【摘要】帮写结构工程论文主要阐明了加筋土技术在选煤厂挡墙中的应用。通过工程实例介绍了加筋土挡墙的构成及各部位的作用,并给出了加筋土挡墙主要构件的内部计算。从经济角度来看,加筋土挡墙与一般重力式挡墙相比,其工程造价较低,综合效益较高。随着加筋土技术的开发和建筑材料的发展,加筋土技术在选煤厂工程中的应用将会越来越广泛。
【关键词】加筋土;挡墙;面板;拉筋;填料；结构特性
加筋土是一种加入加筋材料而形成的复合土。在土中加入加筋材料可以提高土体的强度,增强土体的稳定性。加筋土技术应用到工程结构中形成加筋土结构,目前在工程中应用较多的是加筋土挡墙、加筋土边坡、加筋土地基及加筋路面。本文主要讨论的是加筋土技术在挡墙中的应用。
加筋土挡墙是在填土中埋入一定的刚性或柔性筋带,利用加筋材料与土体填料的摩擦力拉住面板阻止填土外移的构造。它起到了重力式圬工结构、扶壁结构、沉箱结构等形式的挡墙同样的作用,并适用于各种地基(含软弱地基)。加筋土挡墙目前在选煤厂的贮煤场、产品槽仓等工程中经常采用。随着加筋土技术的发展,加筋土挡墙受到土木工程界的高度重视,其应用范围越来越广。
1 加筋土挡墙的构造
加筋土挡墙是由面板、加筋材料、土体填料、基础、帽石等共同组成的复合结构。
1)面板主要起挡土作用,同时把本身所受的水平土压力传给拉筋。面板一般采用素混凝土或钢筋混凝土、条石、或石板等。面板的尺寸根据结构和施工的要求确定,面板形式应根据环境条件、使用功能、建筑要求进行构思和设计,一般可选用十字形、槽形、矩形、L型、六角形等。
2)加筋材料(俗称“拉筋”)是加筋土结构的关键部分,在加筋土挡墙中是主要传力构件,受轴向拉力,应具备较高的强度,受拉后变形小,耐久性好。它与面板连接,周边与填料产生摩擦力以抵抗填土对面板的水平力,保持面板的稳定。同时各层拉筋又把填土分成若干层,限制其侧向膨胀。
3)填料的内摩擦角、密实度是加筋土结构安全可靠的关键。填土的材料一般来说,砾类土、砂类土、碎石土、黄土等可直接采用,其它土根据情况也可直接采用,或对填料经过一定的技术处理,或辅以相应的技术措施、相应的结构构造处理才能采用,如粉煤灰、建筑废土、煤矸石等多种材料。
此外,面板底部应考虑相应的基础(条带形基础较广泛),但基础一般不需要做专门处理。面板顶部应加设帽石来保护面板。
2 加筋土挡墙的设计
通过一个工程实例来讨论加筋土挡墙的设计。
2•1 工程概况
某煤矿贮煤场西南方向由于受相邻建筑物(民房)的限制,必须设置挡煤墙。挡墙长度39m,高度22•3m。根据地质资料,持力层为粉质粘土,其地基承载力特征值为170kPa。如做重力式挡墙,墙体断面很大,而且地基承载力也很难满足其自重的设计要求。根据现场的地基条件,经过技术经济比较,决定采用一般挡墙和加筋土挡墙相结合的形式,即在上部填土范围内设加筋土挡墙,下部老土和已填土部分采用一般的圬工挡墙。上部加筋土的荷载作用在下部墙体上,减少了土的侧向压力对下部墙体的力臂,对其整体稳定性和减少基底应力有利,下部圬工墙又能减少加筋土墙的高度,不仅缩短了拉筋长度,而且避免了为铺设拉筋而重新挖去已回填土的工作量,从而解决了本工程的难点。由于挡墙高度过高,结合本工程场地的地质条件,墙身分为上、下级墙体并错台施工。
2•2 主要构件的尺寸及加筋材料的验算
2•2•1 主要构件的尺寸
1)面板采用C20钢筋混凝土十字型预制板,尺寸为170cm×149•5cm。四周设高低缝,便于安装及防止填土流失,上、下墙面板之间设置插筋,加强板间的连接。同时为保持墙面板具有足够的柔性,在水平缝内设置防腐木条。每块板设置4个与拉筋的连接点。
计算墙板厚度时,假定每块板单独受力,土压力均匀分布,板内配筋按双向悬臂简支梁计算。经计算,并以方便施工为宗旨,将墙面板厚度分为两种,上级墙面板厚为16cm,下级墙面板厚度为20cm。
2)为防止拉筋在工作中断裂,减少拉筋中受力钢筋锈蚀的可能性,保证结构耐久性,拉筋采用C30预应力钢筋混凝土带型,每节长400cm,截面16cm×6cm,每根拉筋配8根P4钢丝,张拉控制应力值为400MPa。拉筋中的受力筋采用HRB335级钢筋,截面自上而下分组加大,经计算其直径分别为12、16、18、20。拉筋与面板、拉筋与拉筋之间连接采用螺栓连接或焊接。
2•2•2 加筋材料的验算
2•2•2•1 筋带强度的验算
筋带强度按单向受力构件计算。筋带设计断面面积按下式[1]计算:
Ai= Ti/(K[σL])
式中 Ai—第i单元筋带断面面积, mm2;
[σL]—拉筋容许应力, MPa;
Ti—第i单元筋带所受拉力, kN;
K—拉筋材料容许应力提高系数。
2•2•2•2 加筋材料的稳定性验算
为满足抗拔稳定要求,每个结点单元需要的加筋材料的总宽度按下式[1]计算:
Bi= [Kf]Ti/(2f′σviL2i)
式中 Bi—第i结点单元加筋材料的总宽度, m;
f′—第i层单元填料与加筋材料间的似摩擦系数;
σvi—第i单元加筋材料锚固长度上的平均正应力,kPa;
L2i—第i层加筋材料的锚固长度, m;
Ti—第i单元筋带所受拉力, kN;
[Kf]—拉筋材料抗拔稳定安全系数。
2•2•2•3 加筋材料的长度计算
拉筋总长度Li由自由长度(或主动区长度)L1i和锚固长度L2i[1]组成:
Li= L1i+ L2i
式中 Li—第i层加筋材料的设计长度, m;
L1i—第i层加筋材料的自由长度, m,Zi≤H1时L1i=0•3H, Zi>H1时L1i=(H-Zi)/tg(45-θ/2),H1=H-0•3Htg(45+θ/2),其中H为加筋体高度,θ为填料内摩擦角;
L2i—第i层加筋材料的锚固长度, m。
以上仅给出加筋土挡墙的内部计算,其外部稳定性包括整体稳定、抗滑移、抗倾覆等仍需验算,其计算内容、方法和重力式挡墙相同,在此不再赘述。
3 加筋土挡墙的经济效益
与一般重力式挡墙相比,加筋土挡墙基础处理简单,土石方开挖回填量较少;圬工数量(为一般挡墙的30%)、混凝土量、钢材用量相对较少,材料节约量大;加筋土填料一般可就地取材,价格低廉、运输费用少;施工简单、速度快,人工费用和机械费用相对较少。加筋土挡墙总投资为同高度一般重力式挡墙的60%~80%。对于高大的挡墙,如果施工规模较大,采用加筋土技术后工程造价降低十分可观。实践证明,加筋土结构的经济效益非常显著,这也是加筋土结构能迅速发展和广泛应用的根本原因所在。
4 结 语
1)加筋土挡墙为柔性结构,具有很好的抗震、稳定和整体性,特别适宜在软弱土上使用,但墙体厚、挖土方量较大时不宜采用。
2)目前应用在挡墙中的加筋材料有钢带、钢筋混凝土板带、聚丙烯条带、复合土工带、钢-塑复合土工带等。随着聚丙烯工程塑料带生产技术的发展,对塑料的蠕变已能有效控制,加筋材料一般采用聚丙烯条带或复合土工带更为合适。
3)填料的选择要求易压实、与拉筋材料之间有足够的摩擦力并满足土工标准。填料的压实能否达到设计要求,是加筋土工程成败的关键。
4)本工程由于面板分格偏大,施工时移动困难,因此设计时可以根据施工情况,适当减小面板的尺寸,以便于施工。
【参考文献】
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