1、概述概述1 1土工合成材料分类与性能指标土工合成材料分类与性能指标2 2土工合成材料主要功能土工合成材料主要功能3 3加筋土的加固机理加筋土的加固机理4 4加筋地基设计加筋地基设计5 5加筋地基施工要点加筋地基施工要点6 6第第8 8章章 加筋土技术加筋土技术 8.1 8.1 概概 述述 加筋土技术加筋土技术：是将基是将基础下一定范围内的软弱土础下一定范围内的软弱土层挖去，然后逐层铺设土层挖去，然后逐层铺设土工合成材料与砂石等组成工合成材料与砂石等组成的加筋垫层作为地基持力的加筋垫层作为地基持力层，通过筋材与土体之间层，通过筋材与土体之间的摩擦作用可以改善土体的摩擦作用可以改善土体抗拉、抗剪性
2、能，提高地抗拉、抗剪性能，提高地基承载力，减小沉降的一基承载力，减小沉降的一种地基处理方法。种地基处理方法。加筋土垫层加筋土垫层加筋土挡墙加筋土挡墙单面式加筋土挡墙单面式加筋土挡墙双面式加筋土挡墙双面式加筋土挡墙包包裹裹式式加加筋筋土土挡挡墙墙条条带带式式加加筋筋土土挡挡土土墙墙8.2 8.2 土工合成材料分类与性能指标土工合成材料分类与性能指标8.2.1 8.2.1 土工合成材料分类土工合成材料分类 1.土工织物 土工织物又称土工纤维，是指用合成纤维纺织或经胶结、热压针刺等无纺工艺制成的土木工程用卷材p 土工织物按其用途分为滤水型、不透水型、保温型。宽度为118米，长度不限。p 滤水型土工织
3、物允许水通过，而阻止细粒土随水流失。其用途可以代替管道作为排水盲沟；p 道路中作为渗滤层，以防止翻浆冒泥；p 软弱地基上作为堤坝的垫层，以提高地基的稳定性；或隔离两种不同粒径的土粒，以免混合。p 土工织物表面敷以不透水的涂层即成为防水型，可以作为渠道的防渗漏铺面，也可作为房屋基础中的防潮层。保温型土工织物，用于寒冷地区作为地基的保温隔层。(2)(2)土工格栅土工格栅 是一种以塑料（高密度聚乙烯或聚丙烯）为原料加工形成是一种以塑料（高密度聚乙烯或聚丙烯）为原料加工形成的开口的、类似格栅状的产品，具有较大的网孔，可以在一的开口的、类似格栅状的产品，具有较大的网孔，可以在一个方向或两个方向上进行定向
4、拉伸以提高力学性能，多用于个方向或两个方向上进行定向拉伸以提高力学性能，多用于加筋。加筋。(3)(3)土工格室土工格室 高密度聚乙烯条制成，条间沿宽度方向用超声波焊接。高密度聚乙烯条制成，条间沿宽度方向用超声波焊接。在加筋地基现场在加筋地基现场像手风琴一样展开像手风琴一样展开，展开的面积大，展开的面积大10m10m5m5m，每块面积中含有数百个独立的格室，每格直径约每块面积中含有数百个独立的格室，每格直径约200mm200mm。在。在格室中充填砂砾料，振动压实后构成加筋垫层。格室中充填砂砾料，振动压实后构成加筋垫层。与土工格室垫层相比，用土工格栅可连接成平面上呈与土工格室垫层相比，用土工格栅可
5、连接成平面上呈方形或三角形的空格，填充粗粒料形成更厚的垫层。方形或三角形的空格，填充粗粒料形成更厚的垫层。8.2.2 8.2.2 土工合成材料的性能指标土工合成材料的性能指标 土工合成材料的性能指标应包括下列内容，并应按工土工合成材料的性能指标应包括下列内容，并应按工程设计需要确定程设计需要确定试验项目试验项目：p物理性能：材料密度、厚度（及其与法向压力的关系）、物理性能：材料密度、厚度（及其与法向压力的关系）、单位面积质量、等效孔径等；单位面积质量、等效孔径等；p力学性能：条带拉伸、握持拉伸、撕裂、顶破、力学性能：条带拉伸、握持拉伸、撕裂、顶破、CBRCBR顶破、顶破、刺破、胀破等强度和直剪
6、摩擦、拉拔摩擦等；刺破、胀破等强度和直剪摩擦、拉拔摩擦等；p水力学性能：垂直渗透系数（透水率）、平面渗透系数水力学性能：垂直渗透系数（透水率）、平面渗透系数（导水率）、梯度比等；（导水率）、梯度比等；p耐久性能：抗紫外线能力、化学稳定性和生物稳定性、耐久性能：抗紫外线能力、化学稳定性和生物稳定性、蠕变等。蠕变等。8.2.3 8.2.3 土工合成材料的容许抗拉强度土工合成材料的容许抗拉强度 土工合成材料的土工合成材料的容许抗拉强度容许抗拉强度是加筋地基设计中的一是加筋地基设计中的一个重要参数。土工合成材料的设计容许抗拉强度可按下式计个重要参数。土工合成材料的设计容许抗拉强度可按下式计算：算：RF
7、 材料综合强度折减系数；材料综合强度折减系数；RFCR材料因蠕变影响的强度折减系数；材料因蠕变影响的强度折减系数；RFiD材料因在施工过程中受损伤的强度折减系数；材料因在施工过程中受损伤的强度折减系数；RFD材料长期老化影响的强度折减系数；材料长期老化影响的强度折减系数；。aTTRFCRiDDRFRFRFRF8.3 8.3 土工合成材料主要功能土工合成材料主要功能 加筋、过滤、排水、隔离、防渗和防护加筋、过滤、排水、隔离、防渗和防护 8.3.1 8.3.1 加筋功能加筋功能 加筋是土工合成材料在地基处理中的加筋是土工合成材料在地基处理中的最主要功能最主要功能。u改变土中的应力分布状况改变土中的
8、应力分布状况，约束土体的侧向变形约束土体的侧向变形，从而提，从而提高土体结构的稳定性。高土体结构的稳定性。u材料要求具有材料要求具有较高的抗拉强度和刚度较高的抗拉强度和刚度，并且与填土之间的，并且与填土之间的咬合力强咬合力强，对于永久性结构还要求，对于永久性结构还要求蠕变小，耐久性好蠕变小，耐久性好。8.3.2 8.3.2 过滤和排水功能过滤和排水功能 很多土工合成材料具有很多土工合成材料具有良好的过滤性、透水性和导水性良好的过滤性、透水性和导水性，因而，在土体中需要设置过滤或排水的地方都可以采用土工因而，在土体中需要设置过滤或排水的地方都可以采用土工合成材料合成材料 。土工织物土工织物土工织
9、物土工织物土工织物土工织物土工织物土工织物塑料排水带塑料排水带（a a）（b b）（c c）（d d）图图8-2 8-2 土工合成材料用于过滤与排水土工合成材料用于过滤与排水a a）排水棱形滤层）排水棱形滤层 b b）塑料排水带和土工织物水平排水层）塑料排水带和土工织物水平排水层 c c）排水盲沟滤层）排水盲沟滤层 d d）挡土墙背排水层）挡土墙背排水层 8.3.3 8.3.3 隔离功能隔离功能 利用土工合成材料把利用土工合成材料把两种不同两种不同粒径的土、砂子、石料或粒径的土、砂子、石料或把土、砂子、石料和其它结构把土、砂子、石料和其它结构隔离开来隔离开来，以免相互混杂，造，以免相互混杂，造
10、成土料污染、流失，或其它不良效果，当放置在建筑物和软成土料污染、流失，或其它不良效果，当放置在建筑物和软弱地基之间时，发挥隔离功能的同时亦起到加筋作用。弱地基之间时，发挥隔离功能的同时亦起到加筋作用。路基土侵入基层基层压入土基隔离作用8.3.4 8.3.4 防渗功能防渗功能 土工合成材料如土工合成材料如土工膜土工膜和和复合土工膜复合土工膜，可以制成不透水，可以制成不透水的或极不透水的土工膜以及各种复合不透水的土工合成材的或极不透水的土工膜以及各种复合不透水的土工合成材料。这些土工合成材料可以用在各种需要防水、防气以及料。这些土工合成材料可以用在各种需要防水、防气以及防有害物质的地方。防有害物质
11、的地方。土工膜（主衬垫）土工网（检漏和集液）土工膜（第二层复合衬垫）滤层土砾石粘土垫层多孔管天然地基土废弃物 8.3.5 防护功能防护功能 防冲、防沙、防震、保温、植生绿化、环境保护等。防冲、防沙、防震、保温、植生绿化、环境保护等。8.4 8.4 加筋土的加固机理加筋土的加固机理 8.4.1 8.4.1 加筋土的摩擦原理解释加筋土的摩擦原理解释 在加筋土结构中，填土自重和外部荷载等作用下，将在加筋土结构中，填土自重和外部荷载等作用下，将在填料和筋材之间在填料和筋材之间产生摩擦力产生摩擦力，筋材的存在将，筋材的存在将阻止填土的阻止填土的侧向位移侧向位移。当筋材具有足够的抗拉强度，并与土产生足够。
12、当筋材具有足够的抗拉强度，并与土产生足够的摩阻力，则加筋土体就可保持稳定。的摩阻力，则加筋土体就可保持稳定。u 筋带中的拉力是由其筋带中的拉力是由其接触的接触的土颗粒传递给没有直接接触的土颗粒传递给没有直接接触的土颗粒土颗粒。u上下间隔的两道筋材之间的上下间隔的两道筋材之间的土体，土体，由于筋材对土体的法向由于筋材对土体的法向反力和摩擦阻力在土颗粒间的反力和摩擦阻力在土颗粒间的传递而形成与土压力平衡的承传递而形成与土压力平衡的承压拱压拱，除了筋材端部的土体不除了筋材端部的土体不稳定外，稳定外，上下筋材之间的土体上下筋材之间的土体将形成一个稳定的整体将形成一个稳定的整体，u在满足上述只产生摩擦力
13、而在满足上述只产生摩擦力而不产生滑移的条件下，筋带改不产生滑移的条件下，筋带改良和提高了砂的力学特性，成良和提高了砂的力学特性，成为能够支承外力和自重的结构为能够支承外力和自重的结构体。体。加筋土体的承压拱效应 筋材之间土体的稳定 8.4.2 8.4.2 加筋土准粘聚力原理解加筋土准粘聚力原理解释释 u 外部荷载作用下，水平筋材与外部荷载作用下，水平筋材与土体之间产生摩擦作用，将引起土体之间产生摩擦作用，将引起侧向变形的拉力传递给拉筋，使侧向变形的拉力传递给拉筋，使得土体侧向变形受到约束，加筋得土体侧向变形受到约束，加筋土的强度有所增加。土的强度有所增加。u土中加筋土与未加筋土的强度土中加筋土
14、与未加筋土的强度曲线基本平行，说明曲线基本平行，说明值在加筋值在加筋后基本不变后基本不变，加筋土的力学性能，加筋土的力学性能的改善是由于加筋复合体具有的改善是由于加筋复合体具有“粘聚力粘聚力”，它是由于加筋引起，它是由于加筋引起的，所以称为的，所以称为“准粘聚力准粘聚力”。13ocr有筋带无筋带3约束应力约束应力 三轴试验条件，加筋土试件达到新的极限平衡三轴试验条件，加筋土试件达到新的极限平衡时应满足的条件为：时应满足的条件为：)245(tan)(2331)245tan(2)245(tanr231c)245tan(213rc13ocr有筋带无筋带3 若筋带所增加的强度以粘聚力若筋带所增加的强度
15、以粘聚力c cr r加到土体内来表示则加筋土达到加到土体内来表示则加筋土达到极限平衡状态时应满足的条件为：极限平衡状态时应满足的条件为：由于筋带作用产生的由于筋带作用产生的“准粘聚力准粘聚力”为：为：上式是建立在筋材不出现断裂或上式是建立在筋材不出现断裂或滑动，同时也不考虑拉筋受力作滑动，同时也不考虑拉筋受力作用后产生拉伸变形的条件下得到用后产生拉伸变形的条件下得到的，这仅仅适用于高抗拉强度和的，这仅仅适用于高抗拉强度和高弹性模量的土工合成材料高弹性模量的土工合成材料 对于低弹性模量、延伸率较大的土工合成材料，为考虑拉筋的变形特性 设筋材横截面积为设筋材横截面积为As、强度为、强度为s，水平间
16、距为，水平间距为Sx，垂直，垂直间距为间距为Sy，则根据极限静力平衡条件，可得到侧向，则根据极限静力平衡条件，可得到侧向“约束约束应力应力”的表达式为：的表达式为：3+3SxSy1Ass13+322yxss3SSAyxssr2)245tan(SSAc8.5 8.5 加筋地基设计加筋地基设计 8.5.1 8.5.1 加筋地基简述加筋地基简述 加筋地基是将基础下一定范围内的软弱土层挖去，然后加筋地基是将基础下一定范围内的软弱土层挖去，然后逐层铺设土工合成材料与砂石等组成的加筋垫层来做地基持逐层铺设土工合成材料与砂石等组成的加筋垫层来做地基持力层。当筋材埋设方式和数量得当时，就可以极大地改善地力层。
17、当筋材埋设方式和数量得当时，就可以极大地改善地基的承载力。基的承载力。普朗特尔条形浅基础地基极限承载力公式：普朗特尔条形浅基础地基极限承载力公式：qcu21bNqNcNpc、和和取加筋土垫层的参数取加筋土垫层的参数 基础两侧完整滑动面总水平长度Lu为 tan2u24tan21ebLtan24u24cos2cosebD滑动面最大深度Du 8.5.3 8.5.3 条形浅基础加筋土地基条形浅基础加筋土地基1.1.筋材布置筋材布置tan2u24tan21ebLtan24u24cos2cosebD3/21bz bz2n在实践中要求筋材的布置范围应符合：在实践中要求筋材的布置范围应符合：最上层筋材距基底最
18、上层筋材距基底最下层筋材距基底最下层筋材距基底筋材层数筋材层数N为为36，且长度，且长度L足够。足够。按基础两侧压力扩散线外侧筋材的抗拉极限状态来确定筋材按基础两侧压力扩散线外侧筋材的抗拉极限状态来确定筋材长度，长度，u筋材容许拉力不大于压力扩散线外侧筋材的抗拔力筋材容许拉力不大于压力扩散线外侧筋材的抗拔力u在计算筋材锚固段长度时，忽略基底压力在筋材上附加应力引起的在计算筋材锚固段长度时，忽略基底压力在筋材上附加应力引起的摩擦力，只计算上覆土重引起的正应力摩擦力，只计算上覆土重引起的正应力。)(tan2pspaiiizdfFTzbL当从0增至35时，Lu从7.0b增至12.53b，筋材的增长大
19、幅度增加了基坑开挖的工程量，故适当减短长度故适当减短长度筋材单位长度筋材单位长度摩擦力摩擦力等长布置，一般长度不超过2.5b 2.2.地基承载力设计公式地基承载力设计公式 筋材提高的地基承载力可用下式表示：筋材提高的地基承载力可用下式表示：考虑因考虑因埋深修正提高的承载力和垫层压力扩散提高的埋深修正提高的承载力和垫层压力扩散提高的承载力承载力，则加筋地基，则加筋地基增加增加的地基承载力设计值的地基承载力设计值:245tan245costan2245sin22unaDzbKNTffzbzpzdftan2tan2)5.0(nnkndR加筋土（砂）垫层地基承载力设计公式为：加筋土（砂）垫层地基承载力
20、设计公式为：Rakkffp 4.4.加筋地基设计步骤加筋地基设计步骤 初步选定筋材并确定计算参数初步选定筋材并确定计算参数;承载力计算承载力计算;承载力校核承载力校核;沉降变形验算沉降变形验算;确定筋材布置参数。确定筋材布置参数。5.5.加筋地基构造要求加筋地基构造要求 在软土上宜先铺砂垫层，再覆盖筋材。砂垫层厚在软土上宜先铺砂垫层，再覆盖筋材。砂垫层厚度在陆上施工时。不应小于度在陆上施工时。不应小于200mm200mm，水下施工时，不应小，水下施工时，不应小于于500mm500mm。垫层料宜采用中、粗砂，含泥量不应大于。垫层料宜采用中、粗砂，含泥量不应大于5%5%。筋材上直接抛石时应先铺一层
21、保护土工网。筋材上直接抛石时应先铺一层保护土工网。8.5.4 8.5.4 土堤的加筋土地基土堤的加筋土地基 位于软土地基上的土堤，包括堤坝和路堤，其加筋土地位于软土地基上的土堤，包括堤坝和路堤，其加筋土地基有两种结构形式：基有两种结构形式：一是平铺的土工织物或土工格栅一是平铺的土工织物或土工格栅，又分，又分为在地基表面平铺一层，或挖除部分软土，分层平铺数层筋为在地基表面平铺一层，或挖除部分软土，分层平铺数层筋材，各层筋材间铺设砂砾料构成加筋土垫层，或在堤身内部材，各层筋材间铺设砂砾料构成加筋土垫层，或在堤身内部由底向上平铺数层加筋材料；由底向上平铺数层加筋材料；二是土工格栅框格垫层。二是土工格
22、栅框格垫层。土堤的加筋土地基可能产生的破坏形式有：土堤的加筋土地基可能产生的破坏形式有：a.a.堤和地基整体滑动破坏堤和地基整体滑动破坏；b.b.土堤的堤坡部分沿着筋材表面水平滑动土堤的堤坡部分沿着筋材表面水平滑动；c.c.基土挤出破坏基土挤出破坏；d.d.地基承载力不足产生过大的沉降变形地基承载力不足产生过大的沉降变形。1.1.整体滑动整体滑动 楔体分析法楔体分析法qHHKE2aa21afuaffaf221KDcDKDqHEpfupf2fPf221KDcKDElcSuf5.1afapffasEEESNTF分析隔离体分析隔离体ABGP 1.1.整体滑动整体滑动 圆弧滑动分析法圆弧滑动分析法 圆
23、弧滑动分析法是圆弧滑动分析法是规范推荐的设计分析规范推荐的设计分析方法。方法。当堤基下软弱当堤基下软弱土层较深时，滑动面土层较深时，滑动面可能贯穿基土和堤身，可能贯穿基土和堤身，设计采用修正的圆弧设计采用修正的圆弧滑动分析法。滑动分析法。iiiiiiiWTWlcFsin)tancos(s2.2.堤坡滑动堤坡滑动滑动力为滑动力为:2/)(2HKEaa抗滑动力为抗滑动力为:2/)tan(sgHlT 考虑两者的平衡，并取抗考虑两者的平衡，并取抗滑安全系数为滑安全系数为2.0 2.0 sgatanH2Kl 2tansgHKlETaa3.3.基土挤出基土挤出affaffaf22KDcDKDHEpffpf
24、2fpf221KDcKDEsggtan2HlS fffftan2DHclSaffgpfsESSEF4.4.土堤加筋地基的设计步骤土堤加筋地基的设计步骤 根据现场情况，初步拟定加筋地基和路堤边坡比例、根据现场情况，初步拟定加筋地基和路堤边坡比例、加筋材料铺设方式和铺设长度；加筋材料铺设方式和铺设长度；初步确定加筋材料以及加筋层间距和层数；初步确定加筋材料以及加筋层间距和层数；计算加筋土堤整体稳定性，求得稳定性系数最小值；计算加筋土堤整体稳定性，求得稳定性系数最小值；如满足，继续下一步，否则调整设计参数，直到稳定系数最如满足，继续下一步，否则调整设计参数，直到稳定系数最小值满足规范要求；小值满足规
25、范要求；校核锚固长度；校核锚固长度；验算平面滑动稳定性；验算平面滑动稳定性；完善边坡防护、排水等有关设计内容。完善边坡防护、排水等有关设计内容。8.6 8.6 加筋地基施工要点加筋地基施工要点 1 1）筋材的铺设宽度应符合设计要求，施工时筋材应垂）筋材的铺设宽度应符合设计要求，施工时筋材应垂直于地基轴线方向铺设，需要接长时，连接强度不应低于直于地基轴线方向铺设，需要接长时，连接强度不应低于原筋材强度，原筋材强度，叠合长度不应小于叠合长度不应小于15cm15cm；2 2）土工合成材料的铺设不允许）土工合成材料的铺设不允许出现褶皱出现褶皱，应用人工拉，应用人工拉紧，必要时可采用插钉等措施固定土工合
26、成材料于填土层紧，必要时可采用插钉等措施固定土工合成材料于填土层表面；水下铺设土工织物筋材时，应采用工作船或工作平表面；水下铺设土工织物筋材时，应采用工作船或工作平台，并应及时定位或压重；台，并应及时定位或压重；3 3）铺设土工合成材料的土层表面应平整，表面严禁有）铺设土工合成材料的土层表面应平整，表面严禁有碎石、块石等坚硬凸出物；在距离土工合成材料层碎石、块石等坚硬凸出物；在距离土工合成材料层8cm8cm以内以内的最大粒径不得大于的最大粒径不得大于6cm6cm；8.6 8.6 加筋地基施工要点加筋地基施工要点 4 4）土工合成材料铺设以后应及时填筑填料，以避免其）土工合成材料铺设以后应及时填筑填料，以避免其受到阳光长时间的直接暴晒，通常情况下间隔时间不宜超受到阳光长时间的直接暴晒，通常情况下间隔时间不宜超过过4848小时；小时；5 5）填料应分层铺设、分层碾压，并应控制施工速率，）填料应分层铺设、分层碾压，并应控制施工速率，所选填料机器压实度应满足相关设计和施工规范规定的要所选填料机器压实度应满足相关设计和施工规范规定的要求；求；6 6）应按设计要求进行施工监测。）应按设计要求进行施工监测。本章结束谢谢！
