水利工程論文-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(mǎn)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(guò)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，達(dá)到了研究分析所預(yù)期的目的，為今后類(lèi)似工程提供了一定的理論基礎(chǔ)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(wèn)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(jiàn)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(jiàn)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（kPa）cc32.31911248350.889.2120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，抗滑安全系數(shù)c0.865120kPa，擋墻結(jié)構(gòu)的抗滑穩(wěn)定和基土承載力均不滿(mǎn)足規(guī)范要求，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(mǎn)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(xiàn)見(jiàn)圖2。從試樁Q-s曲線(xiàn)結(jié)果表明，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(méi)有達(dá)到原設(shè)計(jì)要求。加上擋墻底板較長(zhǎng)，底板上填土部分有可能產(chǎn)生二次滑動(dòng)面，對(duì)擋墻的結(jié)構(gòu)安全造成威脅，因此需進(jìn)行加固處理。加固處理比較了多種方案，見(jiàn)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)施增加的樁需重新制作，改變了原施工組織設(shè)計(jì)計(jì)最長(zhǎng)較大工圖劃流程，施工難度較大壓密注漿受力分析不甚明確，加固效果對(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)計(jì)劃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)計(jì)劃工序，并需增加擋墻結(jié)構(gòu)施工的開(kāi)挖面長(zhǎng)較小經(jīng)過(guò)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(jiàn)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(xiàn)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，加筋土中筋土相互作用減少土壓力的基本原理通?？煞譃閮深?lèi)概念，第一種是準(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(guò)筋土間的摩擦力由錨固區(qū)內(nèi)的筋土錨固力來(lái)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)定筋土之間的摩擦系數(shù)則是比較容易的，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(xiàn)增長(zhǎng)，拉筋的最大拉力也沿深度呈線(xiàn)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抗拉安全系數(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的確定a.錨固長(zhǎng)度的確定式中：Fm錨固安全系數(shù)；mi第I層土工布與填土的界面摩擦阻力強(qiáng)度（kPa）。b.滑動(dòng)區(qū)長(zhǎng)度的確定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(jiàn)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（m）11.414.418.03.加筋土工織物的特性試驗(yàn)3.1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(jiàn)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（kN）伸長(zhǎng)（）斷裂伸長(zhǎng)率（%）拉伸時(shí)間（s）每米抗拉強(qiáng)度（kN/m）CBR（kN）縱向13.2631.7031.7396.2066.306.44橫向11.4622.6022.6068.5057.30室內(nèi)加筋土工布的抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)見(jiàn)圖3。圖3應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)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)部分的長(zhǎng)度、寬度（m）。.試驗(yàn)箱采用505030cm3（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(jiàn)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(guò)程中的加筋土工布變形情況見(jiàn)表5。表5現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)加載過(guò)程中的加筋土工布變形表拉力（kg）位移（mm）左邊中間右邊147.3748192.3518815283.4破壞通過(guò)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(lèi)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)