專利名稱：一種無粘接預應力加筋土施工方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種無粘接預應力加筋土施工方法及其設備，屬于土工加固技術領域。
背景技術：
在土工加固技術領域中，現有主流的加筋土技 術是在填土中水平鋪設加筋材料，達到約束填土和增強填土強度、減少填土變形的目的。通常用于地基加固、路堤(包括公路、鐵路)、邊坡、擋墻工程等。目前該技術的發展主要集中在加筋材料的研發。一方面，加筋材料的研發，例如，土工格柵、土工格室、土工布、鍍鋅鋼帶、鋼塑帶、混凝土鋼帶等；另一方面，加筋材料形式的研發，例如，平面單向加筋、平面雙向加筋、平面三向加筋、立體加筋(H-V加筋)等。這些加筋土技術的工作機理基本一致，都是一種被動的土工加固技術，也就是在填筑土體在自重及上部荷載作用下，當填土發生水平變形的時候受到加筋材料的限制，從而達到提高填土的承載力及減少填土變形的目的，因而這種加筋土技術中加筋材料的作用是被動的，加筋材料在所約束土體變形的過程中才能發揮作用。另外，這種加筋土對填土的要求較高，通常選用無粘性土作為填料效果會更好，這樣通常會帶來較高的材料成本費用。國外基本采用無粘性土作為填土。現有技術中，有人曾經提出的預應力加筋土技術，該技術采用了高彈性模量的碳纖維帶作為加筋材料，通過張拉后錨固于擋板上，該技術增加了擋板對土體的側向約束作用。但該技術的缺陷在于預應力的建立非常困難，施工麻煩。(I)如果整個路堤(邊坡)填筑完成以后再進行張拉，張拉的過程中會帶動土體向兩側移動，不能達到約束土體的效果。(2)如果填筑筋帶以上土體之前就對鋪設完成的加筋材料進行張拉，這樣的效果會比較好。但這時的問題是很難建立預應力施加的著力點。而且，即便是建立了加筋材料上的預應力，必須等到加筋材料上部的填土達到一定高度后才能對筋帶進行錨固并撤除張拉設備。因而，施工非常麻煩、難以推廣。而且加筋材料的預應力損失很大，最終達不到對加筋材料施加預應力的效果，也達不到擋板約束填土的作用。(3)該技術中采用的錨具不可靠，采用錨杯和錨片將加筋材料錨固于擋板位置。如果錨片位置稍微不對稱，加筋材料就很容易在錨具中打滑。有人于2009年在預應力加筋土的基礎上提出的無粘結預應力加筋土構想，該構想通過了試驗驗證具有較好的效果。該項目由國家自然科學基金(51108174)及長沙市科技計劃重點項目(K1109007-11)資助，該技術將傳統的加筋材料進行了改進，S卩加筋材料由內外兩部分構成，內層為表面光滑的鍍鋅鋼帶，外層為壓痕塑料，其間填充黃油，內外層之間可以滑動。通過張拉內層的鍍鋅鋼帶提高加筋材料對土體的支承作用。從而增加筋帶對土體的約束，減少填土的豎向變形。但上述技術存在如下缺點
I、同一層無粘結預應力加筋帶之間沒有聯系，不能對加筋帶之間土體的變形進行協調。2、加筋材料存在缺陷，筋帶內外部分之間的填充黃油容易流失。一方面，黃油流失會造成內外部分材料的相對摩擦增大，影響整個鍍鋅鋼帶上面的應力不均勻；另一方面，黃油流失會造成對土壤的污染。3、這種技術沒有提出合適的錨具。內部加筋材料上的預應力不能進行控制，也無法對加筋材料進行二次張拉及調整內部筋帶內力。
發明內容
本發明的目的是為了解決同一層無粘結預應力加筋帶之間沒有聯系，不能對加筋帶之間土體的變形進行協調，內部加筋材料上的預應力不能進行控制,也無法對加筋材料進行二次張拉及調整內部筋帶內力的問題，進而提供一種無粘接預應力加筋土施工方法及其設備。本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種無粘接預應力加筋土施工方法，首先，施工擋板下的基礎，該基礎用于支承上部擋板；然后在所述基礎上填筑并壓實第一層填土，填到第一層鋪設無粘結預應力加筋材料高度位置處，在該位置鋪設所述加筋材料，清理擋板位置處填土，通過錨固裝置將所述加筋材料與第一層擋板初步連接，不施加預應力，通過所述加筋材料使第一層擋板得到初步固定；繼續填土并壓實，直到填到第二層鋪設所述加筋材料高度位置處，鋪設無粘接預應力加筋材料并按第一層相同的方法將所述加筋材料與第二層擋板固定；依次進行，直到將整個路堤或邊坡填筑完成；最后對各層的無粘接預應力加筋材料施加預應力。一種無粘接預應力加筋土施工方法使用的設備，包括無粘結預應力加筋材料和錨固裝置，所述無粘結預應力加筋材料和錨固裝置相互連接。本發明是一種主動與被動相結合的土工加固方法，該方法通過加筋材料、擋板及錨固裝置、填土三者之間的相互作用，達到增加填土強度，控制、調節填土豎向變形的目的。因而可以廣泛的應用于路堤(公路，鐵路)、填筑型擋墻、橋臺、舊路改造工程。本發明與現有技術相比，具有三個方面的優勢第一，進一步減少了加筋土的豎向變形，甚至對于其發生的豎向變形可以人為控制；第二，側向變形小；第三，增加了加筋土的整體性，增加其整體穩定性。因此，本發明可以廣泛地應用于填筑的路堤和擋墻工程。并有望解決長期困擾我們的由于沉降不均勻及沉降不確定造成的工程質量問題。例如，橋頭跳車問題。橋頭跳車主要是由于剛性的橋臺沉降與填筑路堤的沉降不協調造成的。采用本發明的方法有望徹底解決這一難題，既能保證橋頭具有可靠豎向承載力又可以調節路堤的變形，使它們變形協調。同樣，本發明對于舊路改造(加寬)非常適用，新舊路面沉降不均勻往往影響改造路段的質量和效果。如果加寬部分的路堤采用本發明的技術，路堤的這種不均勻變形帶來的問題有望根治。采用本發明后，擋墻可以做得更加堅固和經濟，路堤填筑可以減少農田的征用。
圖I是本發明錨固裝置螺栓桿3上沒有安裝擋板I的結構示意圖2是圖I的A-A剖視圖；圖3是圖I的F向視圖；圖4是錨固裝置的螺栓桿3上安裝有擋板I的結構示意圖；圖5是擋板I的主視圖；圖6是圖5的B向視圖；圖7是圖5的C-C剖視圖；圖8是本發明無粘結預應力加筋材料的結構示意圖；圖9是圖8的D-D剖視圖；
圖10是主受力部分第一段截面圖；圖11是圖8的E-E剖面圖；圖12是圖8的G-G剖面圖；圖13是是主受力部分內部加筋材料表面示意圖(圓形淺凹坑)；圖14是本發明的無粘接預應力加筋土施工方法的示意圖；圖15是本發明加筋材料的加筋土作用機理示意圖；圖16是本發明的無粘接預應力加筋土施工方法在邊坡施工時的示意圖。圖中附圖標記15-基礎，16-無粘接預應力加筋材料，17-填土，18- 土釘或錨桿。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發明做進一步的詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發明的保護范圍不限于下述實施例。如圖14所示,本實施例所涉及的一種無粘接預應力加筋土施工方法,首先,施工擋板下的基礎，該基礎用于支承上部擋板；然后在所述基礎上填筑并壓實第一層填土，填到第一層鋪設無粘結預應力加筋材料高度位置處，在該位置鋪設所述加筋材料，清理擋板位置處填土，通過錨固裝置將所述加筋材料與第一層擋板初步連接，不施加預應力，通過所述加筋材料使第一層擋板得到初步固定；繼續填土并壓實，直到填到第二層鋪設所述加筋材料高度位置處，鋪設無粘接預應力加筋材料并按第一層相同的方法將所述加筋材料與第二層擋板固定；依次進行，直到將整個路堤或邊坡填筑完成；最后對各層的無粘接預應力加筋材料施加預應力。所述施加預應力的順序是自上向下逐層的施加預應力。如圖f圖13所示，一種無粘接預應力加筋土施工方法使用的設備，包括無粘結預應力加筋材料和錨固裝置，所述無粘結預應力加筋材料和錨固裝置相互連接。如圖廣圖7所示，所述錨固裝置包括擋板I、螺母2、螺栓桿3、位移轉換器4、連接板件7和墊片8，所述擋板I為鋼筋混凝土結構，擋板I內設有錨筒5、鋼筋網9和錨固鋼筋10，錨筒5的內部設有內螺紋，錨筒5的外部與錨固鋼筋10相連接，錨固鋼筋10與擋板I內的鋼筋網9固定在一起，螺栓桿3與擋板I中的錨筒5螺紋連接且錨固在擋板I上，螺栓桿3上設有螺母2和墊片8，墊片8設置在螺母2與擋板I之間，位移轉換器4包括位移轉換器外部裝置41、位移轉換器內部裝置42和鋼珠6，位移轉換器外部裝置41的底部與螺栓桿3固定連接在一起，位移轉換器內部裝置42為一大一小連接在一起的兩個圓柱形結構，大圓柱形結構設置在位移轉換器外部裝置41腔內，小圓柱形結構設置在位移轉換器外部裝置41的開口處，小圓柱形結構的外端與連接板件7固定連接，大圓柱形結構的徑向外壁與位移轉換器外部裝置41的環向內壁之間設有一組鋼珠6,小圓柱形結構一側的大圓柱形結構的平面與位移轉換器外部裝置41開口一側的內壁之間設有另一組鋼珠6。所述螺栓桿3上設有卡槽11，使用扳手可以通過卡槽11擰動螺栓桿3，從而可以降低加筋材料上的預應力。所述位移轉換器外部裝置41和位移轉換器內部裝置42之間的空隙12內充滿潤滑劑。所述擋板I的上部設有凹槽13，擋板I的下部設有凸起14。位移轉換器外部裝置41實際制作時可以沿水平中線分為上下兩部分，這兩部分均需要進行鍍鋅進行防腐處理，通過球形鋼珠6與位移轉換器外部裝置41發生作用。鋼珠 6分布在兩個位置，一個位置是內部圓柱體的側面，另一個位置是內圓柱的端部。內外裝置之間充滿潤滑劑。實際制作時當位移轉換器內部裝置42和鋼珠6被安裝在位移轉換器外部裝置41后，將上下兩部分外部裝置沿著分界線在外部焊接，對焊縫進行拋光、防腐處理。鋼珠6的作用是保證位移轉換器內部裝置42與位移轉換器外部裝置41之間可以自由轉動，位移轉換器外部裝置41與擋板I相連，位移轉換器內部裝置42與加筋材料相連。也就是當螺栓桿3在擋板I的錨孔中旋轉的時候，加筋材料不會被旋轉，只會隨外部裝置發生水平位移，從而可以對內部加筋材料施加預應力。連接板件7與位移轉換器4中的位移轉換器內部裝置42連接在一起，保證可以隨位移轉換器中的內部裝置運動，連接板件是與加筋材料連接的部位。通過焊接或粘接將連接板件與加筋材料連接在一起。從而可以帶動加筋材料運動，對其施加預應力。錨固裝置能夠方便準確的對加筋材料施加預應力，并避免加筋材料預應力損失；同時能夠通過調節螺母或螺桿從而對加筋材料上的預應力進行控制。并且，可以根據施工和使用情況進行預應力二次調整。本錨固裝置由于螺栓桿可以和擋板相互作用，螺栓桿上每隔一定距離會有一個卡槽，以便扳手可以擰動螺栓桿，方便調整筋帶上預應力水平。經實際使用，當預應力筋帶上的預應力過大時，通過擰動卡槽來降低筋帶上預應力，以免內部加筋材料被拉斷，保證了加筋材料的安全。如圖8 圖13所示，所述無粘結預應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相互連接，所述主受力部分21包括內部加筋材料23和外層加筋材料24，內部加筋材料23設置在外層加筋材料24內；外層加筋材料24采用聚丙烯或聚氯乙烯高分子聚合物，內表面光滑；內部加筋材料23采用高彈性模量加筋材料，如鍍鋅鋼帶或碳纖維板；內部加筋材料23和外層加筋材料24之間填充潤滑劑；次受力部分22采用與主受力部分21外層加筋材料24相同的材料。所述主受力部分21外層加筋材料24的外表面設有網狀凸起，可以更有效的與土體復合，進一步約束土體的變形。如圖12所示，所述的主受力部分21分為四段，第一段al為自由滑動段，第二段a2為外層加筋材料伸縮段，第三段a3為內外加筋材料固定段，第四段a4為錨固段，第四段僅有內部加筋材料，通過第三段將潤滑劑封閉以防潤滑劑外泄，通過第四段可將本加筋材料與錨具連接。如圖13所示，所述的主受力部分21內部加筋材料23的表面設有淺凹坑；所述淺凹坑的形狀可以具體為圓形。內部加筋材料表面的淺凹坑可以儲存潤滑劑，同時通過a3段將潤滑劑封閉以防潤滑劑外泄，可以使加筋材料長期保持潤滑狀態，提高了使用壽命。由于無粘結預應力加筋材料內外層之間設有自由滑動段和伸縮段，從而在張拉的過程中完全不會帶動土體向兩側移動，從而減輕了施工的復雜度；由于加筋材料的外部有網狀凸起，可以更有效的與土體復合，進一步約束土體的變形。由于次受力部分將主受力部分相互連接起來，從而可以協調同一層加筋帶之間的土體變形。圖14是無粘接預應力加筋土施工方法的示意圖，即為一個預應力加筋路堤實例，如果用于擋墻及邊坡工程，需要將無粘接預應力加筋材料的內部筋材與永久邊坡固定。預應力施加過程僅僅施加在安裝擋板一側。圖15是加筋材料的加筋土作用機理示意圖，其內部作用機理如下在預應力作用下，擋板對填土產生水平推力，在左右兩側的推力作用下，填土在產 生水平變形的同時會產生向上、向下的豎向變形。向下的變形會受到加筋材料的約束，因而主要產生向上的變形。在預應力作用下，加筋材料具有繃直趨勢，在這種趨勢的作用下，使填土有被抬升的趨勢。在以上兩種作用下，可以發揮預應力對填土豎向變形的調節作用。在加筋材料、擋板的共同作用下會加速土體的固結。擋板的約束作用降低了填土中對填料的要求。加筋材料的外部與土體復合，進一步約束土體的變形。加筋材料的外部對加筋材料內部的高彈性模量材料起保護作用，一方面是提高耐腐蝕的作用；另一方面減少填土中尖銳顆粒內部加筋材料的損傷。在原有邊坡旁邊需要進行填筑的工程(路堤或擋墻)時，如圖16所示，對于這類工程首先對邊坡進行加固，加固可采用土釘技術或錨桿技術，然后按照無粘結預應力加筋土技術的進行施工，施工要求無粘結預應力加筋材料的鋪設位置必須與土釘或錨桿外漏端部位置一致，并且要求無粘結預應力加筋材料主受力部分的內部筋材必須與土釘或錨桿外漏端部連接在一起，連接強度不低于無粘結預應力加筋材料主受力部分的內部筋材的強度。待填筑工程完成以后在擋板處對無粘結預應力加筋材料主受力部分的內部筋材施加預應力。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，這些具體實施方式
都是基于本發明整體構思下的不同實現方式，而且本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種無粘接預應カ加筋土施工方法，其特征在干，首先，施工擋板下的基礎，然后在所述基礎上填筑并壓實第一層填土，填到第一層鋪設無粘結預應カ加筋材料高度位置處，在該位置鋪設所述加筋材料，清理擋板位置處填土，通過錨固裝置將所述加筋材料與第一層擋板初步連接，通過所述加筋材料使第一層擋板得到初歩固定；繼續填土并壓實，直到填到第二層鋪設所述加筋材料高度位置處，鋪設無粘接預應カ加筋材料并按第一層相同的方法將所述加筋材料與第二層擋板固定；依次進行，直到將整個路堤或邊坡填筑完成；最后對各層的無粘接預應カ加筋材料施加預應カ。
2.根據權利要求I所述的無粘接預應カ加筋土施工方法，其特征在于，所述施加預應力的順序是自上向下逐層的施加預應カ。
3.根據權利要求I或2所述的無粘接預應カ加筋土施工方法使用的設備，其特征在于，包括無粘結預應カ加筋材料和錨固裝置，所述無粘結預應力加筋材料和錨固裝置相互連接。
4.根據權利要求3所述的設備，其特征在于，所述錨固裝置包括擋板、螺母、螺栓桿、位移轉換器、連接板件和墊片，所述擋板為鋼筋混凝土結構，擋板內設有錨筒、鋼筋網和錨固鋼筋，錨筒的內部設有內螺紋，錨筒的外部與錨固鋼筋相連接，錨固鋼筋與擋板內的鋼筋網固定在一起，螺栓桿與擋板中的錨筒螺紋連接且錨固在擋板上，螺栓桿上設有螺母和墊片，墊片設置在螺母與擋板之間，位移轉換器包括位移轉換器外部裝置、位移轉換器內部裝置和鋼珠，位移轉換器外部裝置的底部與螺栓桿固定連接在一起，位移轉換器內部裝置為一大一小連接在一起的兩個圓柱形結構，大圓柱形結構設置在位移轉換器外部裝置腔內，小圓柱形結構設置在位移轉換器外部裝置的開ロ處，小圓柱形結構的外端與連接板件固定連接，大圓柱形結構的徑向外壁與位移轉換器外部裝置的環向內壁之間設有一組鋼珠，小圓柱形結構ー側的大圓柱形結構的平面與位移轉換器外部裝置開ロー側的內壁之間設有另ー組鋼珠。
5.根據權利要求4所述的設備，其特征在于，所述螺栓桿上設有卡槽。
6.根據權利要求5所述的設備，其特征在干，所述位移轉換器外部裝置和位移轉換器內部裝置之間的空隙內充滿潤滑劑。
7.根據權利要求6所述的設備，其特征在于，所述擋板的上部設有凹槽，擋板的下部設有凸起。
8.根據權利要求3所述的設備，其特征在于，所述無粘結預應力加筋材料包括主受カ部分和次受カ部分，主受カ部分和次受カ部分相互連接，所述主受力部分包括內部加筋材料和外層加筋材料，內部加筋材料設置在外層加筋材料內；外層加筋材料采用聚丙烯或聚氯こ烯高分子聚合物，內表面光滑；內部加筋材料采用高彈性模量加筋材料，如鍍鋅鋼帶或碳纖維板；內部加筋材料和外層加筋材料之間填充潤滑劑；次受カ部分采用與主受カ部分外層加筋材料相同的材料。
9.根據權利要求8所述的設備，其特征在于，所述主受力部分外層加筋材料的外表面設有網狀凸起。
10.根據權利要求8所述的設備，其特征在干，所述的主受カ部分分為四段，第一段為自由滑動段，第二段為外層加筋材料伸縮段，第三段為內外加筋材料固定段，第四段為錨固段。
全文摘要
本發明提供了一種無粘接預應力加筋土施工方法及其設備，方法是，通過錨固裝置將所述加筋材料與第一層擋板初步連接，通過所述加筋材料使第一層擋板得到初步固定；繼續填土并壓實，直到填到第二層鋪設所述加筋材料高度位置處，鋪設無粘接預應力加筋材料并按第一層相同的方法將所述加筋材料與第二層擋板固定；依次進行，直到將整個路堤或邊坡填筑完成；最后對各層的無粘接預應力加筋材料施加預應力。設備包括無粘結預應力加筋材料和錨固裝置，所述無粘結預應力加筋材料和錨固裝置相互連接。本發明是一種主動與被動相結合的土工加固方法，通過加筋材料、擋板及錨固裝置、填土三者之間的相互作用，達到增加填土強度，控制、調節填土豎向變形的目的。
文檔編號E02D29/02GK102864711SQ20121034396
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月17日 優先權日2012年1月19日
發明者杜運興, 周芬 申請人:杜運興