎn)全。第37頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四3、堤坡滑動穩(wěn)定性驗算滑動力：抗滑力：抗滑安全系數(shù)：若取抗滑安全系數(shù)為2.0，則EaLTH筋材 堤坡滑動受力圖第38頁，共46頁，20

18、22年，5月20日，5點31分，星期四4、地基土擠出穩(wěn)定性演算擠出力：抗擠出力：筋材摩擦力：硬基對于軟基摩擦力： :填土重度Cs、s：軟基強度指標(biāo)s:軟土重度sg:筋材與軟基界面摩擦角Ka、kp：軟基主、被動土壓力系數(shù)。 堤坡下軟土受力圖第39頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四二、加筋路堤承載力驗算1、承載力驗算可采用條形基礎(chǔ)加筋地基承載力驗算方法和公式。2、也可采用下面改進(jìn)太沙基承載 力公式Pu:加筋地基極限承載力；：筋材拉力與水平面夾角，取45+/2Cf、f：地基土凝聚力和重度D:沉降加側(cè)邊隆起量T：筋材拉力，可取容許抗拉強度R：兩側(cè)地基土隆起的假象圓半徑。一般取3m，較淺軟基取其厚度之半。第40頁，共46頁，2022年，5月20日，5點31分，星期四 R：兩側(cè)地基土隆起的假象圓半徑。一般取3m，較淺軟基取其厚度之半。B:平均堤寬，取堤頂和底寬度之半Nc、Nq：承載力因數(shù)?？蓮南嚓P(guān)教材查出。第41頁，共46頁，2022年，5月20