土工合成材料加筋技术应用研究

【摘 要】为了改善土体强度和变形性态而出现的一项新材料和新技术，就是在土内铺设适当的土工合成材料的加筋材。本文概述了土工合成材料加筋技术，说明了加筋技术的机理，并结合工程实例详细介绍了的加筋技术的应用。

【关键词】加筋；土工合成材料；加筋土挡墙；加筋土坡；加筋土垫层

1、概述

土工合成材料是一种新型的岩土工程材料，是岩土工程应用合成材料产品的总称。土体的抗拉强度为零，使用加筋技术就是在土体中的拉伸变形区按一定方向铺设筋材，这些较高拉伸模量和抗拉强度的筋材就构成一种复合材料，从而以增强土体的强度和稳定性。近些年来，土工合成材料加筋技术已广泛应用于水利、公路、铁路、港口、建筑等部门的岩土工程中。

2、加筋技术机理

（1）扩散应力，加筋垫层的刚度较大，有利于上部荷载扩散并较均匀地传递到地基土层上；

（2）调整不均匀沉降，加筋垫层加大了压缩层范围内地基的整体刚度，便于调整地基变形；

（3）增大地基稳定性，加筋垫层的约束，限制了地基土的剪切、侧向挤出及隆起。

3、土工合成材料加筋技术的工程应用

3.1 土工合成材料加筋技术在公路工程中的应用

作为试验工程，我国某高速公路k81+80～k81+180路段，采用了粉喷桩结合CE131土工格网进行软土地基加固，结果证实明显减少了路基的沉降量。后来工程施工中，采用水泥粉喷桩处治某高速公路 k127+305～k127+650 路段的饱和软粘土地基，在桩顶铺设一层砂砾垫层和一层土工布，再铺设两层土工格网，土工合成材料（土工布、土工格网）层间填土。我国较早使用桩承土工合成材料加筋垫层法的工程实例是南—昆线永丰营车站的软土地基加固，当年初原站场路基竣工后不久，就发现线路左侧水田隆起，路基多处变形严重并下陷开裂，多处浆砌片石护脚墙损坏。经勘探后查明，地基硬壳层下分布多层淤泥质粘土及层间硬粘土层，其下更有一个较厚淤泥质粘土层，地基变形正是由于此两层淤泥质粘土含水量大、各项物理力学指标极低导致。为确保铺架工期及考虑地层的复杂性和特殊性，决定采取三项加固措施：（1）线路向右侧移动30 m；（2）采用粉喷桩加固软土地基，减少桩的数量和深度；（3）为增加路基早期稳定性，加快填土速度，可以增设2～3层CE131型土工格网于软土区的路堤下部。对该段公路从填土开始到通车后的两个阶段进行了总共为时38个月的观测，观测结果表明，沉降和位移值都在设计范围之内，而且在填土达到设计标高10个月后不再有较大的发展，说明路基已趋向稳定。全站路基填土只用了4个月，为全线铺轨赢得了工期。这些工程实例都表明，应用土工合成材料加筋技术可处理复杂地基，缩短工期，经济效益高。

3.2土工合成材料加筋垫层作地基处理

本例为一座直径15m的钢筋砼圆筒仓，仓的基础为埋深-3.5m、直径20m的钢筋砼整体筏板。根据地质勘探资料，第2层粉质粘土层为持力层，fk= 230kPa，地下水位约在地下2m左右。根据设计提供资料，0.00m以上结构向基础传下总荷载90000kN，基底压力P = 357kPa。而该持力层地基承载力设计值为f，经计算为309kPa。由于P>f，说明选用-3.50m处作持力层的天然地基方案不能满足要求。该工程的处理方法则是，必须改用桩基等深基础方案， 或进行地基处理。经分析研究，决定采用土工合成材料加筋复合碎石垫层进行地基处理的方案。设计选用厚度为2.00m的加筋复合碎石垫层，施工过程中，每碾压0.50m的碎石垫层铺设1层土工筋带，共铺三次。

本工程加筋复合碎石垫层的主要施工工艺有：碎石垫层铺压和土工筋带布设。

3.2.1 碎石垫层施工

首先确定材料要求及最佳配比，图纸设计提供材质及配比参考： 2～5cm耐风化的硬质砂岩、灰岩等碎石，可掺入30%中粗砂，砂石含泥量不大于5%以保证碾压密实。

施工要点：（1） 清理干净基底表面浮土、淤泥、杂物，并做好排水措施。（2）将计量好的各组分材料搅拌均匀后，运入坑中，并逐层铺设碾压。每次铺厚度不应小于300mm，按标高进行摊平，每500mm层分两次施工。选用12t振动压路机进行碾压，先振动碾压1遍，然后再往返压实5遍。要求不得漏压，碾压轮迹前后次至少要重合一半，直至碾压到两次的沉落差小于1mm才停止该阶段的施工。（3）圆柱边缘部分碾压的密实性在施工中是很重要的一个环节，而碎石垫层设计上为圆柱体，从受力角度看是无须满坑充填，加之土方开挖时会造成边坡放坡，故要注意在边缘部分用袋装碎石围堵，装袋时不要太满；而且在压实前用粘性及含水率较好的土进行回填夯实，与碎石垫层同标高。

碎石垫层压实度的检验分析。采用大密度法检验垫层的压实度。根据要求，最大干密度应该大于20.5～21kN/m3，压实系数应不小于95%， 即试验干密度要达到19.5kN/m3以上。本工程面积为452m2，根据要求，检验点数多于1个/100m2，每500mm层厚需要检验5点。通过20点检验数据来看，以上的材料配合比和施工方法是完全可以满足的，许多抽样点干密度在22kN/m3左右，超过设计要求。经分析对比，影响干密度数据的因素有：各组分的级配， 干密度偏低一般是有细骨料含量大于试配的最佳级配含量造成的；含水量， 碾压法中良好的含水率，是自然状态下骨料含水量在8%左右。碾压时，干密度偏低可能是碎石含水率过大导致的。

3.2.2土工筋带的施工

（1）材料要求。本工程土工筋带选用产自重庆永固工程拉筋带厂的高分子塑料钢塑筋复合拉筋带， 筋带规格为宽×厚=50mm×2.5mm ，内含单排32根细钢丝，标准其拉强度与断裂延伸率分别达到120MPa和1.7%以上，筋带分散层布置，呈间距250mm×250mm的方格状。为了均匀扩散应力，注意每层铺设方向相对于下一层方向旋转60度。

（2）施工工艺。必须保证基层干净、平整才能进行筋带铺设布置，可用砂找平表面凸凹不平的部分，并撒上灰线以确定铺设位置；铺设时保持筋带平整的自一端向另一端进行，松紧适度，防止褶皱、卷曲，按设计要求将端部用袋装碎石压好，卷回钉好土工筋带并压袋，卷回长度不小于1.5m，钉子不少于3 根，在纵横交叉点每间距500mm钉钉固定，筋带在中间的搭接长度不小于1m，并用3根钉连接；然后铺20mm厚砂保护筋带， 以防止碎石对筋带造成顶破、穿剌、擦伤等；而且，为了防止筋带暴露暴晒，应该尽快施工上层碎石垫层，。

4、结语

土工合成材料加筋技术引入我国才接近30年的时间，但发展迅速，已经广泛的应用于很多部门多个方向， 在实际施工中，如在青藏铁路工程、长江防波堤、重庆加筋岸壁、京沪铁路客运专线等工程的兴建中已广泛应用加筋技术，并取得很大经济效益和社会效益。当前土工合成材料无论从品种还是质量上都有了很大的丰富和提高，这都离不开对该技术的深入研究和实际应用的总结，近年来的土工合成材料应用技术规范的国家标准和行业标准就是在大量总结研究的基础上颁布的，而这些标准的颁布也标志着此项技术走向成熟，可以获得进一步的推广。但是，由于起步时间较晚，加之应用领域广， 国内应用加筋技术的现实情况仍然是理论落后于实践。目前还存在一些亟需解决的问题：材料控制仪器和测试方法还未统一；对土工合成材料与土相互作用的机理不能说完全清楚；设计方法有的还不够完善；试验和观测还有些技术困难等。这些问题还有待继续深入研究和交流合作， 来充实、完善、提高土工合成材料加筋技术。

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