加筋土擋墻新技術市市政工程設計院【摘要】提出一種可替代拉筋帶的新型加筋材料加筋環(huán)，其作用機理是將填料產(chǎn)生的側(cè)向壓力轉(zhuǎn)由加筋環(huán)承擔。該加筋體的優(yōu)越性在于加筋體受力狀態(tài)易于測試和分析，因此設計更加可靠，而加筋材料的費用卻較之采用拉筋帶有大幅度下降。此外，加筋環(huán)還具有對填料適應性強，加筋材料易于防腐，以及有利于施工等優(yōu)點?！娟P鍵詞】加筋環(huán)拉筋帶加筋土1問題的提出加筋土擋墻是利用加筋土技術修建的一種支擋構筑物，加筋土是一種在土中加入拉筋帶的復合土，它利用拉筋帶與土之間的摩擦作用，改善土體的變形條件和提高土體的工程性能，從而達到穩(wěn)定土體的目的，見圖1。加筋土技術的發(fā)明無疑是一項重大技術創(chuàng)新，然而在經(jīng)過大量工程實踐和理論研究后逐漸發(fā)現(xiàn)一些不足，有些甚至是難以逾越的障礙，其主要表現(xiàn)在由于加筋土作用機理的復雜性導致多種設計理論并存，都有道理卻又都不能概全，有時依據(jù)設計理論計算的數(shù)據(jù)在模型試驗中不能得到理想的驗證，而從模型試驗中得到的數(shù)據(jù)有時又與現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)差異較大2，這使得設計人員常常對理論計算數(shù)據(jù)感到信心不足，為工程安全考慮只好依據(jù)個人經(jīng)驗增加筋帶數(shù)量，從而導致費用增加。另外，筋帶表面難以防腐以及對填料適應性較差等缺陷也是現(xiàn)有加筋土技術的不足。2以加筋環(huán)替代拉筋帶見圖2，加筋環(huán)由3個同直徑鋼筋環(huán)和若干與之垂直相交的立筋綁扎而成，內(nèi)側(cè)附著土工格柵做襯墊。21制作加筋環(huán)A鋼筋按設計加筋環(huán)圓周長進行斷料和焊接，立筋斷料，立筋材料也可采用預制鋼筋砼短柱等。B鋼筋環(huán)、立筋分別刷瀝青并外裹瀝青土工布防腐。C3個鋼筋環(huán)和若干豎向立筋綁扎組成加筋環(huán)骨架，注意立筋必須位于鋼筋環(huán)內(nèi)側(cè)。D鋼筋環(huán)內(nèi)側(cè)附著（扎絲綁扎）土工格柵做襯墊。22沖切環(huán)溝當分層填土碾壓至某一設計高程面后，平整作業(yè)面，然后按設計圖要求實地確定圓心位置，并按加筋環(huán)半徑精確劃圓。沖切鋼鏟（形狀類似挖土鐵鍬，但沒有彎曲狀）沿圓弧逐段沖切環(huán)溝，環(huán)溝深度略深于加筋環(huán)高度，溝寬略寬于加筋環(huán)厚度，以正好能放下加筋環(huán)即可。沖切動能可由人工捶擊或機械沖壓，加筋環(huán)置入環(huán)溝后沿溝兩側(cè)夯壓密實。23安裝墻面板墻面板預制后拼裝，為固定墻面板需要安裝錨固桿和錨固塊。為墻面穩(wěn)定和施工安全，壓路機不能靠墻面板過近作業(yè)。靠墻面板處可采用人工或小型夯機分層夯實。3加筋環(huán)作用機理加筋環(huán)的作用機理是充分利用鋼筋受拉強度高的特性，使環(huán)內(nèi)填料產(chǎn)生的側(cè)向壓力轉(zhuǎn)由加筋環(huán)承擔加筋環(huán)內(nèi)的填料在垂直荷載作用下受到擠壓并產(chǎn)生側(cè)向膨脹，而加筋環(huán)約束了這種側(cè)向變形，使側(cè)向壓力全部轉(zhuǎn)化為由鋼筋圓環(huán)來承擔。加筋環(huán)阻斷了環(huán)內(nèi)側(cè)壓力向環(huán)外的傳遞，使圓環(huán)內(nèi)填料形成一個“餅”狀物，若干層“土餅”交叉疊加后組成加筋土實體。加筋環(huán)在垂直均布荷載作用下的受力狀態(tài)，與人們在土工實驗室中所做的三軸試驗相類似。測試環(huán)筋所承受的側(cè)向壓力有多大，只需粘貼電阻應變片即可，當填料高度不斷上升時實測鋼筋的拉伸變形并計算出拉應力，以此判斷配筋是否合理，積累相當?shù)膶崪y數(shù)據(jù)可供理論分析和研究，為設計提供依據(jù)。4加筋環(huán)的優(yōu)越性41加筋體內(nèi)部受力明確現(xiàn)有加筋土擋墻需要對筋帶與填料顆粒間的互相作用機理進行微觀分析和測試。然而由于筋帶材料的多樣性、填料的復雜性和測試手段的局限性，要準確地對各種不同條件下的加筋體下定義是比較困難的，如似摩阻系數(shù)的取值，從模型試驗時得到的值有時與現(xiàn)場實測的值差異很大2。目前的理論分析方法又種類繁多，各有千秋，難以最后定論。而加筋環(huán)加筋土擋墻則可避免一些繁瑣且復雜的微觀分析，只須對“圓餅狀”加筋體進行宏觀觀察在某一加筋環(huán)上粘貼電阻應變片，可以得知該加筋環(huán)內(nèi)的填料在垂直荷載作用下產(chǎn)生多大側(cè)向壓力。不言而喻，建立在作用機理明確且實測數(shù)據(jù)可靠基礎上的工程設計具有較高的可靠度，也使得充分利用材料特性和大幅度降低加筋材料費用成為可能。42對填料適應性好現(xiàn)有加筋土的穩(wěn)定主要取決于筋帶與填料顆粒間的摩阻力，因此對填料的物理性質(zhì)及顆粒大小比較講究，粘性土因具有蠕變性質(zhì)不是理想填料，一般希望采用砂性土，這就使得推廣應用受到一定限制。而加筋環(huán)只是把環(huán)內(nèi)填料圍合成一整體以阻止側(cè)向力外擴，且不論是粘性土還是砂性土都一樣。43加筋材料易于防腐任何防腐材料涂抹在筋帶上都會在很大程度上影響筋帶與填料間的摩阻力，正是有此顧忌，所以現(xiàn)有加筋土擋墻中一般不予采用，然而沒有防腐材料保護的筋帶勢必會影響其耐久性，給擋土墻的長久穩(wěn)定留下安全隱患。但采用加筋環(huán)卻無此顧忌，幾乎任何防腐材料都可以使用。44有利于施工現(xiàn)有加筋土擋墻所設置的條形筋帶層間距較小且筋帶鋪設工藝要求高，施工作業(yè)順序是先鋪筋帶后覆土碾壓，這就很難避免在碾壓的過程中使筋帶受損和變形。而采用加筋環(huán)技術的施工工序恰恰與前者相反，是先碾壓整平后再沖切環(huán)溝置入加筋環(huán)，兩者互不干擾。45經(jīng)濟效益好以建造高10米，長100米加筋土擋墻為例，分別計算以采用CAT拉筋帶為加筋材料所需費用，和以采用加筋環(huán)為加筋材料所需費用，最后將兩種費用進行比較。451以拉筋帶為加筋材料見圖1，計算依據(jù)如下A根據(jù)CAT塑鋼拉筋帶目前市場銷售價格每噸14500元。B根據(jù)加筋土擋墻工程圖集3第05頁“技術經(jīng)濟指標一覽表”中擋墻高度H10米，每延米擋墻需要CAT拉筋帶102公斤。根據(jù)上述資料計算得建100米擋墻需拉筋帶10210010200公斤（或102噸）。所需費用為14500102147900元452以加筋環(huán)為加筋材料計算如圖2所示，擋墻高10米，總長100米，共設8層加筋環(huán)，其中大加筋環(huán)直徑為7米，設4層，沿擋墻縱向共13列，總數(shù)為13452個；小加筋環(huán)直徑為4米，同樣設4層，沿擋墻縱向共23列，總數(shù)為23492個。各種材料列表計算見圖3，總需費用63721元。兩者比較63721/147900043（43），可見若采用加筋環(huán)則加筋材料費用下降過半。從圖3“加筋材料明細表”中發(fā)現(xiàn)4層大加筋環(huán)與4層小加筋環(huán)鋼筋用量非常接近，因此，如果將小加筋環(huán)全部替換成大加筋環(huán)（如圖4），則鋼筋總用量并不增加。5其它應用該新技術可涉及現(xiàn)在所有采用加筋土技術的工程項目，如將加筋環(huán)置于路堤（特別是高路堤）中可以穩(wěn)定路基，防止邊坡下滑。將加筋環(huán)置于軟土地基中，可以加固軟土地基，提高地基承載力等。此外還有其它方面的擴展應用，如連續(xù)向上疊加加筋環(huán)可以構造超大型柔性筒倉，它可以用來貯存各種散裝集料，如煤炭、礦砂、糧食等，特別具有重大意義的是在環(huán)境工程方面的應用可用于生活垃圾的處理及處置工程，從而最終徹底根治“垃圾圍城”這一頑疾。6總結(jié)采用“加筋環(huán)”替代拉筋帶使加筋土內(nèi)部的受力狀態(tài)發(fā)生了很大變化，目前注重于研究土顆粒與筋帶之間的摩阻理論已經(jīng)不再適用，人們只要借助電阻應變儀就可以非常直觀地觀察到加筋環(huán)在土壓力作用下產(chǎn)生的拉伸變形，不必深入進行微觀分析，只要積累一定量的觀察資料即可，通過對資料的分析和研究，不難提出針對本地區(qū)地質(zhì)條件適用的設計標準，再不會出現(xiàn)目前多種設計理論并存，讓人無所適從的兩難處境。但從加筋體外部觀察，革新后的加筋土