加筋砂石垫层在软弱地基中的应用7502900586 - 图文

加筋砂石垫层在软弱地基中的应用

摘要：根据模型试验，结合理论分析，探讨了土工合成材料加筋垫层的工作机理、应力扩散角与承载力计算；提出了加筋垫层的实用设计方法。工程监测证实，加筋垫层具有增大压力扩散角，加大压缩层范围内地基的整体刚度，增加地基的稳定性等作用。 关键词：加筋垫层；软弱地基；土工带；扩散角。

加筋土技术是20世纪60年代以来国际岩土工程领域中的重要发展之一。我国从70年代后期开始了这方面的研究应用。1979年云南煤矿设计院在田坝煤矿以多节半刚性联结的预制钢筋混凝土杆件为加筋材料，成功地建成国内第一座加筋土支挡体系的贮煤槽仓。之后，加筋土支挡工程得到迅速发展。但是将土工合成材料加筋垫层应用于建筑地基的研究应用相对较少。为了在山西广泛赋存的高灵敏饱和软弱地基上建造多层及小高层建筑，我院开展了建筑地基加筋垫层的研究应用，取得了较好的效果。

1、问题提出

建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）第5.2.7条提出：当地基受力层范围内赋存软弱下卧层时，按下式进行强度验算：

Pz+Pcz≤faz （1.1）

式中：Pz——软弱下卧层顶面处的附加压力值（荷载标准组合条件），kPa； Pcz——软弱下卧层顶面处土的自重压力值，kPa；

faz——软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值，kPa。 确定Pz的方法，对于条形基础：

Pz=b(Pk-Pc)/(b+2ztanθ) （1.2） 对于矩形基础：

Pz=lb(Pk-Pc)/(b+2ztanθ)·(l+2ztanθ) （1.3） 式中：b——基础底面宽度，m； l——矩形基础底面长度，m；

Pc——工础底面处土的自重压力，kPa； Pc——基础底面处的自重压力,kPa； z——基底至软弱下卧层顶面的距离，m；

θ——地基压力扩散线与垂直线的夹角（压力扩散角），可按表1.1取值。

建筑地基处理技术规范（JGJ79—2002）对换填垫层也提出了相应的条文规定，见表1.2。

2004版湿陷性黄土地区建筑规范（GB50025-2004）第6.1.8条对灰土的压力扩散角θ作了新的规定，将本文表1.2注1中的灰土角取值修改为“当Z/b<0.25时，可取θ=0”。

对于山西地区多层建筑（6～12层）的软弱地基采用置换垫层法处理软土地基时的基础型式多为筏基。这时常出现垫层厚度与基础板宽之比z/b<0.25的情况。按上述表列要求，压力扩散角需取0°。在这种条件下设置执层达不到扩散应力、限制沉降的目的，但模型试验及工程实践证明，在z/b<0.25时，加筋执层具有扩散应力，限制沉降的作用。1998年原国家经贸委曾向国务院上报《关于组织实施土工合成材料的推广应用问题的请示报告》，国务院主要领导于1998年9月6日做了批示：“请有部门贯彻落实，首先在今年开始的大修堤防工程中应用”，据此，国家经贸委建设部联合以经国贸技术[1999]662号文发出《关于建立土工合成材料应用示范工程的通知》。要求认真落实批示精神，积极稳妥地做好土工合成材料的推广应用工程。为此，对91版《建筑地基处理技术规范》补充增加了加筋垫层的设计、施工条文。之后2004年新版地基处理技术规范中较为完整地对土工合成材料加筋垫层作了相关条文规定，但在压力扩散角表中，未提及土工合成材料。即对加筋垫层的压力扩散角θ是否受z/b<0.25时θ=0°的限制，或者θ如何取值，没有明确说明。规范中也未述及加筋垫层的计算方法及构造措施等，这样就给实际应用带来许多困难。我院从1992年开始进行土工带筋带试验研究。至今已在近百幢的工业与民用建筑地基中成功使用，含22层高层住宅不均匀地基处理及直径16m，高52m钢筋混凝土大型贮煤筒仓地基处理。

表1.1地基压力扩散角θ

Esl/Es2 z/b

0.25 3 5 10 6° 10° 20° 0.50 23° 25° 30° 注：1、Esl为上层土压缩模量；Es2为下层土压缩模量；

2、z/b<0.25时，取θ=0°，z/b>0.50时，θ值不变。

表1.2 换填垫层压力扩散角θ

zb 0.25 ≥0.50 中砂、粗砂、砾砂、石屑、卵石、碎石、矿渣 20° 30° 粉质粘土、粉煤灰 6° 23° 灰土 28° 注：1、z/b<0.25，除灰土取θ=28°外，其余材料均取θ=0°，必要时可由试验确定； 2、当0.25

2、土工合成材料加筋垫层

土工合成材料加筋垫层是由分层铺设于垫层中的土工合成材料与垫层土组合构成的。山西地区在加筋垫层中使用的土工合成材料，前期有土工格栅、土工筋带等。近年多采用土工筋带编网，因为在试验应用土工格栅（包括涤纶纤维经编土工格栅，聚丙烯双向土工格栅）时，发现格栅的结点连接相对较弱，导致筋带的抗拉强度得不到发挥，总体受筋带结点强度的控制；在筏基中，基底边、角部位的压力远大于中部；另外，格栅固定的网距在地基中调整较困难。另外，敷设平整，难繁程度较大[1]，为此，近年来都使用土工筋带编网。

用于加筋垫层的土工合成材料多采用聚稀烃复合筋带，规格型号为TG50×2.5、TG25×2.5。前者带宽50mm，厚2.5mm，截面积125mm2；后者宽度、截面积减少一半。部分也采用塑钢复合筋带。

（1）土工筋带的物理性能

从表2.1产品质量检验报告中看出TG型复合加筋带具有良好的耐酸碱与抗老化性能。

表2.1 山西省技术监督局产品质量检验报告

产品名称 规格型号 质量密度 检验环境 送样数量 序号 ①TG25×2.5 ②TG50×2.5 138.99～142.85b/延m （7～7.2m/kg）* 温度20℃，湿度50% 3m 检验项目 TG型复合加筋带 检验依据 偏斜度 主要仪器 到样日期 GB/T3512-1989 GB/T13527-1992 <1% LR-10热老化试验箱 2003.3.14 检验结果

1 2 2.1 2.2 2.3 2.4 3 4 5 5.1 5.2 热氧老化质量损失率/% 化学侵蚀性 40% NaOH溶液 30% H2SO4溶液 40% HNO3溶液 10% MaCl溶液 干湿变化 阿克隆磨损 2-1/cm·1.61km 尺寸变化率 -20℃尺寸变化率/% +50℃ 尺寸变化率/% 0.08～0.13(70℃，168h) 50℃，24h无变化 50℃，24h无变化 50℃，24h无变化 50℃，24h无变化 50℃，24h无变化 0.9 -0.62～-0.53 +0.50～+0.56 *：① 型质量密度加倍。 （2）土工筋带的强度

表2.1及表2.2分别为TG25×2.5、TG50×2.5筋带强度检测成果。测试环境：室温18～20℃，湿度50%；试件长度300mm，标距100mm；加荷速率100mm/min；参照规范，公路加筋土规范；土工合成材料测试手册。试件规格：宽度50±2mm，厚度2.5±0.1mm，偏斜度<0.01。

（3）似摩擦系数f*

在加筋垫层中，筋带与周围介质共同工作主要是靠界面摩擦阻力，用似摩擦系数f*表示。采用应力控制式拉拔试验仪，测得似摩擦系数f*为0.52～0.54。其中拉拔箱尺寸为15×15×10cm（长、宽、高），箱内填料用（标准）细砂，平均粒径d50=0.4mm，不均匀系数Kc=1.63，砂土干密度1.45±0.02g/cm3，拉拔速率1～3mm/min。

表2.2 TG25×2.5筋带强度检测成果

项目 试件号 断裂荷载/kN 断裂强度Mpa 断裂应变% 0.5%应变的荷载/kN 02-1 5.45 87.20 0.75 3.60 02-2 6.03 96.50 0.93 2.90 02-3 6.63 106.10 1.02 3.30

表2.2 TG50×2.5筋带强度测试成果

项目 测试数据 测试数据 02-4 5.87 93.90 0.81 3.50 02-5 5.85 93.60 0.81 3.50 02-6 5.92 94.70 0.80 3.60 平均值 5.96 95.40 0.85 3.40

试件号 断裂荷载/kN 断裂强度/Mpa 断裂应变/1% 1%应变的荷载/kN 01-1 17.35 138.8 1.23 14.60 01-2 17.10 136.8 1.05 16.31 01-3 17.15 137.2 1.07 16.40 01-4 17.25 138.0 1.17 15.80 01-5 17.65 141.2 1.25 15.50 平均值 17.30 138.4 1.15 15.72 上述资料表明，TG型土工筋带的物理与力学性能诸方面是能够很好的应用于地基垫层的。

此外，对钢塑复合加筋带进行了测试。钢塑带与TG带相比，两者外包塑胶层是相同的，只是将TG带中抗拉聚烯烃束更换为钢丝。加筋带规格为宽30mm、厚2.5mm。内置钢丝。定名为CAT30×2.5钢塑复合带。它的强度水平高于TG型土工筋带1.35倍，伸长率相对较低，在地基应力大、变形控制要求严的工程条件采用，在安徽张集选煤厂煤仓地基工程中进行了应用。（CAT30×2.5钢塑复合筋带检测结果见表2.3。）

表2.3 CAT30×2.5筋带检测结果

项目 试件号 断裂荷载/kN 断裂强度/Mpa 断裂应变/% 1%应变的荷载/kN 1 2 测试数据 3 4 5 6 12.24 11.28 11.28 10.92 13.56 13.56 163.2 150.4 150.4 145.6 180.8 180.8 1.37 1.23 1.26 1.12 1.67 1.43 10.20 10.32 10.08 10.45 10.57 10.92 平均值 12.14 161.9 1.35 10.42 注：试验日期2008.08.16，检测单位，西北工大飞机结构强度研究所。 3、加筋碎石土样三轴试验 试验由黄仙枝博士完成*。

试样尺寸为φ300×750mm，试验条件为固结排水剪切试验，碎石的颗粒级配见表3.1，干密度平均值为1.8g/cm3

表3.1 碎石土颗料级配

粒径mm 质量百分比% 35～25 33.5 25～15 37.9 15～5 28.6 土工筋带采用聚烯烃塑玻土工复合筋带，型号规格为TG25×2.5mm，极限抗拉强度σb=95.4MPa，断裂应变（延伸率）δb=0.85%，筋带的张拉应力与应变曲

*引自黄仙枝 土工带加筋碎石土大型三轴试验研究，建筑结构学报V20N2 2005.04及土工带加筋碎石垫层地基的试

验应用及现场研究博士学位论文

线在破坏前基本为线性关系，弹性模量E=10.4Mpa，试样中加筋带的布置，据试样尺寸，在样中能设一层、两层或三层筋带，参见图3.1及表3.2。

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