CN102864711A

CN102864711A - 一种无粘接预应力加筋土施工方法及其设备

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Publication number: CN102864711A
Application number: CN2012103439647A
Authority: CN
Inventors: 杜运兴; 周芬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2032-09-17
Also published as: CN102864711B

Abstract

本发明提供了一种无粘接预应力加筋土施工方法及其设备，方法是，通过锚固装置将所述加筋材料与第一层挡板初步连接，通过所述加筋材料使第一层挡板得到初步固定；继续填土并压实，直到填到第二层铺设所述加筋材料高度位置处，铺设无粘接预应力加筋材料并按第一层相同的方法将所述加筋材料与第二层挡板固定；依次进行，直到将整个路堤或边坡填筑完成；最后对各层的无粘接预应力加筋材料施加预应力。设备包括无粘结预应力加筋材料和锚固装置，所述无粘结预应力加筋材料和锚固装置相互连接。本发明是一种主动与被动相结合的土工加固方法，通过加筋材料、挡板及锚固装置、填土三者之间的相互作用，达到增加填土强度，控制、调节填土竖向变形的目的。

Description

一种无粘接预应力加筋土施工方法及其设备

技术领域

本发明涉及一种无粘接预应力加筋土施工方法及其设备，属于土工加固技术领域。

背景技术

在土工加固技术领域中，现有主流的加筋土技术是在填土中水平铺设加筋材料，达到约束填土和增强填土强度、减少填土变形的目的。通常用于地基加固、路堤（包括公路、铁路）、边坡、挡墙工程等。

目前该技术的发展主要集中在加筋材料的研发。一方面，加筋材料的研发，例如，土工格栅、土工格室、土工布、镀锌钢带、钢塑带、混凝土钢带等；另一方面，加筋材料形式的研发，例如，平面单向加筋、平面双向加筋、平面三向加筋、立体加筋（H-V加筋）等。

这些加筋土技术的工作机理基本一致，都是一种被动的土工加固技术，也就是在填筑土体在自重及上部荷载作用下，当填土发生水平变形的时候受到加筋材料的限制，从而达到提高填土的承载力及减少填土变形的目的，因而这种加筋土技术中加筋材料的作用是被动的，加筋材料在所约束土体变形的过程中才能发挥作用。另外，这种加筋土对填土的要求较高，通常选用无粘性土作为填料效果会更好，这样通常会带来较高的材料成本费用。国外基本采用无粘性土作为填土。

现有技术中，有人曾经提出的预应力加筋土技术，该技术采用了高弹性模量的碳纤维带作为加筋材料，通过张拉后锚固于挡板上，该技术增加了挡板对土体的侧向约束作用。但该技术的缺陷在于预应力的建立非常困难，施工麻烦。

（1）如果整个路堤（边坡）填筑完成以后再进行张拉，张拉的过程中会带动土体向两侧移动，不能达到约束土体的效果。

（2）如果填筑筋带以上土体之前就对铺设完成的加筋材料进行张拉，这样的效果会比较好。但这时的问题是很难建立预应力施加的着力点。而且，即便是建立了加筋材料上的预应力，必须等到加筋材料上部的填土达到一定高度后才能对筋带进行锚固并撤除张拉设备。因而，施工非常麻烦、难以推广。而且加筋材料的预应力损失很大，最终达不到对加筋材料施加预应力的效果，也达不到挡板约束填土的作用。

（3）该技术中采用的锚具不可靠，采用锚杯和锚片将加筋材料锚固于挡板位置。如果锚片位置稍微不对称，加筋材料就很容易在锚具中打滑。

有人于2009年在预应力加筋土的基础上提出的无粘结预应力加筋土构想，该构想通过了试验验证具有较好的效果。该项目由国家自然科学基金（51108174）及长沙市科技计划重点项目（K1109007-11）资助，该技术将传统的加筋材料进行了改进，即加筋材料由内外两部分构成，内层为表面光滑的镀锌钢带，外层为压痕塑料，其间填充黄油，内外层之间可以滑动。通过张拉内层的镀锌钢带提高加筋材料对土体的支承作用。从而增加筋带对土体的约束，减少填土的竖向变形。

但上述技术存在如下缺点：

1、同一层无粘结预应力加筋带之间没有联系，不能对加筋带之间土体的变形进行协调。

2、加筋材料存在缺陷，筋带内外部分之间的填充黄油容易流失。一方面，黄油流失会造成内外部分材料的相对摩擦增大，影响整个镀锌钢带上面的应力不均匀；另一方面，黄油流失会造成对土壤的污染。

3、这种技术没有提出合适的锚具。内部加筋材料上的预应力不能进行控制，也无法对加筋材料进行二次张拉及调整内部筋带内力。

发明内容

本发明的目的是为了解决同一层无粘结预应力加筋带之间没有联系，不能对加筋带之间土体的变形进行协调，内部加筋材料上的预应力不能进行控制，也无法对加筋材料进行二次张拉及调整内部筋带内力的问题，进而提供一种无粘接预应力加筋土施工方法及其设备。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种无粘接预应力加筋土施工方法，首先，施工挡板下的基础，该基础用于支承上部挡板；然后在所述基础上填筑并压实第一层填土，填到第一层铺设无粘结预应力加筋材料高度位置处，在该位置铺设所述加筋材料，清理挡板位置处填土，通过锚固装置将所述加筋材料与第一层挡板初步连接，不施加预应力，通过所述加筋材料使第一层挡板得到初步固定；继续填土并压实，直到填到第二层铺设所述加筋材料高度位置处，铺设无粘接预应力加筋材料并按第一层相同的方法将所述加筋材料与第二层挡板固定；依次进行，直到将整个路堤或边坡填筑完成；最后对各层的无粘接预应力加筋材料施加预应力。

一种无粘接预应力加筋土施工方法使用的设备，包括无粘结预应力加筋材料和锚固装置，所述无粘结预应力加筋材料和锚固装置相互连接。

本发明是一种主动与被动相结合的土工加固方法，该方法通过加筋材料、挡板及锚固装置、填土三者之间的相互作用，达到增加填土强度，控制、调节填土竖向变形的目的。因而可以广泛的应用于路堤（公路，铁路）、填筑型挡墙、桥台、旧路改造工程。

本发明与现有技术相比，具有三个方面的优势：第一，进一步减少了加筋土的竖向变形，甚至对于其发生的竖向变形可以人为控制；第二，侧向变形小；第三，增加了加筋土的整体性，增加其整体稳定性。因此，本发明可以广泛地应用于填筑的路堤和挡墙工程。并有望解决长期困扰我们的由于沉降不均匀及沉降不确定造成的工程质量问题。例如，桥头跳车问题。桥头跳车主要是由于刚性的桥台沉降与填筑路堤的沉降不协调造成的。采用本发明的方法有望彻底解决这一难题，既能保证桥头具有可靠竖向承载力又可以调节路堤的变形，使它们变形协调。同样，本发明对于旧路改造（加宽）非常适用，新旧路面沉降不均匀往往影响改造路段的质量和效果。如果加宽部分的路堤采用本发明的技术，路堤的这种不均匀变形带来的问题有望根治。采用本发明后，挡墙可以做得更加坚固和经济，路堤填筑可以减少农田的征用。

附图说明

图1是本发明锚固装置螺栓杆3上没有安装挡板1的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1的F向视图；

图4是锚固装置的螺栓杆3上安装有挡板1的结构示意图；

图5是挡板1的主视图；

图6是图5的B向视图；

图7是图5的C-C剖视图；

图8是本发明无粘结预应力加筋材料的结构示意图；

图9是图8的D-D剖视图；

图10是主受力部分第一段截面图；

图11是图8的E-E剖面图；

图12是图8的G-G剖面图；

图13是是主受力部分内部加筋材料表面示意图（圆形浅凹坑）；

图14是本发明的无粘接预应力加筋土施工方法的示意图；

图15是本发明加筋材料的加筋土作用机理示意图；

图16是本发明的无粘接预应力加筋土施工方法在边坡施工时的示意图。

图中附图标记15-基础，16-无粘接预应力加筋材料，17-填土，18-土钉或锚杆。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图14所示，本实施例所涉及的一种无粘接预应力加筋土施工方法，首先，施工挡板下的基础，该基础用于支承上部挡板；然后在所述基础上填筑并压实第一层填土，填到第一层铺设无粘结预应力加筋材料高度位置处，在该位置铺设所述加筋材料，清理挡板位置处填土，通过锚固装置将所述加筋材料与第一层挡板初步连接，不施加预应力，通过所述加筋材料使第一层挡板得到初步固定；继续填土并压实，直到填到第二层铺设所述加筋材料高度位置处，铺设无粘接预应力加筋材料并按第一层相同的方法将所述加筋材料与第二层挡板固定；依次进行，直到将整个路堤或边坡填筑完成；最后对各层的无粘接预应力加筋材料施加预应力。

所述施加预应力的顺序是自上向下逐层的施加预应力。

如图1~图13所示，一种无粘接预应力加筋土施工方法使用的设备，包括无粘结预应力加筋材料和锚固装置，所述无粘结预应力加筋材料和锚固装置相互连接。

如图1~图7所示，所述锚固装置包括：挡板1、螺母2、螺栓杆3、位移转换器4、连接板件7和垫片8，所述挡板1为钢筋混凝土结构，挡板1内设有锚筒5、钢筋网9和锚固钢筋10，锚筒5的内部设有内螺纹，锚筒5的外部与锚固钢筋10相连接，锚固钢筋10与挡板1内的钢筋网9固定在一起，螺栓杆3与挡板1中的锚筒5螺纹连接且锚固在挡板1上，螺栓杆3上设有螺母2和垫片8，垫片8设置在螺母2与挡板1之间，位移转换器4包括位移转换器外部装置41、位移转换器内部装置42和钢珠6，位移转换器外部装置41的底部与螺栓杆3固定连接在一起，位移转换器内部装置42为一大一小连接在一起的两个圆柱形结构，大圆柱形结构设置在位移转换器外部装置41腔内，小圆柱形结构设置在位移转换器外部装置41的开口处，小圆柱形结构的外端与连接板件7固定连接，大圆柱形结构的径向外壁与位移转换器外部装置41的环向内壁之间设有一组钢珠6，小圆柱形结构一侧的大圆柱形结构的平面与位移转换器外部装置41开口一侧的内壁之间设有另一组钢珠6。

所述螺栓杆3上设有卡槽11，使用扳手可以通过卡槽11拧动螺栓杆3，从而可以降低加筋材料上的预应力。

所述位移转换器外部装置41和位移转换器内部装置42之间的空隙12内充满润滑剂。

所述挡板1的上部设有凹槽13，挡板1的下部设有凸起14。

位移转换器外部装置41实际制作时可以沿水平中线分为上下两部分，这两部分均需要进行镀锌进行防腐处理，通过球形钢珠6与位移转换器外部装置41发生作用。钢珠6分布在两个位置，一个位置是内部圆柱体的侧面，另一个位置是内圆柱的端部。内外装置之间充满润滑剂。实际制作时当位移转换器内部装置42和钢珠6被安装在位移转换器外部装置41后，将上下两部分外部装置沿着分界线在外部焊接，对焊缝进行抛光、防腐处理。钢珠6的作用是保证位移转换器内部装置42与位移转换器外部装置41之间可以自由转动，位移转换器外部装置41与挡板1相连，位移转换器内部装置42与加筋材料相连。也就是当螺栓杆3在挡板1的锚孔中旋转的时候，加筋材料不会被旋转，只会随外部装置发生水平位移，从而可以对内部加筋材料施加预应力。连接板件7与位移转换器4中的位移转换器内部装置42连接在一起，保证可以随位移转换器中的内部装置运动，连接板件是与加筋材料连接的部位。通过焊接或粘接将连接板件与加筋材料连接在一起。从而可以带动加筋材料运动，对其施加预应力。

锚固装置能够方便准确的对加筋材料施加预应力，并避免加筋材料预应力损失；同时能够通过调节螺母或螺杆从而对加筋材料上的预应力进行控制。并且，可以根据施工和使用情况进行预应力二次调整。本锚固装置由于螺栓杆可以和挡板相互作用，螺栓杆上每隔一定距离会有一个卡槽，以便扳手可以拧动螺栓杆，方便调整筋带上预应力水平。经实际使用，当预应力筋带上的预应力过大时，通过拧动卡槽来降低筋带上预应力，以免内部加筋材料被拉断，保证了加筋材料的安全。

如图8~图13所示，所述无粘结预应力加筋材料包括：主受力部分21和次受力部分22，主受力部分21和次受力部分22相互连接，所述主受力部分21包括内部加筋材料23和外层加筋材料24，内部加筋材料23设置在外层加筋材料24内；外层加筋材料24采用聚丙烯或聚氯乙烯高分子聚合物，内表面光滑；内部加筋材料23采用高弹性模量加筋材料，如镀锌钢带或碳纤维板；内部加筋材料23和外层加筋材料24之间填充润滑剂；次受力部分22采用与主受力部分21外层加筋材料24相同的材料。

所述主受力部分21外层加筋材料24的外表面设有网状凸起，可以更有效的与土体复合，进一步约束土体的变形。

如图12所示，所述的主受力部分21分为四段，第一段a1为自由滑动段，第二段a2为外层加筋材料伸缩段，第三段a3为内外加筋材料固定段，第四段a4为锚固段，第四段仅有内部加筋材料，通过第三段将润滑剂封闭以防润滑剂外泄，通过第四段可将本加筋材料与锚具连接。

如图13所示，所述的主受力部分21内部加筋材料23的表面设有浅凹坑；所述浅凹坑的形状可以具体为圆形。内部加筋材料表面的浅凹坑可以储存润滑剂，同时通过a3段将润滑剂封闭以防润滑剂外泄，可以使加筋材料长期保持润滑状态，提高了使用寿命。

由于无粘结预应力加筋材料内外层之间设有自由滑动段和伸缩段，从而在张拉的过程中完全不会带动土体向两侧移动，从而减轻了施工的复杂度；由于加筋材料的外部有网状凸起，可以更有效的与土体复合，进一步约束土体的变形。由于次受力部分将主受力部分相互连接起来，从而可以协调同一层加筋带之间的土体变形。

图14是无粘接预应力加筋土施工方法的示意图，即为一个预应力加筋路堤实例，如果用于挡墙及边坡工程，需要将无粘接预应力加筋材料的内部筋材与永久边坡固定。预应力施加过程仅仅施加在安装挡板一侧。

图15是加筋材料的加筋土作用机理示意图，其内部作用机理如下：

在预应力作用下，挡板对填土产生水平推力，在左右两侧的推力作用下，填土在产生水平变形的同时会产生向上、向下的竖向变形。向下的变形会受到加筋材料的约束，因而主要产生向上的变形。在预应力作用下，加筋材料具有绷直趋势，在这种趋势的作用下，使填土有被抬升的趋势。在以上两种作用下，可以发挥预应力对填土竖向变形的调节作用。在加筋材料、挡板的共同作用下会加速土体的固结。挡板的约束作用降低了填土中对填料的要求。加筋材料的外部与土体复合，进一步约束土体的变形。加筋材料的外部对加筋材料内部的高弹性模量材料起保护作用，一方面是提高耐腐蚀的作用；另一方面减少填土中尖锐颗粒内部加筋材料的损伤。

在原有边坡旁边需要进行填筑的工程（路堤或挡墙）时，如图16所示，对于这类工程首先对边坡进行加固，加固可采用土钉技术或锚杆技术，然后按照无粘结预应力加筋土技术的进行施工，施工要求无粘结预应力加筋材料的铺设位置必须与土钉或锚杆外漏端部位置一致，并且要求无粘结预应力加筋材料主受力部分的内部筋材必须与土钉或锚杆外漏端部连接在一起，连接强度不低于无粘结预应力加筋材料主受力部分的内部筋材的强度。待填筑工程完成以后在挡板处对无粘结预应力加筋材料主受力部分的内部筋材施加预应力。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种无粘接预应力加筋土施工方法，其特征在于，首先，施工挡板下的基础，然后在所述基础上填筑并压实第一层填土，填到第一层铺设无粘结预应力加筋材料高度位置处，在该位置铺设所述加筋材料，清理挡板位置处填土，通过锚固装置将所述加筋材料与第一层挡板初步连接，通过所述加筋材料使第一层挡板得到初步固定；继续填土并压实，直到填到第二层铺设所述加筋材料高度位置处，铺设无粘接预应力加筋材料并按第一层相同的方法将所述加筋材料与第二层挡板固定；依次进行，直到将整个路堤或边坡填筑完成；最后对各层的无粘接预应力加筋材料施加预应力。

2.根据权利要求1所述的无粘接预应力加筋土施工方法，其特征在于，所述施加预应力的顺序是自上向下逐层的施加预应力。

3.根据权利要求1或2所述的无粘接预应力加筋土施工方法使用的设备，其特征在于，包括无粘结预应力加筋材料和锚固装置，所述无粘结预应力加筋材料和锚固装置相互连接。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述锚固装置包括：挡板、螺母、螺栓杆、位移转换器、连接板件和垫片，所述挡板为钢筋混凝土结构，挡板内设有锚筒、钢筋网和锚固钢筋，锚筒的内部设有内螺纹，锚筒的外部与锚固钢筋相连接，锚固钢筋与挡板内的钢筋网固定在一起，螺栓杆与挡板中的锚筒螺纹连接且锚固在挡板上，螺栓杆上设有螺母和垫片，垫片设置在螺母与挡板之间，位移转换器包括位移转换器外部装置、位移转换器内部装置和钢珠，位移转换器外部装置的底部与螺栓杆固定连接在一起，位移转换器内部装置为一大一小连接在一起的两个圆柱形结构，大圆柱形结构设置在位移转换器外部装置腔内，小圆柱形结构设置在位移转换器外部装置的开口处，小圆柱形结构的外端与连接板件固定连接，大圆柱形结构的径向外壁与位移转换器外部装置的环向内壁之间设有一组钢珠，小圆柱形结构一侧的大圆柱形结构的平面与位移转换器外部装置开口一侧的内壁之间设有另一组钢珠。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述螺栓杆上设有卡槽。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述位移转换器外部装置和位移转换器内部装置之间的空隙内充满润滑剂。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述挡板的上部设有凹槽，挡板的下部设有凸起。

8.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述无粘结预应力加筋材料包括：主受力部分和次受力部分，主受力部分和次受力部分相互连接，所述主受力部分包括内部加筋材料和外层加筋材料，内部加筋材料设置在外层加筋材料内；外层加筋材料采用聚丙烯或聚氯乙烯高分子聚合物，内表面光滑；内部加筋材料采用高弹性模量加筋材料，如镀锌钢带或碳纤维板；内部加筋材料和外层加筋材料之间填充润滑剂；次受力部分采用与主受力部分外层加筋材料相同的材料。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述主受力部分外层加筋材料的外表面设有网状凸起。

10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述的主受力部分分为四段，第一段为自由滑动段，第二段为外层加筋材料伸缩段，第三段为内外加筋材料固定段，第四段为锚固段。