浅谈加筋土技术研究进展

徐伟

浅谈加筋土技术研究进展

徐伟

加筋土是在土中加入某种筋材而形成的土与筋的复合体，筋材多为竹条、土工合成材料（土工格栅、土工网等）、钢筋、钢筋混凝土带等。

20世纪60年代初，法国工程师亨利维达尔首次提出了加筋分析理论和计算方法，并建成了具有较为严格理论指导的加筋土挡墙。1979年，我国引入该技术，并修建了第一座加筋土结构物——储煤仓挡土墙。加筋土技术历经50多年发展，在理论分析、施工方法和工程应用等方面均取得了很大进步，产生了巨大的经济效益和社会效益。

一、理论研究

1.加筋作用机理

摩擦加筋原理、准黏聚力原理、弹塑性层板原理、均质等代材料原理、弹性薄膜原理等是解释加筋机理常用的理论。摩擦加筋原理是根据加筋材料与土体之间的摩擦作用计算；准黏聚力原理是根据砂土中铺有若干层筋材的筋土复合体三轴试验结构分析得出。

2.本构模型

加筋土的本构模型有分离模型和复合模型两种。分离模型是将土与加筋材料看作两种材料；加筋材料通常采用一维线性单元和薄形矩形单元模拟，土体仍采用未加筋的本构模型。如德普拉斯克提出的加筋土非线性本构模型，该方法思路比较直观，应用比较广泛，但在计算土钉墙、格栅加筋等结构方面存在缺陷，且筋土之间界面的力学参数不易得到。

复合模型把加筋土作为一种均质的复合材料，筋材与土的相互作用仅作为加筋土材料的内力，仅影响复合材料的性质，不直接参与应力应变计算。近年来，国内外学者在此方面进行了深入研究，取得了许多有价值的成果，如哈里逊和格拉德提出了等效材料模型、张孟喜的加筋砂粘土的三段式弹塑性模型等。

3.计算方法

极限平衡法、数值分析法、有限元分析法是加筋土最常用的设计方法。加筋结构的有限元分析方法大致可分为两类：一类是将织物和土体层层计算，用界面单元将土工织物单元和土体单元联系起来；另一类是将土工织物和土体作为一种复合体即复合土体进行计算，对加固范围内的土体采取复合参数，其他土体仍用原指标。

二、施工方法

不同工程类别，加筋土选用的筋材、施工工艺、机械设备、质量要求等存在一定区别。对于加筋土挡土墙，施工步骤主要包括面板的预制和安装、筋带的铺设和填料的碾压等。施工过程为：工程构件预制→面板安装→检测面板→铺设筋带→检查筋带→填料铺设→填料检查→填料碾压→检测压实度和面板→墙顶标高→附属设施→竣工验收。施工过程中筋带不应重叠、弯曲，不得与硬质棱角填料直接接触，避免筋带位置移动。

为充分发挥加筋材料和土体各自的物理力学性质，加筋土复合地基必须对加筋土施工工艺、施工质量进行严格控制：（1）加筋材料应预设初期应力，端部应有可靠的锚固；（2）应遵循铺设加筋材料→拉平拉紧两端、两端折起包裹砂砾并两端填砂→中心填砂→两端砂增高→最后中心填砂的施工顺序；（3）垫层施工采用水平铺设加筋材料与土工织物碎石袋垫层交替铺设。

三、工程应用

随着理论研究和施工技术的不断成熟完善以及加筋材料性能和质量的不断提高，加筋土技术在工程中得到广泛应用，主要体现在以下方面：

1.加筋挡墙

加筋土挡墙是面板、筋材和填土形成的结合体，主要有条带式和包裹式两种形式，具有以下优点：（1）加筋土挡墙属于柔性结构，比传统的混凝土等刚性结构更适应地基变形，在不良地基的条件下具有显著优越性；（2）加筋材料能有效吸收振动所传递的能量，具有良好的抗震性；（3）施工便利，工期短；（4）造价低，经济效益显著；（5）美化绿化效果好。

2.加筋土坡

加筋土坡是在稳定地基上沿坡高按一定垂直间距，近似水平方向铺放筋材，靠近坡面略向上弯曲，在堤脚底部近似斜线。其具有以下优点：（1）土坡边坡较陡，可节省填料和场地；（2）防止因边坡土料侧向移动产生表面滑塌，提高填土压实质量；（3）采用原地土作填料，节省施工费用和时间。

3.加筋垫层

在路基底部铺放单层或多层高模量的土工织物或土工格栅做加筋垫层，可减小地面承受的水平剪应力，进而限制地基土的侧向变形，具有以下优点：（1）通过筋材与地基之间的界面摩擦作用，增强地基上侧向约束，提高地基承载力；（2）土工合成材料的抗拉力对滑动圆弧中心形成抗滑力矩，可抵抗滑动破坏，提高堤坝的抗滑稳定性；（3）增强路堤填料土拱效应，调整不均匀沉降，防止堤面开裂，减少填土的沉降量；（4）提高堤坝的填筑高度。

四、小结

加筋土技术在近年来得到迅速发展，广泛应用于铁路、公路、建筑等各类工程中，取得巨大的经济效益和社会效益。目前，加筋土技术在理论和生产实践方面具有了相应基础，有着广阔的发展前景，借助相关标准的出台，该技术应用前景将更加广阔■

（作者单位：安徽省·水利部淮委水利科学研究院 233000）

（专栏编辑：张 婷）