CN114370064B - 一种反坡小间距加筋土复合承载体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反坡小间距加筋土复合承载体，该反坡小间距加筋土复合承载体，由以下三部分组成：筋材(1)、填料(2)、墙面(3),其通过筋材选用合适的小间距，改变筋层范围内全部土体，加筋土体通过筋土相互作用而表现出明显的复合体力学特性，具有复合体承载能力和刚度。本发明提出的反坡小间距加筋土复合承载体，通过小间距加筋和填料的合理选用形成抗弯刚度强的复合承载体，以此保证复合承载体承载能力和刚度，创造性地实现小间距加筋土复合承载体的反坡，有效减少了占地,替代既有钢筋混凝土等人工加筋复合体技术，大大降低了运输成本、建造难度、建造时间和建造成本，达到了意向不到的技术效果。
Description
技术领域：
本发明属于岩土工程技术领域，特别涉及土木工程中加筋土复合体，如小间距加筋土复合体桥台、小间距加筋土复合体路堤、小间距加筋土复合体路基绑宽结构、小间距加筋土挡墙、小间距加筋土落石平台、小间距加筋土拦石堤、小间距加筋土采矿平台、小间距加筋土通道、小间距加筋土防爆堤等，亦适用于园林景观小间距加筋土艺术小品。
背景技术：
现有的加筋土结构，如“一种加筋土挡墙工艺单侧加宽结构(专利号：CN202020476495.6)”、“一种适用于大型弃渣场的多级加筋土挡墙综合防护体系及其稳定性检算方法和施工方法(专利号:CN201911063711.2)”、“一种快速拼装现浇式加筋土挡墙及其施工方法(专利号：CN201610112869.4)”、“一种红色泥岩填料的生态加筋土挡墙护坡(专利号:CN201910927531.8)”、“一种加筋土挡墙结构(专利号:CN201920715202.2)”、多级绿色拼装悬臂式加筋土挡墙(专利号:CN201821527921.3)”、“一种减震面板装配式加筋土挡墙及其施工方法(专利号:CN201910322650.0)”、“一种抗震阶梯式土工合成材料加筋土挡墙(专利号:CN201520796269.5)”、“一种装配式刚、柔组合型弹性抗震加筋土挡墙(专利号:CN201920761814.5)”、“基于建筑渣土的土工格栅加筋土挡墙及施工方法(专利号:CN201710884507.1)”、一种桩承式减震加筋土桥台及其施工方法(专利号:CN202011216618.3)，均为采用传统力学稳定土体系，非小间距加筋土。
现有采用小间距加筋土的结构，如“一种筋材紧密布置的双级加筋土桥台及其施工方法(专利号:CN202011216358.X)”、“应用于路基拓宽的小间距加筋土结构(专利号:CN201921761693.0)”。以上既有技术虽采用小间距加筋土结构，但未充分发挥出小间距加筋土的复合承载体性能，比如，“应用于路基拓宽的小间距加筋土结构”。或未充分发挥出小间距加筋土复合承载体的抗弯刚度，如“一种筋材紧密布置的双级加筋土桥台及其施工方法”仅发挥了小间距加筋土的承压性能，未发挥出小间距加筋土复合承载体的抗弯性能。以上专利均未实现加筋土设置反向坡进而达到底面小顶面大的仰斜式效果。
目前，随着国家路网工程、城市、市政工程等的建设，用地越来越紧张，对减少土建结构的占地提出了很大的需求。同时，采用钢材、混凝土等结构实现节地的方案，碳排放量大，经济投入高。因此，需要在节能环保、就地取材、降低碳排放、降低投资基础上，提供一种基于传统天然土石填料的减少占地的新技术方案来解决上述问题。现提出一种反坡小间距加筋土复合承载体及其建造方法。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种反坡小间距加筋土复合承载体。
本发明所需要解决的技术问题采用以下方法进行实现：
一种反坡小间距加筋土复合承载体，由以下三部分组成：筋材、填料、墙面。其通过筋材选用合适的小间距，改变筋层范围内全部土体，加筋土体通过筋土相互作用而表现出明显的复合体力学特性，具有复合体承载能力和刚度。
所述筋材在水平面内铺设，筋材竖向层间距为≤30cm，筋材强度及具体加筋间距由填料物理力学性能指标及设计反坡体抗弯刚度(允许变形)确定。
所述填料采用级配碎石、天然砂砾石、人工砂砾石、未筛分碎石等，压实度≥95％，填料的选用由设计反坡体承载性能要求、抗弯刚度(允许变形)和其使用性能要求确定。
所述墙面为侧向墙面，采用筋材返包形成柔性面、模块墙面、挂板式墙面、现浇墙面等，墙面与地面的夹角为60°-90°。该墙面仅为保证反坡小间距加筋土复合承载体长期耐久性能的防护面，墙面内填料对其无土压力作用。
本发明的进一步技术：
优选的，所述筋材采用有纺土工布、土工格栅、无纺土工布等，加筋间距通常采用20cm，在承载区下方一定范围内，筋材加密，加筋间距减小至10cm，筋材均需张紧。对变形控制要求高的结构，优先选用高强有纺土工布。
优选的，所述填料分为开级配和连续级配两种类型，填料内摩擦角均不小于45°，填料与筋材摩擦系数均较大，填料最大粒径均不大于5cm，控制细粒含量，对于连续级配而言粒径75um及以下细粒含量≤12％，对于开级配而言粒径300um及以下细粒含量≤5％，加筋土填料筛选和压实需要精细化的施工控制，保证达到95％及以上的压实度。
优选的，反坡小间距加筋土复合承载体底面最小宽度尺寸为大于其高度的0.3-0.4倍。
优选的，反坡小间距加筋土复合承载体大面积施工前，需采用工程实际用填料、筋材、面板现场进行反坡体试验验证施工。
本发明具有以下有益效果：
本发明提出的反坡小间距加筋土复合承载体，采用天然碎石、砾石、或人工砂石料等低碳环保材料，通过竖向小间距分层加筋，利用就地取材的天然环保材料，形成可自稳且承载能力强、抗动荷载强、抗震能力极佳的复合承载体。
以高度6m，底面宽2.6m，顶面宽6.4m的反坡小间距加筋土复合承载体为例，筋材采用聚丙烯扁丝有纺土工布，筋材纵横向抗拉强度分别为100kN/m和90kN/m，加筋间距为20cm，由于平台上设置65吨履带式大型岩石振动破碎机及配套石料传送装置等，顶部1m范围内筋材加密，间距缩小为10cm，筋材用量为每延米198m2，填料用量为每延米27m3。填料可就地取材，实际需运输进场材料仅为198m2有纺土工布，土工布重量为400g/m2，运输进场材料每延米总质量仅79.2kg，以每平米20元的市场价计算，筋材材料价格为每延米3960元，占地节约3.8m，占平台使用宽度的59.4％。采用传统方案，设置大体积钢筋混凝土采矿平台，混凝土用量为每延米27m3，每延米需要运输进场59400kg的混凝土，以每立方600元的市场价计算，每延米混凝土材料价格16200元；按含钢量100kg/m3计算，每延米需要运输进场2700kg的钢筋，以每千克4.5元的市场价计算，每延米钢筋材料价格12150元。采用反坡小间距加筋土复合承载体采矿平台方案极大的减少了采矿平台建造中原材料运输工作量，将原材料运输重量减小至传统混凝土工程的1.3‰，将材料造价减小至传统混凝土工程的14.0％。此外，从建造来说，采用反坡小间距加筋土复合承载体方案建造采矿平台，建造过程中，仅需要人工工具和小型机械如小型手扶式液压振动平板夯即可压实填料达到压实度95％的效果，施工便利，节省劳力，通常7天内可以建成。而采用传统混凝土方案，需要立模板、浇筑、振捣等，耗费劳力，增加施工费用和混凝土养护时间，通常需要30天左右时间。采用反坡小间距加筋土复合承载体采矿平台方案可极大的减少建造时间，将工期减小至传统混凝土工程的约四分之一。采用本发明方案有效减少了占地(占地减少59.4％)，考虑到通常矿区均交通不便的实际情况，本发明相较传统方案大大降低了运输成本(入场材料远程运输重量减少至1.3‰)、建造难度、建造时间(时间减少至四分之一)和建造成本(材料成本减少至14.0％)。
综合可见，本发明提出的反坡小间距加筋土复合承载体，充分利用天然砂石材料，降低碳排量，节能环保。通过小间距加筋和填料的合理选用形成抗弯刚度强的复合承载体，创造性地利用复合承载体承载能力和刚度，发明反坡小间距加筋土复合承载体，替代既有钢筋混凝土等人工加筋复合体技术，有效减少了占地，大大降低了运输成本、建造难度、建造时间和建造成本，达到了意向不到的技术效果。
附图说明:
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1为反坡小间距加筋土复合承载体示意图。
图2为不同层间距加筋土挡墙力学性能示意图。
图中：1—筋材，2—填料，3—墙面。
具体实施结构:
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
传统的加筋土结构，筋材间距大，通常为30cm以上，采用力学稳定土(MSE)原理，依靠筋材拉力保证加筋体内部稳定性。其力学分析原理和设计理论源自传统土力学和早期的金属条带加筋土技术与实践，是将筋材与填土割裂开来，不考虑加筋对填土的影响，仅考虑筋材提供的抗拉作用。以加筋土挡墙为例，在进行内部稳定分析时，先按经典土力学理论计算某一层筋材承担的水平土压力，然后选择筋材，只要筋材的抗拉强度设计值满足大于安全系数下该层水平土压力即可。然而，进一步的研究发现：筋材的加筋作用不仅表现在对土体侧向变形的约束作用，而且还表现在改变一定范围内填土的状态和力学性质；当层间距小到一定程度时，加筋土体通过筋土相互作用而表现出明显的复合体力学特性。图2为不同层间距加筋土挡墙力学性能示意图。
现行设计理论和方法忽略了加筋对填土的作用，低估了层间距对加筋土体力学性能的影响。研究表明：加筋土是一种全新的“土”，其力学特性受筋材、填土、筋土界面的性质和加筋层间距控制，其中层间距发挥着重要作用。基于这一认识我们不妨认为：在加筋土挡墙中，当布筋间距较大时(见图2a)，填土受加筋作用影响的范围占比较小，加筋土的复合体特征并不明显；当布筋间距较小时(见图2b)，除筋土之间摩阻力外，层间填土均会受到加筋作用的影响，加筋土体变为一个复合体。二者的整体性存在着明显的差别，在小间距加筋土复合体中不再存在内部稳定性问题，这样的小间距加筋土结构为自稳定复合体。此外，通过室内试验研究和实践证实，小间距加筋土复合体还具有超乎我们想象的承载能力，作为直接承载桥梁上部结构及其荷载的桥台，其设计承载力达到150kPa-300kPa，极限状态承载力达到700kPa-1000kPa。
参见图1，本发明提供一种反坡小间距加筋土复合承载体，为高度6m，底面宽2.6m，顶面宽6.4m的采矿平台，筋材1采用聚丙烯扁丝有纺土工布，筋材1纵横向抗拉强度分别为100kN/m和90kN/m，加筋间距为20cm，由于平台上设置65吨履带式大型岩石振动破碎机及配套石料传送装置等，顶部1m范围内筋材1加密，间距缩小为10cm，筋材用量为每延米198m2，填料2用量为每延米27m3。填料2为就地取材的未筛分碎石，实际需运输进场材料仅为198m2有纺土工布，土工布重量为400g/m2，运输进场材料每延米总质量仅79.2kg，以每平米20元的市场价计算，筋材1材料价格为每延米3960元，占地节约3.8m，占平台使用宽度的59.4％。采用传统方案，设置大体积钢筋混凝土采矿平台，混凝土用量为每延米27m3，每延米需要运输进场59400kg的混凝土，以每立方600元的市场价计算，每延米混凝土材料价格16200元；按含钢量100kg/m3计算，每延米需要运输进场2700kg的钢筋，以每千克4.5元的市场价计算，每延米钢筋材料价格12150元。采用反坡小间距加筋土复合承载体采矿平台方案极大的减少了采矿平台建造中原材料运输工作量，将原材料运输重量减小至传统混凝土工程的1.3‰，将材料造价减小至传统混凝土工程的14.0％。此外，从建造来说，采用反坡小间距加筋土复合承载体方案建造采矿平台，建造过程中，仅需要人工工具和小型机械如小型手扶式液压振动平板夯即可压实填料达到压实度95％的效果，施工便利，节省劳力，通常7天内可以建成。而采用传统混凝土方案，需要立模板、浇筑、振捣等，耗费劳力，增加施工费用和混凝土养护时间，通常需要30天左右时间。采用反坡小间距加筋土复合承载体采矿平台方案可极大的减少建造时间，将工期减小至传统混凝土工程的约四分之一。采用本实施例方案有效减少了占地(占地减少59.4％)，考虑到通常矿区均交通不便的实际情况，本实施例相较传统方案大大降低了运输成本(入场材料远程运输重量减少至1.3‰)、建造难度、建造时间(时间减少至四分之一)和建造成本(材料成本减少至14.0％)。
综合可见，本发明提出的反坡小间距加筋土复合承载体，充分利用天然砂石材料，降低碳排量，节能环保。通过小间距加筋和填料的合理选用形成抗弯刚度强的复合承载体，创造性地利用复合承载体承载能力和刚度，发明反坡小间距加筋土复合承载体，替代既有钢筋混凝土等人工加筋复合体技术，有效减少了占地，大大降低了运输成本、建造难度、建造时间和建造成本，达到了意向不到的技术效果。
事实上，本发明实施例中的小间距加筋土反坡复合体，根据工程实际的需要及所处的地理环境，还可以应用到其他领域，比如小间距加筋土复合体桥台、小间距加筋土复合体路堤、小间距加筋土复合体路基绑宽结构、小间距加筋土挡墙、小间距加筋土落石平台、小间距加筋土拦石堤、小间距加筋土采矿平台、小间距加筋土通道、小间距加筋土防爆堤等，亦适用于园林景观小间距加筋土艺术小品等，均属于本发明的保护范围。
综合可见，本发明提出的反坡小间距加筋土复合承载体，通过小间距加筋和填料的合理选用形成抗弯刚度强的复合承载体，以此保证复合承载体承载能力和刚度，创造性地实现小间距加筋土复合承载体的反坡，有效减少了占地。替代既有钢筋混凝土等人工加筋复合体技术，大大降低了运输成本、建造难度、建造时间和建造成本，达到了意向不到的技术效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.一种反坡小间距加筋土复合承载体，其特征在于：反坡小间距加筋土复合承载体底面最小宽度尺寸为大于其高度的0.3-0.4倍，设计竖向承载力达到150kPa-300kPa，极限状态承载力达到700kPa-1000kPa；
由以下三部分组成：筋材（1）、填料（2）、墙面（3）；
所述筋材（1）在水平面内铺设，筋材竖向层间距为≤30cm；所述筋材（1）采用有纺土工布、土工格栅或无纺土工布，筋材强度及具体加筋间距由填料物理力学性能指标及设计反坡体抗弯刚度确定，且筋材竖向层间距≤30cm；
所述填料（2）采用级配碎石、天然砂砾石、人工砂砾石或未筛分碎石，压实度≥95%；
所述填料（2）分为开级配和连续级配两种类型，填料内摩擦角均不小于45°，填料最大粒径均不大于5cm，控制细粒含量，对于连续级配而言粒径75um及以下细粒含量≤12%，对于开级配而言粒径300um及以下细粒含量≤5%；
所述墙面（3）为侧向墙面，墙面内填料对其无土压力作用，墙面与地面的夹角为60°-90°。
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