堤防工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)四

堤防工程土工合成材料應(yīng)用技術(shù)(11)簡介：千百年來，在水利工程中，人們廣泛采用的材料主要是木、竹、土、石等天然材料以及一些金屬材料，但它們都有一些固有的缺陷，例如性能單一，質(zhì)量大，壽命不長，價格昂貴等，故不能全面滿足工程的特定需要。同時天然材料畢竟數(shù)量有限，而且不少天然植物材料如過分利用還會影響自然界的生態(tài)平衡，破壞人們賴以生存的環(huán)境空間，例如大規(guī)模地砍伐森林樹木，破壞地表植被，會造成水土流失和荒漠化。有些金屬材料雖然性能良好，但容易銹蝕，且成本較高，從而限制了其應(yīng)用范圍。隨著近代化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，品種繁多的人工合成材料陸續(xù)問世。它們具有多種能滿足工程需要的性能，可制......關(guān)鍵字：堤防工程土工合成材料應(yīng)用第六節(jié)加筋功能一、加筋作用土體一般具有一定的抗壓強度，但抗剪強度很低。設(shè)想有一塊自由土體，即其側(cè)面上全無約束，在其頂面上施加壓力，則在不大的壓力下，土體即將被壓壞。如果同樣的一塊土被放進一個剛性盒中，即其側(cè)面受到完全約束，不可能有橫向擴張，則在其頂面上加壓，壓力雖然達到很大值，土塊也不會被壓壞。這個現(xiàn)象闡明了一個簡單的道理：土體受壓時，其破壞與否與土的側(cè)向變形大小有關(guān)，允許的側(cè)向變形愈小，它能承受的壓力將愈高，所以，要提高土的承受能力，可以從設(shè)法減小其側(cè)向擴張著手。加筋土正是利用了這一原理。在土體中的一定部位鋪設(shè)水平方向的加筋材料，將土壓實后，土與加筋材密切結(jié)合成一復(fù)合土體(加筋土)，當(dāng)在復(fù)合土體的表面施加荷載，由于加筋材與周圍土之間有較大的摩阻力(有時尚有咬合力)，限制了土的側(cè)向變形，相當(dāng)于在土體側(cè)面上施加了約束力。從上面的道理可知，這種復(fù)合土體的承壓能力理所當(dāng)然地得到提高。以往人們只是從概念上懂得這個道理，一直到了本世紀的60年代，法國工程師維德爾才從理論上建立了一套加筋土的設(shè)計方法，最初采用的加筋材料是金屬條帶，到70年代后期，金屬材料才逐漸被土工合成材料所取代。二、加筋材料和加筋土應(yīng)用(一)加筋材料加筋土中的加筋材料通常采用織造土工織物、土工帶和土工格柵等，只有當(dāng)對強度和變形要求不高時，才采用非織造土工織物。從以上的加筋原理得知，加筋在于最大限度地限制受壓土體的側(cè)向變形，而限制要靠土體中的筋材與周圍土的相互作用，為此，要求筋材與土之間應(yīng)結(jié)合好，亦即兩者之間應(yīng)有較高的界面強度(摩擦力與咬合力大)。此外，加筋材料的蠕變性應(yīng)較低。蠕變性指材料受不變的拉力下，長度不斷伸長的現(xiàn)象。蠕變使筋材承受拉力的能力不斷下降。因此，在目前的加筋材料中，土工格柵的蠕變性較低，是較為理想的加筋材料。(二)加筋土應(yīng)用加筋土主要用于三個方面，形成三種類型的加筋土結(jié)構(gòu)。1.軟土地基加固軟土地基上建堤壩的困難在于土的抗剪強度低，承載力不足，壓縮性過高。傳統(tǒng)的方法是將填筑速度放得極慢，以待在增加的荷載下軟土固結(jié)，強度增加；或采取分期填筑方法；或在堤壩兩側(cè)，將填土延伸一定距離，形成戧臺或反壓馬道，以平衡部分促進滑動的滑動力矩等等。這樣，工期會拖得很長，費用高，有時填筑高度仍受到一定限制。而若在填筑之前，先在場地上預(yù)鋪一層織造土工織物或土工格柵，對地基進行加固，可以較好解決這一難題。2.堤壩邊坡加筋堤壩如果將邊坡做陡，不僅能減少填土方量，還可節(jié)約用地，是一舉兩得的好事。如果地基的承載力較高，堤壩不致因坡度過陡而破壞，這時采用土工織物加筋陡坡即可達到此目的。3.加筋土擋墻晚甘它可以代櫻替混凝土仙重力式擋例墻。其最宗大優(yōu)點是剃對地基的罪要求比重絞力式擋墻睜要低，抗李震性較好枝。以輛膨這三種加鴨筋土結(jié)構(gòu)級各有其不季同的設(shè)計青方法，下布面分別作半介紹。情誤三、加筋洪土設(shè)計要襯求駱校騙(風(fēng)一舞)章罵軟土地基速加固嘆技1梯.綠筋材及其游布置坊谷箱地基加固層用的筋材悲可為織造氣土工織物吳或土工格圍柵，使用隸時將它水歌平鋪放在筒軟基面上轎，兩端包紋折，如果茶土很軟，啊可以先鋪登層薄砂，盯再鋪加筋束材，如暫圖醉2-22元(a混)品。如果一燙層筋材強碰度仍不足劑，可在第年一層筋材摟上填右約罩0.半5呀～聾1.0補m童厚度土燙層握(妄最好是透喇水主料屠)蓋，再鋪第供二層筋材已，兩層筋沃材在端部祝連接起來到。息鋸麻2表.簡穩(wěn)定性驗姻算縱賭符根據(jù)軟土爹層分布情濟況不同，胸穩(wěn)定性驗理算分為兩醋種：深層腐滑動和平型面滑動。盞圖峰2-22邊潔用底筋加就固軟基示柏意燈圖細寧1壁—依筋材六；舞2慢—給加筋力杰(1側(cè))柄深層滑動所。當(dāng)軟土羽層較厚，朝土坡失穩(wěn)墳可能是沿外某一圓弧攔面滑動的臺，如蝕圖濾2-22囑(b莊)渣。深層抗慢滑穩(wěn)定一制般采用傳預(yù)統(tǒng)的圓弧道條分法校介核，在沒象有加筋前同，可以通僵過試算求撒得堤壩土臭坡的最小看安全系神數(shù)薯F蔥s1扛如下：冒F扒s1背=M閥r拒/M梢o行（報2-1典7鬼）踢式中淹：執(zhí)M其r曉、裝M挑o惕分別為土頸坡滑動部篩分的總抗乒滑力矩和雀總滑動力榨矩。承但站當(dāng)算得的予安全系饑數(shù)濁F螞s1嫂小于規(guī)定拿的扇F概s2僚時，則需活要靠加筋因材料的抗竹拉皺力生T紋來幫助，允見營圖甘2-22熟(b妄)圾。從圖中術(shù)看出柏，藥T劍的作用是衫產(chǎn)生一個同附加的抗陷滑力盯矩蔬△宿M刮r例＝忽TRco趕s典β肯，究竟需肥要多大宅的錢T楚值，則需陪根據(jù)要增雨加的安全稍系銳數(shù)逗△缸F盯s沒=F堪s2惕-F掩s1晴來確定。狼通過理論瓦推導(dǎo)貍，柱T鋸值可以從碌式手(2-1極7逆′恰)肝反算得到奮：稠△葵F捎s屢=F走s2水-F忠s1蘇=象（持Tco煉s最β斧/F米s慕）忠/M跡o嫌(2-1噴7承′說)醬式畢(2-1宣7嗽′咱)勺中易的蠟F支s2載、疤F乞s1的、天β孝、坑M抓o蛋都是已知哈值兇，憂F夢s寺是加筋材唐料要求的描安全系晝數(shù)免(虜不小賢于田2.5術(shù))用，只稱有養(yǎng)T蜓是一個未貌知數(shù)。葛注意唱：由紅式化(2-1矮7挨′火）求得時的棚T脫是為提高霜安全系數(shù)擦要求的材環(huán)料拉力，浪還應(yīng)該校充核它是否暑符合厲式駱(2-1鐮8救)洲：竭T遼≤轟T奧a吵(匯2-18抵)喝式中辯：務(wù)T隆a扔是加筋材傭料的允許顫抗拉強度線，認k信N都／賊m吃。京污若嶺式己(2-1勸8衫)白不滿足，脅則加筋材孕會被拉斷線失效。超槍過時可以錯更換強度黨更高的筋駛材，或者阿采用多層堵加筋材，堅設(shè)筋材層遍數(shù)活為專n幻，制則牛n限由嚇式導(dǎo)(2-1看9軟)窯確定：孔n=T/游T章a舅(盛2-19晉)數(shù)注意：在掘采用一層生以上加筋瞇材料時，卸每二層間戴應(yīng)鋪一定梁厚度的土簡料（最好劫是透水砂呀料）。鞋黃(2)談拆平面滑動參。當(dāng)軟土買層較薄，科其下為硬脅層，則上刃述滑動圓薪弧不易切漸入下臥硬嚼層，因而朋可能產(chǎn)生秤淺層的平伏面滑動。愛淺層滑動龜可能有三兼種形式，寧如噸圖巷2-2些3陜。拉①系土坡的一譽部分沿加顛筋材的頂終面滑動，筋如貸圖騎2-2漸3脊（唇a播）螺；撥②柜土坡的一董部分連同肌部分軟土腿沿下臥硬堂層的頂面這滑動，如菌圖巴2-2聽3幅（丸b爽）何；駕③瘦加筋材底瞞面與下臥翅頂面間的沙部分軟土煎被擠出，繡如嚷圖悄2-2形3憑（肢c白）。三種靈形式中給案出最小安帽全系數(shù)的足一種是最安可能發(fā)生徒滑動的情勤況。崗貌徹平面滑動癢驗算采用餐一般的極漠限平衡法長求取安全役系數(shù)，這拴種方法已敲為廣大土危工工作者違所熟悉，飄不再贅述梅。潤震注意：計啞算中應(yīng)保堤證加筋材滴料不被拉降斷，才能蟻發(fā)揮加筋裂作用。并三且根據(jù)經(jīng)離驗，要求買加筋材頂杯面的摩阻闊力的大小盛不能超過未加筋材料再在下列應(yīng)正變時的瓶抗拉力專鉤捉對壓實粘觸土并，喪ε映=5.0意%證～謊10單%鹿；秩獻懂對無粘性兵土和少粘即性土列，登ε灰≤仗2啦%凡。肌圖齒2-23順類淺層抗滑炮穩(wěn)定計算帥1鄉(xiāng)—承筋材腸；坡2也—蕩軟土爸；違3紋—選硬土兄波?。ǘ┑躺渭咏钜凭d精1哀.欲筋材及其潤布置行簡加筋材可他采用與軟掠土地基方激式示意圖位如確圖暖2-2培4檢。筋材水多平向鋪設(shè)狼，其長度代和沿堤壩憂高度要求脅的垂直間史距應(yīng)根據(jù)贏試算來確債定。沖膏寸2刊.改穩(wěn)定性驗珠算舞圖茫2-24濁旁堤壩加筋膛示意圖貸1疼—統(tǒng)加筋材隱驕戴穩(wěn)定性驗墻算的目的奔有二黨：軍①秀確定加筋令要求的范烤圍，即水喊平向不同牌高程上加顛筋需要的魂長度幻；權(quán)②而求得為使左加筋后土兵坡的穩(wěn)定敗性達到規(guī)培定的安全既系維數(shù)遣F臨sr羨，需要加菌筋材提供懼的加筋箏力悔T什s真。球篩(1宰)撥加筋范圍持的確定。番針對要求敞加筋的土牽坡，用傳沃統(tǒng)的穩(wěn)定貼分析圓弧漆滑動法，增對不同滑杏動圓心和仿半徑的圓灑弧逐一求袖其安全系逐數(shù)，可以濤得到許多然個障F戶su積，將這些浙圓弧畫在咸同一張紙委上，勾劃非出慨F統(tǒng)su罰≈刮F求sr族的那些圓浪的外包線狗，如抱圖聽2-2疼5醫(yī)中所示的臉實線，該示線包圍的即區(qū)域即是投需要加筋梢的范圍惹。瑞變過(2覽)繭需要的加汗筋力。為耐將土坡的噸安全系數(shù)三從肢F將su瘦提高溉到景F仍sr撇，可以將也滑動土坡喜視為一個馬整體，先號求出所需滲的總加筋蛙力啄T優(yōu)s傷，假設(shè)它做作用位置顛在坡高畜的北1/勵3備處，如伙圖電2-2場6昏。為此，姻針對上述半的許多試菠算滑動圓目的每一個雖，按下式朽算出對應(yīng)爐的猴T姿s覺：Ts=（Fsr-Fsu）（Mo/D）(2-20)今上式浪：五M筑o命是每個圓跡試算時的樂滑動力矩萌；掀巖D株為鬧T張s約作用線對呼圓心的距說離。逼交在算出的糞眾多辰的上T烤s因中，取最沈大破值狠T論smax難作為最終綱的所需加要筋力。別圖奉2-25友菌有待加筋返范圍丙圖影2-26錘漆確定加筋掌力的滑弧師計算欲1話—辱圓心蹄；捆2存—寶超載粒；禮3典—墾筋材終；稈4做—路滑動土體股重澡雅羽(3痰)綁加筋力的罰分配。求他得綁的絨T耗smax備需要分配棍到沿坡高谷的各個高持程上去。御建議對低梨于塔6娃m己的土坡可挖以均勻分掃配，兩層譯間的垂直階間距一般圾不宜大斬于聯(lián)0.6艷m重。當(dāng)坡高秩大婦于單6欣m(xù)脈，則建議陳按以下比晨例分配。藏悉按二區(qū)分內(nèi)：底近區(qū)漂T粥s抓=暢（抬3/則4撲）蝴T數(shù)smax養(yǎng)；頂甚區(qū)什T油s昌=某（膊1/館4械）滲T允smax選晃按三區(qū)分誰：底、中碗、頂各為枝（芬1/牙2砍）徹T憤smax番、拍（爽1/示3表）淚T裳smax南和折（旦1/卷6憶）資T愧smax升曬姨(4班)葡強度驗算尸和抗拔驗蜻算。按以威上方法分統(tǒng)配后的筋仁材還應(yīng)該爺滿足兩方幼面的要求昏：銳①李每層加筋顯材不得因獲受拉力過所大而斷裂洽，并有一山定的安全茫系數(shù)，所才以加筋材剖拉力不應(yīng)鉤超過其許哭可抗拉強蹲度臘；擇②瞞每層筋材飼不得因所沈受拉力過醬大而被拔略出，因此無，超出滑扎弧的筋材第要有足夠摸長度，以昆提供充分能的握裹力羽，且具有傳所需的安賽全系數(shù)。普慎律(澆三壟)享涂加筋土檔認墻構(gòu)造啟晝加筋土擋羽墻有四個懶基本組成吩部分，即頂：加筋材媽料、填土石、墻面板棒和墻面板逗基礎(chǔ)，如撇圖紅2-2鼓7子加筋材是叨織造土工器織物、加刊筋帶或土懲工格柵；表墻面板大社多為預(yù)制細混凝土整白體板或板慈塊，一般擴不作受力勸桿件處理績，僅供表步面防護和住裝飾之用終；填土最饒好是透水減材料，若說必須采用炭不透水材朱料填充時旁，應(yīng)做好助排水通道慢，以及時清將進入填兆土內(nèi)的水谷排走；墻摟面板基礎(chǔ)儉一般為預(yù)虜制混凝土蠻構(gòu)件。邁抱1差.嘗擋墻的初象設(shè)斷面喊圖妻2-27嗽且加筋土擋狹墻的基本遭形式勸(a忠)減剛性筋式光；脊(b這)靈柔性筋爹式傳1膝—球加筋帶輪；橡2貴—功土工織物伶；膊3野—遍基礎(chǔ)渠；牢4史—稼面板午貢銳擋墻的設(shè)法計方法，秒一般是先糞假設(shè)一個串計算斷面盤，再進行唇外部整體皺性穩(wěn)定驗攻算，然后哈再進行內(nèi)爬部筋材的斯穩(wěn)定性校初核。初設(shè)祥斷面即是嶼要假設(shè)水鑰平鋪設(shè)的卸加筋材長囑度，各層交垂直間距近一般可初臥取炎0.堂4狹～睛0.5誦m貌。積能頃摟根據(jù)經(jīng)驗融，初設(shè)加平筋材長度?？蔀閴Ω弑鄣拿?.勿7炎倍，如果洪墻后填土僵為斜坡或蛇填土面還焰有超荷載賊作用，可京設(shè)為墻高散的躺0.仍8辣倍。禽臺2爭.雅外部穩(wěn)定哈性驗算毫要將加筋材狼范圍內(nèi)的疫土體連同謎墻面板視全為一個剛減性的整體族，與重力株式擋墻類筐似，進行橡以下各項宗驗算：整巧個墻體沿砌其底面的予抗平面滑謊動穩(wěn)定性崇；抗深層姜圓弧滑動模穩(wěn)定性；曠抗繞墻趾芬轉(zhuǎn)動的傾地覆穩(wěn)定性斃和墻基的訴承載力驗也算。以上化各項安全層系數(shù)都應(yīng)紀該達到規(guī)夫定的數(shù)值仍。痕至3籮.隱內(nèi)部穩(wěn)定噸性驗算霸音銀(1名)秧加筋材的估拉力。加巡筋土擋墻工分為兩種霞基本類型奴：害①大柔性筋式做擋墻。加覽筋材的強凈度低，延饅伸率高，宵即材料的爸抗拉模量邀低，如織貪造土工織贏物即屬此貼類燃。狗②匠剛性筋式讀擋墻。加順筋材的強沙度高，延厭伸率低，哄即材料的灶抗拉模量柱高，加筋久帶或土工自格柵屬此婚類。兩類悉墻的設(shè)計叉方法基本沙一致，不習(xí)同之處在傭于材料模既量不同，向其變形有淘異，造成艙土中應(yīng)力賺分布有一鋒定差異，楊即用于確趣定土中加祥筋材拉力濁的土壓力閘分布圖形供不一樣。醉掏期對于柔性鉛筋式擋墻誦，每根筋構(gòu)條分配的旺拉力對應(yīng)壞于朗肯土哪壓力分布織圖中相應(yīng)酷的土壓力守部分，如粱圖先2-2橡8禍中摸第伐i消條筋材中敗的拉力應(yīng)砌等于框圖棵2-28綢(b楊)侄中陰影部夫分的土壓蚊力，假設(shè)油等產(chǎn)于毀T軍i參，圖中被的變γ麗和阿K溜a和分別為填斜土容重和萬主動土壓姿力系數(shù)。悅?cè)羰莿傂约壗钍綋鯄Π?，其土壓永力分布圖盒略有不同才，而確定亡加筋材拉蜘力的方法段卻完全一輝致魯。常詳黨(2跨)肯加筋材的糕強度驗算沸。為了墻將的穩(wěn)定，青每一層加殿筋材的拉皺力都必須條滿足以下臣條件：Ti≤Ta(2-21)津財叉(3們)茄加筋材的脂抗拔驗算處。每一層螺加筋材的艙拉力還要猴求不超過授其端部困段異(梳超出滑動故面以外的猶加筋材長步度斑)步埋在土內(nèi)灶發(fā)揮的握誦裹力。握月裹力系由撫該端部段術(shù)上下面與資土產(chǎn)生的心摩阻力所占提供。拆圖造2-28吹姜加筋土擋訴墻筋材拉仿力確定抽1倘—茶加筋材鳴；止2購—鏟朗肯土壓鬧力分布花；繞3槍—余第鏟i舌層筋材承淚擔(dān)的土壓夕力押；奉K孩A旬—宣主動土壓殲力系數(shù)向所以這一色驗算實際伸上是校核旁端部段埋濁藏的加筋弱材長振度挪L金c育是否足夠管，因為摩生阻力的大飯小是與埋臣長有關(guān)的繩。懷幸失4般.席加筋材長判度擴青加筋材全患長度由兩迅個部分組般成：填土墾破壞面以籃內(nèi)長嘴度片L饞a腳和以外的點埋藏長亞度蘋L因