加筋土分析

豆香香　彭灿

摘 要：我国地域辽阔，自然地理环境不同，地质各异，随着我国建设项目规模的日益扩大，对软弱地基的处理的重要性也日益突显出来，人们对地基处理有多种方式，其中较为重要的一种方式就是加筋法。加筋法是在土中加入条带、纤维或网格等抗拉材料，依靠他们良好的抗拉性能改善土的力学性能，从而提高土的强度和稳定性的方法。土体与加筋材料形成复合土体，当复合土体受到竖向荷载作用时，水平方向的加筋材料和土体之间会产生摩擦力，从而减少复合土体的横向变形，使复合土体的竖向承载力增加，进而达到加强地基的作用。

关键词：地基；加筋法；加筋土；土工聚合物；加筋土挡墙；土钉

土木工程建设过程中，当遇到浅层土质不良时，采用天然地基往往不能满足结构物基础对地基的要求。在结构物的建造过程中常出现的地基问题主要有地基强度和稳定性不够、地基变形过大、地基出现渗漏和溶蚀以及地基在动力荷载作用下发生液化和振沉等。人们常常对浅层土质进行处理以解决这些问题，其中处理方式按照地基处理的原理可以分为机械压实法、强夯法、换填法、排水固结法、振冲法、挤密法、化学加固法、托换法和加筋法九大类。我国于20世纪70年代开始对加筋土进行研究和探讨，随后在铁路、公路、水利、建筑等部门不断得应用与发展。

1 加筋法的分类、概念和作用

在工程建筑中加筋法主要分为三类：土工聚合物、加筋挡土墙以及土钉加固。

1.1 土工聚合物（或称为土工合成材料、土工织物）是以合成纤维、塑料和合成橡胶等聚合物为原料制成的用于岩土工程的新型材料。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维透水特性，利用这种特性可以将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）将土工聚合物放置在两种不同的材料之间，土工聚合物可以使两种材料隔开，不使其交渗混杂，同时又能很好的将两种材料粘结在一起，保持统一作用，因此其又具有对不同材料起隔离的作用；（3）在渗流出口区铺设土工聚合物作为反滤层，可以提高被保护土体的抗渗强度，因此其具有网孔渗透过滤作用；（4）土工聚合物具有良好的抗拉性能和韧性，且与金属材料相比，土工聚合物不会因腐烂而失效，因此可以作为土坡、堤坝、地基、挡土墙的加筋材料，起到加筋作用。

1.2 在土体中的一定部位铺设水平方向的加筋材料，土与加筋材料紧密结合成一复合土体，这种复合土体称为加筋土。加筋土挡土墙是由填土和在填土中水平布置一定量的带状筋体（或称拉筋）以及直立的墙面板三部分组成一个整体的复合结构。加筋挡土墙的优点：（1）充分利用材料的性能，以及拉筋与土的共同作用，节约混凝土，墙面板可在工厂预制成批加工，节约原料，且质量有保证；（2）面板类型多种多样，用于城市道路的支挡，可以美化环境；（3）施工简单，不需要大型的机械设备，施工时的占地面积小，且施工速度快；（4）加筋挡土墙的面板薄，基础小，墙面垂直，减少了土方的施工量，因此工程造价好，经济效益高；（5）加筋挡土墙是有各种构件相互拼接而成，具有柔性结构的性能，故可以承受较大的地基变形，因此具有良好的适应能力；（6）加筋挡土墙具有良好的整体性，抗震效果好。

1.3 土钉加固是指将拉筋插入土体中，全长与土体粘结，并在坡面上喷射混凝土，从而使土体加固的方法。土钉加固的类型、特点以及适用性：（1）按照施工方式的不同，土钉加固可以分为钻孔注浆型土钉、打入土钉和射入土钉。钻孔注浆土钉，由于土钉与周围土体粘结较为紧密，常用作永久性或临时性支撑，是目前最为广泛的支撑方式；打入土钉由于土钉与周围土体间有较大的空隙，易腐蚀，故常常作为临时支护；射入土钉施工速度快、经济、适用于多种土地，但目前使用尚不广泛，具有很大的发展潜力；（2）土钉加固法具有对周围建筑影响小，施工工具简单、施工灵活，经济效益好等特点。主要适用于边坡开挖支护、天然边坡加固、加筋挡土墙的修复、隧道入口的加固和锚杆墙的修复等地方。

2 加筋法的设计计算

2.1 针对不同的对象，土工聚合物具有不同的作用，因此对其要求也不相同。土工聚合物作为滤层设计使要将其与所保护土体的物理力学性质结合起来，满足有效孔径和透水性能的要求；在软弱地基的加固中，土工聚合物与土体之间应有足够强的摩擦力，以限制土体的横向变形，提高地基承载力，通常是在土工聚合物与土体间填中、粗沙以增加摩擦力；土工聚合物作为路基加固时不仅可以提高地基承载力和增加地基的稳定性，还可以将其与沙层共同作用为同一层，使该层在作为软地基排水面的同时又作为地基的柔性筏基，以减少路基的不均匀沉降。

2.2 加筋土的主要作用机理是通过拉筋限制土体的横向变形以提高土体的承载力。加筋挡土墙的稳定性包括内部稳定和外部稳定，其破坏形式主要有外部破坏（土坡整体失稳破坏、滑动破坏、倾覆破坏、承载力破坏）和内部破坏（拉筋拔出断裂破坏、面板拉筋接头破坏、面板断裂等）。根据加筋挡土墙的破坏形式及其特点，对加筋挡土墙的材料提出了以下要求：（1）混凝土面板应有足够的强度，（国内一般采用预制构件，其强度等级不低于C18，厚度不小于80mm），本身应为刚性并且要求具有良好的耐腐蚀性和耐久性；（2）拉筋应垂直与面板水平布置，且拉筋要具有较高的强度，受力变形性能小，能够与填土之间产生足够的摩擦力；抗腐蚀性能好，加工、接长和面板的连接简单；（3）加筋挡土墙内的填土应易被压实，且能与加筋材料之间产生足够强的摩擦力；在浸水地区应采用渗透性良好的土为填土，季节性冻土区宜采用非冻胀土作为填土。

加筋挡土墙的设计步骤主要为：（1）计算加筋土挡墙上填土重力以及荷载作用的等代土层厚度；（2）进行拉筋抗拉、设计断面和长度计算；（3）验算基地地面地基承载力；（4）进行基地滑移稳定验算；（5）对挡土墙进行倾覆稳定验算；（6）进行整体滑动稳定验算。

2.3 土钉加固定法的主要原理一方面是在土体内增一设定长度和分布密度的锚固体，使土钉和土体之间形成复合土体，以弥补土体自身强度的不足，提高土坡的刚度和耐久性；另一方面限制土钉与土体之间相对位移产生的摩阻力从而起到加固作用。土钉支挡体系的设计步骤一般包括：（1）根据土坡的几何尺寸（深度、切坡倾角）、土性和超载情况，估算潜在破裂面的位置；（2）计算选择土钉的形式、截面尺寸、长度、安置倾角和间距；（3）验算土坡的内部稳定；（4）验算土坡的外部强度稳定（抗倾覆稳定性、抗滑移稳定性以及地基强度等）。

随着我国建筑行业的迅速发展，作为土木人我们应当充分掌握不同地基的处理方式，了解基本的处理方法，结合所建工程的性质、特点以及重要性，对地基做出适当的处理以满足建筑要求。加筋法处理是边坡加固、软地基处理是种较为广泛的使用方式，我们应充分了解其工作原理以及建设方法。

参考文献

[1] 刘永红主编.地基处理[M].科学出版社，2005.8.

[2] 刘福臣，林世乐，黄怀峰.地基基础处理技术与实例[M].化学工业出版社，2010.06.

[3] 刘大鹏，张青喜，刘岩艳.地基与基础[M].北京：清华大学出版社， 2009.08.

作者简介：豆香香，女，河南周口人，郑州大学土木工程学院2011级本科生，土木工程专业；彭灿，女，河北石家庄人，郑州大学土木工程学院2011级本科生，土木工程专业。