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扒一扒加筋土技术的历史
【字体: 】  【发布日期:2017-03-13 10:24】  【来源:中国土工合成材料工程协会】  【作者:中国土工合成材料工程】  【点击次数:
    土体具有一定的抗压强度和抗剪强度,其抗拉强度却很低。在土体中掺入或铺设适量的具有抗拉性能的加筋材料后,可不同程度地改善土体的强度与变形特征。将加筋材料埋置在土体中,可以扩散土体应力、增加土体模量、限制土体侧向变形,提高土体及相关结构物的稳定性。因此,在填土中加入抗拉材料,通过筋土界面摩擦力将加筋材料的抗拉强度与土体强度结合起来,增强土体的稳定性,使土体整体强度得以提高。该技术已广泛用于修筑路基、挡土墙、桥台、堤坝及地基处理等工程。
    从广义上讲,凡在土体内加入筋材,充分利用土体抗压强度和筋材抗拉强度的稳定结合体均可称为加筋土结构,如在加筋垫层中约束浅层软土地基的侧向变形,提高土工结构物的抗滑稳定性;在桩承式加筋堤结构中,利用土工合成材料和砂、碎石等组成加筋垫层,提高结构稳定性,减少沉降;在路基边坡内加入筋材,增强边坡浅层稳定,防止边坡溜坍等;在土体中水平铺设多层加筋材料,可增大边坡坡率甚至垂直,形成加筋土边坡或加筋土挡墙等。
    加筋土技术在国内外都有悠久的应用历史。就国外而言,公元前3000年以前,英国人曾在沼泽地区域用木排修筑道路(Koerner),公元前2500年古罗马人采用编织的芦苇在软基上筑路,公元前2000年巴比伦人曾利用土中加筋来修筑庙塔,20世纪20~30年代美国曾试用棉织品加筋路面,等等这些早期的加筋土技术完全依靠经验来指导实践。现代加筋土理论是由法国工程师Henri Vidal于上世纪60年代初提出并于1965年在法国修建了世界上第一座加筋土挡墙。该技术引起了世界各国工程界、学术界的重视,并快速传播与发展,相应的试验与研究工作也相继开展。法、美、日、德等国先后制定了有关加筋土工程的规程、条例和手册。80年代以后,有关加筋土结构的筋材特性、设计理论、计算方法、数值模拟与室内外试验等研究工作相继展开,并取得一系列研究成果,有效推动了加筋土技术的应用与推广。
    自古以来,我国筑土墙加草筋或竹筋,用柴排处理软弱地基,用土袋或树枝压条加固堤岸等等,都是应用加筋土技术的例子。5000年前,我国良渚文化时期曾使用“草裹泥”加筋土技术修筑堤坝(李广信)。将土以芦荻茅草包裹形成长扁圆形的泥包,再将其纵横砌筑。其作用大致相当于现代修建堤坝使用草袋装土。在土内加入这种植物纤维并压实,能使坝体增加抗拉、抗剪强度和整体性,不易崩塌和被冲毁。在陕西半坡村发现的仰韶遗址,有很多简单房屋是利用草泥修筑墙壁和屋顶,距今约有五六千年。在大约 4100 年前的新石器时期,“洪水滔天,鲧窃帝之息壤以堙洪水”,“禹乃以息土填洪水,以为名山。”经考据这里的“息壤”或者“息土”就是在治水工程中一种加筋土,用竹木、砂石制成的条笼、杩槎及羊圈等,在水中不会被冲走,可拦截洪水。
良渚文化时期的“草裹泥”加筋土技术
    目前国际上现留存较早的加筋土结构是公元前121年修建的我国河西走廊“汉长城”,它是以红柳芦苇编成框架,中间实以砾石,层层叠压而成。为确保其稳固,又用芦苇作垫和土铺在每层之间。修建于公元前77年左右的米兰古城古戍堡也是较早的加筋土结构,城垣为夯土筑,夯土层中夹有红柳枝,夯土层上用土坯砌成。
河西走廊“汉长城”
 
米兰古城古戍堡
    现代加筋土技术在我国的应用和发展是在上世纪70年代末才开始的。我国第一座加筋土挡墙是1979年由云南煤矿设计院设计,在田坝矿区建成的2-4m高加筋土挡墙,次年又在该矿区建成了一座长57m、高8.3m加筋土挡墙,建成后结构使用效果良好。该工程的成功引起了我国工程技术人员很大的兴趣,并在公路、铁路、水运、煤炭、林业、水利、城建等行业和部门迅速发展和推广应用。铁路系统第一座加筋土挡墙是1980年在云南某车站站台修建的长20m,高1.6m的加筋土挡墙;1981年在山西晋城至陵川公路上建成长81.75m,最高11.37m的公路系统第一座加筋土挡墙。;同年在浙江天台县清溪河建成了长72m,高5.2m第一座护岸加筋土挡墙;1985年重庆交通学院在重庆长寿白沙湾长江北岸设计并建造了长110m,高26m的加筋土挡墙,这是当时世界上最高的加筋土码头工程。
    在我国科研设计人员和工程技术人员的努力下,土工合成材料加筋土技术的研究与应用得到了长足发展,我国目前已成为土工合成材料应用大国,各行业中一批有标志性的加筋土结构应运而生。为了满足高速列车安全运营要求,桩承式加筋堤已成为我国高速铁路基地基处理的主要形式。国内首座高速铁路加筋土挡墙已于2014年在青荣城际铁路建成通车;湖北省沪蓉高速公路建成了最高51.3m的加筋土陡坡;锦屏电站工程修建了66m高的加筋陡坡;广西河池机场修建了60m高的加筋土挡墙;湖北神农架机场修建了61m高的加筋土挡墙;承德机场修建了40m高的加筋土挡墙;青藏铁路修建了长约4.7km的多年冻土区加筋土挡墙;云广特高压工程楚雄换流站修建了28m高加筋土边坡等等,这些加筋土结构已取得了显著的社会、经济和环保效益。
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