水利工程论文加筋土技术研究和发展方向

来源：核心期刊咨询网时间：2016-01-27 17:4312

摘要：加筋土 是由土和筋体组成的复合土体。在填土工程过程中铺设加筋带或土工格栅或土工织物等加筋材料，以增强土体的抗拉、抗剪强度和整体稳定性。主要用于堤坝和挡土结构物中。本篇 水利工程论文 针对加筋土技术目前研究的不足之处，提出今后研究方向应在加筋土

　　加筋土是由土和筋体组成的复合土体。在填土工程过程中铺设加筋带或土工格栅或土工织物等加筋材料，以增强土体的抗拉、抗剪强度和整体稳定性。主要用于堤坝和挡土结构物中。本篇水利工程论文针对加筋土技术目前研究的不足之处，提出今后研究方向应在加筋土技术经济可行性的清晰界定分析，以及水利工程建设中加筋土筑堤和坡面防护技术的施工工艺和施工技术参数的研究，制定遵照执行的施工定额和施工技术规范的观点。

　　推荐期刊：《山西水利科技》(季刊)创刊于1971年，由山西省水利学会主办。为中文期刊，主要刊登我省水利建设和科学研究中的新技术、新成果等科技论文，并介绍交流国内外在水利建设中的技术信息，面向全省水利科技工作者提供发表科技论文的阵地，为山西水利建设服务。

　　关键词：加筋土;技术;研究;发展

　　1加筋土技术起源

　　加筋土技术起源于法国，由法国工程师亨利·维达尔(H.Vidal)于1957年开始进行从理论到施工的研究[1]。维达尔等人在砂土中放置筋材，形成砂土加筋复合体，为了研究砂土加筋后土体稳定性提高的原因，进行了三轴试验和现场试验测试，提出了各种假说来解释和阐述筋土之间的互相作用机理。1963年，亨利·维达尔通过模型试验提出了现代加筋土的加筋方法和设计理论，获得Terream旋填土施工法专利权[2]。在工程实践中，利用加筋土技术可以建成直立坡的加筋挡墙(1978年我国在云南建成第一座加筋土挡土墙[3])，也可以修建坡度较直立墙缓的陡坡。

　　2筋材的选择

　　土工加筋的共同特点是在土工构筑物或原位土体中按一定的方向铺设具有较高拉伸模量和抗拉强度的筋材，从而增强土体的稳定性[4]。加筋的作用主要使复合土体增大侧压力，控制或减小侧向位移。因此，筋材的选择主要决定于以下材料性能指标：应力应变关系和它们的抗拉强度;长期荷载下的变形性状;与周围土的相互作用特征，即二者界面摩擦特性和抗拔特性;受环境的影响，包括材料的抗老化性和耐久性等问题。此外，所选择的筋材还必须要满足现场施工的各项要求，考虑它们能经受施工中遇到的种种荷载的影响。

　　常见加筋材料主要为土工合成材料，有土工织物、土工格栅、土工格室、条带筋材等[5]。土工织物分有纺土工织物和无纺土工织物，是采用编织技术生产的可渗透的土工合成材料。土工格栅是由聚乙烯或聚丙烯通过打孔、单向或双向拉伸扩孔而成的一般孔格尺寸为10～100 mm圆形、椭圆形或长方形格栅。土工格室是菱形或蜂窝网状三维土工合成材料，厚度5～20 cm，空格尺寸约80～400 mm，格中充填土、砂或碎石。土工织物抗拉强度较高，但其耐久性较差，造价相对较高。土工格栅具有柔韧性好、高强度、高模量、低蠕变、抗生化腐蚀和老化、不易施工损伤等性能，同时造价相对较低，是土工合成材料中发展最为迅速的一个种类。因此，20世纪90年代以后，抗拉强度高、变形小(延伸率一般 115%～13%)的土工格栅已经代替了土工织物作为加筋材料。

　　3加筋土技术理论研究

　　3.1加筋土技术设计研究

　　加筋土技术的设计方法分为有限单元法和常规设计方法。有限单元法可直观反映变形状况，但是要使有限单元法成为常规的分析手段，还需进一步研究解决以下问题：(1)合理的本构关系;(2)加筋在侧向的应力-应变关系的测定和筋材容许强度的取值;(3)如何按算得的应力场和位移场定量评价安全度。

　　常规设计方法是在传统的稳定分析方法中考虑筋材作用。土坡加筋通常认为土坡的失稳型式与传统考虑的一样;或是沿某个圆弧产生转动式滑动，或是以楔体形式沿折面滑动。要发生滑动时。筋材的抗拉力产生的力矩将增大抗滑作用。评价土坡稳定性常先求出促使产生滑动的滑动力矩MS和抵抗滑动的抗滑力矩 MR，后者与前者之比，即是安全系数Fs。当安全系数Fs大于某一规定的数值时，则认为土坡是稳定的。

　　目前，国内外关于加筋土技术的设计理论研究较多且趋于成熟。但由于土和加筋材料间相互作用所产生的极其复杂的力学特性，有关水利工程中应用较多的加筋土筑堤的设计尚未能形成系统而严密的理论分析方法，在设计中基本还是以岩土力学原理为基础，结合加筋土工程本身的具体条件建立起来的实用分析方法，同时配合工程实践结果所得到的半经验或经验方法，或者利用原型观测和试验等方法来解决实际问题。

　　3.2加筋土技术经济研究

　　由于加筋土技术应用的工程数量以及范围还较小。目前对加筋土技术成本的研究更少，没有现行的可供遵照执行的定额或相关规定。加筋土筑堤成本对于不同的项目参与主体来说，所包括的成本范围也不尽相同，以水利工程中应用较多的加筋土筑堤施工技术为例，从施工的角度来说，加筋土筑堤技术施工成本就是为达到满足设计要求而进行的工程现场施工所消耗的全部资源的货币体现。因此，影响施工成本的因素众多，不考虑填筑料上堤前的开采及运输所涉及的费用，只考虑加筋土筑堤技术主要施工工序，其主要的成本影响因素为填筑料上堤、洒水、碾压、土工格栅铺设、削坡等诸工序，总体来说共分为三个部分，即：生产工人人工成本、材料成本、机械使用成本，详见图1。

　　生产工人人工是指加筋土筑堤施工时直接参与生产经营活动的生产工人，按级别划分为工长、高级工、中级工、初级工四类。土工格栅铺设用人工包括格栅铺设和所需的固定装置U型钉制作所包括的人工。

　　材料是指构成工程实体所需的主要材料消耗量，包括填筑料、土工格栅(含固定装置材料)、水及其他配套材料及装置(如尼龙绳等)。机械使用成本包括填筑料上堤、摊铺整平、洒水、碾压、削坡等工序的所有机械使用成本，包括机上人员成本、燃油动力费、合理折旧费、待摊维修费及进出场安拆费等。

　　从建设角度来说，加筋土筑堤技术成本是为达到满足工程需要而进行的工程建设所消耗的全部资源的货币体现。不仅包括施工成本，还涉及的费用包括料场征迁补偿费用、填筑料开采运输费用、弃土弃渣运输费用、弃土弃渣征迁补偿费等。因此，加筋土筑堤技术经济效益的评价要对粘土筑堤和加筋土筑堤两种方案进行全方位综合分析。

　　4加筋土技术应用前景和发展方向

　　我国的加筋土技术主要是在20世纪70年代末开始，矿业系统于1979年在云南修建的一座高2 m的储煤仓下挡土墙是我国修建的第一座加筋土结构物。1980年以后，我国相继修建了大量加筋土工程，逐步在公路、水运、铁路、矿山和水利工程中试用，近几年在公路建设和水利、矿山工程建设中的软弱地基处理和挡土结构中应用较多，取得了巨大的经济和社会效益[6]，市场应用前景非常广阔，市场潜力相当大。

　　应该说加筋土结构设计、加筋土施工技术在公路、铁路工程应用较为成熟。在水利工程建设中加筋土筑堤施工技术参数和成本研究较少，仍有许多应用技术问题没有得到解决，如砂砾料、砂土等无黏质土料加筋施工工艺及施工技术参数等尚需做进一步的研究、分析。此外，加筋坡面防护等，更是无现成的施工技术规范可供遵照执行。

　　因此，今后加筋土技术的研究方向应在经济上对比常规土石方填筑技术，清晰的界定经济可行性的临界点，以便在今后大型工程建设中利用该技术取得更大的经济效益和社会效益。技术上，重点研究加筋土筑堤和坡面防护技术在水利工程建设中的施工工艺和施工技术参数，制定遵照执行的施工技术规范。

　　参考文献：

　　[1]罗志光.加筋土技术的发展与应用 [J].南宁职业技术学院学报，2003，8(2).

　　[2]闵连大.国外加筋土的技术发展简介[J].工程勘察，1984(6).

　　[3]何昌盛.吴尚青.加筋土技术的应用和理论发展概述[J].山西建筑， 2009，35(30).

　　[4]李晓俊.黄仙枝.白晓江.加筋土技术的理论研究与工程应用[J].科技情报开发与经济，2004，14(6).

　　[5]杨荣实.张喜军.土工合成材料的分类及其功能简介[J].黑龙江交通科技，2005(1).

　　[6]周晖.吴建奇.加筋土技术研究现状及发展趋势[J].矿业工程，2005(6).

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