加筋土分析

豆香香　彭燦

摘 要：我國地域遼闊，自然地理環境不同，地質各異，隨著我國建設項目規模的日益擴大，對軟弱地基的處理的重要性也日益突顯出來，人們對地基處理有多種方式，其中較為重要的一種方式就是加筋法。加筋法是在土中加入條帶、纖維或網格等抗拉材料，依靠他們良好的抗拉性能改善土的力學性能，從而提高土的強度和穩定性的方法。土體與加筋材料形成復合土體，當復合土體受到豎向荷載作用時，水平方向的加筋材料和土體之間會產生摩擦力，從而減少復合土體的橫向變形，使復合土體的豎向承載力增加，進而達到加強地基的作用。

關鍵詞：地基；加筋法；加筋土；土工聚合物；加筋土擋墻；土釘

土木工程建設過程中，當遇到淺層土質不良時，采用天然地基往往不能滿足結構物基礎對地基的要求。在結構物的建造過程中常出現的地基問題主要有地基強度和穩定性不夠、地基變形過大、地基出現滲漏和溶蝕以及地基在動力荷載作用下發生液化和振沉等。人們常常對淺層土質進行處理以解決這些問題，其中處理方式按照地基處理的原理可以分為機械壓實法、強夯法、換填法、排水固結法、振沖法、擠密法、化學加固法、托換法和加筋法九大類。我國于20世紀70年代開始對加筋土進行研究和探討，隨后在鐵路、公路、水利、建筑等部門不斷得應用與發展。

1 加筋法的分類、概念和作用

在工程建筑中加筋法主要分為三類：土工聚合物、加筋擋土墻以及土釘加固。

1.1 土工聚合物（或稱為土工合成材料、土工織物）是以合成纖維、塑料和合成橡膠等聚合物為原料制成的用于巖土工程的新型材料。土工聚合物的主要作用：（1）一定厚度的土工聚合物具有良好的三維透水特性，利用這種特性可以將水沿土工聚合物的平面迅速排除，因此具有良好的排水作用；（2）將土工聚合物放置在兩種不同的材料之間，土工聚合物可以使兩種材料隔開，不使其交滲混雜，同時又能很好的將兩種材料粘結在一起，保持統一作用，因此其又具有對不同材料起隔離的作用；（3）在滲流出口區鋪設土工聚合物作為反濾層，可以提高被保護土體的抗滲強度，因此其具有網孔滲透過濾作用；（4）土工聚合物具有良好的抗拉性能和韌性，且與金屬材料相比，土工聚合物不會因腐爛而失效，因此可以作為土坡、堤壩、地基、擋土墻的加筋材料，起到加筋作用。

1.2 在土體中的一定部位鋪設水平方向的加筋材料，土與加筋材料緊密結合成一復合土體，這種復合土體稱為加筋土。加筋土擋土墻是由填土和在填土中水平布置一定量的帶狀筋體（或稱拉筋）以及直立的墻面板三部分組成一個整體的復合結構。加筋擋土墻的優點：（1）充分利用材料的性能，以及拉筋與土的共同作用，節約混凝土，墻面板可在工廠預制成批加工，節約原料，且質量有保證；（2）面板類型多種多樣，用于城市道路的支擋，可以美化環境；（3）施工簡單，不需要大型的機械設備，施工時的占地面積小，且施工速度快；（4）加筋擋土墻的面板薄，基礎小，墻面垂直，減少了土方的施工量，因此工程造價好，經濟效益高；（5）加筋擋土墻是有各種構件相互拼接而成，具有柔性結構的性能，故可以承受較大的地基變形，因此具有良好的適應能力；（6）加筋擋土墻具有良好的整體性，抗震效果好。

1.3 土釘加固是指將拉筋插入土體中，全長與土體粘結，并在坡面上噴射混凝土，從而使土體加固的方法。土釘加固的類型、特點以及適用性：（1）按照施工方式的不同，土釘加固可以分為鉆孔注漿型土釘、打入土釘和射入土釘。鉆孔注漿土釘，由于土釘與周圍土體粘結較為緊密，常用作永久性或臨時性支撐，是目前最為廣泛的支撐方式；打入土釘由于土釘與周圍土體間有較大的空隙，易腐蝕，故常常作為臨時支護；射入土釘施工速度快、經濟、適用于多種土地，但目前使用尚不廣泛，具有很大的發展潛力；（2）土釘加固法具有對周圍建筑影響小，施工工具簡單、施工靈活，經濟效益好等特點。主要適用于邊坡開挖支護、天然邊坡加固、加筋擋土墻的修復、隧道入口的加固和錨桿墻的修復等地方。

2 加筋法的設計計算

2.1 針對不同的對象，土工聚合物具有不同的作用，因此對其要求也不相同。土工聚合物作為濾層設計使要將其與所保護土體的物理力學性質結合起來，滿足有效孔徑和透水性能的要求；在軟弱地基的加固中，土工聚合物與土體之間應有足夠強的摩擦力，以限制土體的橫向變形，提高地基承載力，通常是在土工聚合物與土體間填中、粗沙以增加摩擦力；土工聚合物作為路基加固時不僅可以提高地基承載力和增加地基的穩定性，還可以將其與沙層共同作用為同一層，使該層在作為軟地基排水面的同時又作為地基的柔性筏基，以減少路基的不均勻沉降。

2.2 加筋土的主要作用機理是通過拉筋限制土體的橫向變形以提高土體的承載力。加筋擋土墻的穩定性包括內部穩定和外部穩定，其破壞形式主要有外部破壞（土坡整體失穩破壞、滑動破壞、傾覆破壞、承載力破壞）和內部破壞（拉筋拔出斷裂破壞、面板拉筋接頭破壞、面板斷裂等）。根據加筋擋土墻的破壞形式及其特點，對加筋擋土墻的材料提出了以下要求：（1）混凝土面板應有足夠的強度，（國內一般采用預制構件，其強度等級不低于C18，厚度不小于80mm），本身應為剛性并且要求具有良好的耐腐蝕性和耐久性；（2）拉筋應垂直與面板水平布置，且拉筋要具有較高的強度，受力變形性能小，能夠與填土之間產生足夠的摩擦力；抗腐蝕性能好，加工、接長和面板的連接簡單；（3）加筋擋土墻內的填土應易被壓實，且能與加筋材料之間產生足夠強的摩擦力；在浸水地區應采用滲透性良好的土為填土，季節性凍土區宜采用非凍脹土作為填土。

加筋擋土墻的設計步驟主要為：（1）計算加筋土擋墻上填土重力以及荷載作用的等代土層厚度；（2）進行拉筋抗拉、設計斷面和長度計算；（3）驗算基地地面地基承載力；（4）進行基地滑移穩定驗算；（5）對擋土墻進行傾覆穩定驗算；（6）進行整體滑動穩定驗算。

2.3 土釘加固定法的主要原理一方面是在土體內增一設定長度和分布密度的錨固體，使土釘和土體之間形成復合土體，以彌補土體自身強度的不足，提高土坡的剛度和耐久性；另一方面限制土釘與土體之間相對位移產生的摩阻力從而起到加固作用。土釘支擋體系的設計步驟一般包括：（1）根據土坡的幾何尺寸（深度、切坡傾角）、土性和超載情況，估算潛在破裂面的位置；（2）計算選擇土釘的形式、截面尺寸、長度、安置傾角和間距；（3）驗算土坡的內部穩定；（4）驗算土坡的外部強度穩定（抗傾覆穩定性、抗滑移穩定性以及地基強度等）。

隨著我國建筑行業的迅速發展，作為土木人我們應當充分掌握不同地基的處理方式，了解基本的處理方法，結合所建工程的性質、特點以及重要性，對地基做出適當的處理以滿足建筑要求。加筋法處理是邊坡加固、軟地基處理是種較為廣泛的使用方式，我們應充分了解其工作原理以及建設方法。

參考文獻

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[2] 劉福臣，林世樂，黃懷峰.地基基礎處理技術與實例[M].化學工業出版社，2010.06.

[3] 劉大鵬，張青喜，劉巖艷.地基與基礎[M].北京：清華大學出版社， 2009.08.

作者簡介：豆香香，女，河南周口人，鄭州大學土木工程學院2011級本科生，土木工程專業；彭燦，女，河北石家莊人，鄭州大學土木工程學院2011級本科生，土木工程專業。