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詳細(xì)內(nèi)容 |
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關(guān)于加筋土工布的幾個(gè)問題 |
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1 問題的提出
太浦河泵站的出水池?fù)跬翂Ω叨茸畲鬄?SPAN lang=EN-US>10.45m，結(jié)構(gòu)型式采用空箱扶壁式（見圖１），出水池?fù)跬翂Φ装遄湓邳S灰色輕砂壤土層上。
根據(jù)已有的地基參數(shù)，對擋墻進(jìn)行了穩(wěn)定計(jì)算分析，在控制工況下，抗滑安全系數(shù)ｋc＝0.865<1.30，基底最大壓應(yīng)力σ＝212.1>120kpa，擋墻結(jié)構(gòu)的抗滑穩(wěn)定和基土承載力均不滿足規(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rd＝778kn，滿足上部結(jié)構(gòu)荷載的要求。考慮到本工程為重大工程，工程等級為大ⅰ型，需對樁基進(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曲線見圖2。
從試樁q-s曲線結(jié)果表明，單樁極限承載力rk為747kn，對應(yīng)的設(shè)計(jì)值rd為466.9kn，沒有達(dá)到原設(shè)計(jì)要求。加上擋墻底板較長，底板上填土部分有可能產(chǎn)生二次滑動(dòng)面，對擋墻的結(jié)構(gòu)安全造成威脅，因此需進(jìn)行加固處理。
方案技術(shù)方面施工難度工期經(jīng)濟(jì)方面
接長底板前趾補(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)施工圖增加的樁需重新制作，改變了原施工組織設(shè)計(jì)計(jì)劃流程，施工難度較大最長較大
壓密注漿受力分析不甚明確，加固效果對受力分析影響較大，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較大墻后鋪設(shè)加筋土工布受力計(jì)算相對較明確，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)施工的開挖面長較小
經(jīng)過以上綜合比較，認(rèn)為在墻后鋪設(shè)加筋土工布是較合理可行的方案。
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?？煞譃閮深惛拍睿谝环N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筋土間的摩擦力由錨固區(qū)內(nèi)的筋土錨固力來抵消。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)，對加筋材料本身模量較小、相對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φ，從試驗(yàn)方法上是比較困難的，而測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增長，拉筋的最大拉力也沿深度呈線性增大。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δhi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）；fτ——抗拉安全系數(shù)；γ——回填土的容重（kn/m3）；ka——ranking主動(dòng)土壓力系數(shù)。
各層土工布加筋長度li的確定
a. 錨固長度的確定
式中：fm——錨固安全系數(shù)；τmi——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)長度的確定
c. 加筋土工布的總長度
式中：l0——復(fù)合加筋土工布翻疊長度，取l0=2.3m；lp——消除擋土墻后二次破裂面的長度。
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度見表3。
3. 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）。 室內(nèi)加筋土工布的抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)見圖3。
應(yīng)力～應(yīng)變關(guān)系曲線
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：τ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)部分的長度、寬度（m）。
試驗(yàn)箱采用50×50×30cm3（長×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。
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τ=5.56mpa，加載過程中的加筋土工布變形情況見表5。
通過表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)測分析
為了檢驗(yàn)復(fù)合加筋土工布減少墻后土壓力的作用，在擋墻后側(cè)埋設(shè)了土壓力盒，從圖4可看出，土壓力隨填土厚度的增加而逐漸加大，整個(gè)填土過程土壓力呈線性增長，并隨著墻后填土達(dá)到設(shè)計(jì)高程以及墻前通水后，趨于穩(wěn)定狀態(tài)。通水后墻后土壓力各高程的實(shí)測值以及采用ranking理論計(jì)算的土壓力值見表6。
圖4 土壓力值隨時(shí)間變化擬合曲線
表6 擋墻前通水后土壓力實(shí)測值
土壓力盒高程（m）3.0-1.0-4.0
ranking理論（kpa）31.7571.74101.72
實(shí)測值（kpa）31.7670.4580.35
從實(shí)測值分析，加筋土對墻后上部填土的土壓力減少并不明顯，在高程-1.0m以上一些測點(diǎn)數(shù)值還略大于理論計(jì)算值，土壓力近似呈三角形分布。而在高程-1.0m以下，加筋土對減少墻后填土的土壓力的作用非常明顯，土壓力基本呈矩形分布，在高程-4.0m處，土壓力實(shí)測值與理論計(jì)算值相比，減少率達(dá)21%。
由于加筋土具有較大的變形特征，在墻后填土完成后，隨著加筋土工布的伸長，作用在擋墻背面仍有相當(dāng)?shù)耐翂毫Γ鶕?jù)現(xiàn)場測試的土壓力數(shù)據(jù)，對樁基承擔(dān)的荷載進(jìn)行復(fù)算，單樁最大樁頂荷載qd=451.12 5． 結(jié)論及建議
在樁基承載力不能滿足要求的情況下，采用加筋土減少擋墻后土壓力的措施，通過工程實(shí)踐證明具有一定的效果，特別是墻后下部土體，由于筋帶與土聯(lián)合作用，對土壓力起到了較好的卸載作用。
土工合成材料受力后具有較大的伸長率以及蠕變特性，由于工期較緊，未對復(fù)合加筋土工布進(jìn)行常規(guī)的蠕變試驗(yàn)。根據(jù)理論分析，在加筋土工布充分受力變形后能夠承擔(dān)全部的墻后土壓力，而實(shí)際工程中，加筋土工布張拉變形至一定程度，墻后填土就必須完成，因此形成了加筋土工布和擋墻共同作用的受力模式。
考慮到施工中鋪設(shè)加筋土工布的緊密程度直接影響其減少土壓力的作用，所以在設(shè)計(jì)中，為了減小加筋土工布的變形對擋墻結(jié)構(gòu)土壓力的影響，在加筋土與擋墻間預(yù)留1m的孔隙，在加筋土鋪設(shè)至一定的高程并充分受力后，再采用中粗砂對空隙進(jìn)行回填，從現(xiàn)場的變形觀測情況分析，此措施起到了比較好的效果。
在今后類似的工程中，若有條件建議進(jìn)行土工合成材料的蠕變試驗(yàn)，以便了解加筋材料的變形性狀特征從而對工程具體情況起到更好的指導(dǎo)作用。 |
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