加筋土挡墙的应用前景
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摘 要:对加筋土挡墙的技术及加筋材料的特点进行了总结,找出造成加筋土挡墙病害的原因,扬长避短,使加筋挡墙在推广中,得到健康的发展.
关键词:加筋土 挡墙 特点 应用
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1.引言
我国于20世纪80年代初开始应用加筋土技术,先后在公路,水运,铁路,水利,市政,林业等部门应用该项技术,取得了巨大的经济效益和社会效益,随着加筋土工程时间的增长,加筋土工程的设计计算理论和施工技术也逐日成熟,特别是新材料,新技术的引进,使加筋土技术不断完善和发展.但是在大力推广应用加筋土技术的同时,也存在某些不足,导致加筋土挡墙出现变形,固杜,甚至垮塌等病害,使加筋土挡墙的发展受到质疑.我们应对加筋土挡墙技术进行总结,找出造成病害的原因,扬长避短,使加筋土在推广应用中得到空前的发展.
2.公路加筋土挡墙的应用
通过对已建的加筋图挡墙进行调研发现,从20世纪90年代初期开始建成的加筋土挡墙大部分完好,而只有少部分出现鼓肚,变形,甚至垮塌的现象,分析其原因认为,加筋土挡墙的高度,不宜过高.山西修建的2处实验工程,均在12m以下,如需修建超过12m高的加筋土挡墙，必须进行特殊设计,并采取可靠技术措施,包括:a、提高低级强度采用级强度高；采用蠕变小的加筋材料;b、加强施工管理,满足加筋土挡墙面板,加筋带和土体组成要求；近代的铺设,土体的压实,筋带和土体组成,筋带的铺设,土体的压实,筋带与面板的连接工艺,都影响加筋土挡墙的稳定性和耐久性,可以肯定地说,加筋土挡墙技术发展至今,所出现的一些问题,不是加筋土挡墙结构本身的问题而是与施工的质量控制有着密切的联系,与设计的保证措施有关.由于《公路加筋土挡墙设计规范》颁布于1991年,其加筋材料和工艺要求始于20世纪80年代,并且大部分加筋土挡墙修建于二级公路,其技术指标要求较低,随着高级公路的发展,光塔技术人员对加筋土挡墙进行了深入研究,特别是近几年来新的加筋材料的问世,使加筋技术得到快速发展,在重庆,黑龙江,陕西等地修建了较长路段的加筋土挡墙,而且均采用新的加筋材料,代替了聚丙烯材料,使加筋土挡墙的整体技术得以提高,为公路加筋土挡墙工程的完善奠定了坚实的基础..
3.加筋土挡土墙应用中存在的问题
回顾我国加筋土挡墙推广应用30多年来,其技术水平和加筋材质量有了很大的提高,应用效果较为明显,但是在应用中出现的问题也不容忽视,如加筋土的垮塌,鼓肚，变形等,这些问题的发现,对加筋土挡墙的发展造成了一定的负面影响.通过调查分析,不难发现其中的原因,实际上所出现的问题,不是加筋土挡墙本身的结构问题,而是与填料压实湿度,排水设计,施工管理和筋材强度等有密切的关系.我省从1981年开始到目前已建成的加筋土挡墙已达10余处,除1处发生问题外,其余的均未发生变形鼓肚问题,使用效果良好,说明只要周密设计,精益求精,注重排水设计,低级处理以及半填半挖路基加固处理,同时加强施工现场的技术管理,严格施工程序,就可保证加筋土挡墙健康发展,达到耐久,稳定的目的.
4.新型加筋材料的问世
4.1 条带式加筋材料
4.1.1 聚烯烃复核加筋带。聚烯烃复合加筋带，是由玻璃纤维经高温多次捻合加工制作，并采用聚乙烯经热熔裹覆而成的加筋带，一般尺寸为30mm宽*2.5mm厚，表面呈粗糙花纹造型，耐磨，耐压，起摩擦系数可达到0.56，由于玻璃纤维的化学特征，所以有较强的抗酸碱和耐腐蚀的特点，同事具有抗老化和光辐射的作用，在试验加荷速率100mm/min·环境温度为300摄氏度时，其伸长率小于2%，极限荷载大于10kN,极限抗拉强度大于148mpa,但缺点是抗剪断能力较差，高温下的伸长率较大,在炎热的夏季施工时,应对加筋带加强保护,同时注意与面板接头处的处理.
4.2钢复合加筋带。钢塑复合加筋带,使有钢丝或钢绞线被聚乙烯裹覆而成的复合加筋带,尺寸为30mm宽`2.0mm厚,它是集钢绞线和钢丝的强度和聚乙烯耐腐蚀为一体的复合体,特别是在表面所制成的粗糙花纹,能有效约束土体的侧向变形,提高加筋体的稳定性,一般情况下,其摩擦系数可达到0.5,钢塑复合加筋带同样具有耐腐蚀和抗老化的性能,在加荷速率为100mm/min时破断伸长率小于2%,断裂荷载可达到9kN,抗拉强度可达到150 mpa,在施工中应注意保护聚乙烯裹覆层不被损坏,以避免水对钢丝的锈蚀,影响抗裂强度.
4.3土工格栅加筋材料
4.3.1 聚丙烯土工格栅。聚丙烯土工格栅,是以聚丙烯塑料为原料,加入适量的抗紫外线及抗老化剂,经过熔融挤出塑料板材,然后进`加热`拉伸等一系列复杂工艺加工而成,根据拉伸取向,塑料土工格栅可分为:单向拉伸土工格栅和双向拉伸土工格栅,加筋挡墙和加筋路堤采用单向拉伸土工格栅,其极限拉伸屈服力可达到150kN/m,屈服伸长率小于10%.
4.3.2 高密度聚乙烯土工格栅。高密度聚乙烯土工格栅,是一种以塑料为颜料加工形成的类似格栅状的产品,具有较大尺寸的网孔,可以在一个方向(单向)或两个方向(双向)劲向拉伸,以提高力学性能.聚乙烯拉伸土工格栅采用高敏度聚乙烯制成,具有高强度`高模量及低蠕变得性能,由于格栅与土壤颗粒间具有独特的相互作用,是十分有效的加筋材料,这种材料具有良好的工作性能,所以在工程领域得到广泛应用.高密度聚乙烯,是以高分子聚合物为主要原料,加入适量的抗紫外线及抗老化助剂,经熔融挤出塑料板材,其性能有利于聚丙烯土工格栅,拉伸强度可达到150kN/,没,极限抗拉伸长率为13%,其缺点是对风化作用很敏感.
5.加筋材料的加筋机理
无论是聚烯烃复合土工带还是钢塑复合拉带,由于表面均有粗糙花纹,能使筋土之间产生足够的摩擦力,同时又足够强度和弹性模量,能保证筋土之间产生错动前不被拉出,墙体由于受土体的推动产生破坏时,依据朗金理论,沿主动破裂面将墙体分为主动区域稳定区,由于滑土体自重产生的水平推力对每一层拉筋形成拉力,欲将拉筋从土中拔出,而稳定区土体与拉筋带的摩擦阻力防止拉筋拔出,如果每一层拉筋与土体的摩擦阻力均能抵抗相应的土体推力,当土体受到垂直应力作用时,在拉筋中将产生一个轴向力,起着限制土体侧向变形的作用,相当于在土中增加了对侧压力的反力,使土的强度提高了.土工格栅的加筋作用,使加筋产生似粘聚力CR,加筋后的土的内摩擦角R,故抗剪强度的计算公式为R=R+CR
6．环境对加筋材料的影响
6.1化学稳定性
经对聚丙烯和高密度聚乙烯的化学侵蚀稳定性进行广泛的实验,证明这些聚合物不与土壤中所有含水酸碱和盐溶液发生反应.环境温度中没有任何溶剂能溶解这些材料,故格栅化学稳定性取1.0.
6.2 生物稳定性
聚丙烯和聚乙烯为塑料制品,无任何营养价值,在任何环境中,不受到微生物的侵蚀,因此格栅的生物稳定性可取1.0
6.3 紫外线稳定性
暴露在紫外线下的所有聚合物,包括格栅和所有塑料制品都不同程度地受影响,通过使用添加剂-炭黑和减小暴露表面积可以获得显著抗力,长期加速老化试验表明,当聚丙烯和聚乙烯聚合物在适宜的气候中完全暴露在紫外线下,他们将保持强度的60%大20年~50年,所以在加筋土中使用的聚合物抗紫外线稳定性可取1.0
7.加筋材料的设计安全系数
土工合成材料作为加筋挡墙和路堤时,考虑到拉伸强度因不同的施工因素而降低,故需在设计中考虑一定的安全系数,其目的是让该种材料经受施工应力和长期埋于土中,达到预期的使用寿命.
7.1施工破怀折减系数
筋材在铺设和在其上填土压实是,会受到脚踏的近些破坏,使部分强度丧失,其施工影响因素包括:a) 填土的计牌和带棱角的程度;b)每层填土的厚度;c)压实方法和压实功;d)接头的方式等。
7.2 蠕变折减系数
高分子材料的长期应力应变，是根据在意系列不同荷载水平下作拉伸试验，劲力至少10000h，得到的试验结果，各蠕变折减系数，聚脂为2.5~3.0，聚丙烯为4.0~5.0，聚乙烯2.5~4.0。
7.3 老化折减系数
尽管在聚合物材料中加入炭黑，抗紫外线的能力大大加强，但不等于无老化现象发生，老化不但与本身材料有关，同时与施工管理有关，所以考录一定的老化折减系数是必要的，一般情况下取1.1
8.加筋土挡墙的技术特点及经济分析
加筋土挡墙是依靠筋材和土体的有效结合，提高其整体强度，达到墙体的稳定，而传统的挡土墙，是采用与被支挡而保证其被动支挡工程不同的材料或砌体，进行支挡而保证其被动支挡构筑物的稳定，但其计算理论是一致的，均采用库仑理论。其计算包括外部稳定性和内部稳定性。外部稳定性计算包括：a滑动稳定性计算；倾覆稳定性计算； c地基承载力计算；d整体稳定性计算；e沉降计算。内部稳定性计算包括；a加筋材料拉力计算等；b抗拔稳定计算；c加筋材料计算等。稳定性计算完全满足的加筋土挡墙具有如下：a具有柔美特定，使其能很好地抵挡地震作用b外观美观，可与周围环境相协调；c可调节耕地d可节约造价。
以常用的加筋土挡墙为例进行概要的紧急分析。加筋土挡墙的工程直接费用主要有基础开挖和浇筑，亢进混凝土面板的预制`运输和安砌，加筋材料的购置，加工和铺设，填料的挖运`摊铺和磍压，帽石浇筑，排水等附属设施项目等，以已经建成的加筋土挡墙为例进行经济分析，是我们对加筋土挡墙的投资费用有一个清楚的认识，重庆地区所用条带式加筋土挡请，一般情况下重力式挡墙采用条带式钢塑或聚烯烃符合拉带，墙高10m以下，造价仅为传统经济效应非常显著，这也是加筋土挡墙的经济效益非常显著，这也是加筋土挡墙能迅速发展和广泛应用的根本原因所在。
9.结束语
通过对加筋土的发展和总结，使我们认识到加筋挡墙有着广泛的应用前景，其技术也在逐步提高，投资费用必将降低，更直接噢能是采用加筋土挡墙造型美观，并可诀曰耕地，特备是在耕地精确的情况下，更具用一定的优势，但是我们选择加筋土挡墙时，一定要与浆砌挡墙，从技术和经济上进行比较，选择经济合理的支挡方式，不能盲目采用，而导致经济技术的不合理性。总之通过广大科研人员的不懈努力，加筋土挡墙技术必将得到健康发展。