筋材施工中破损降低强度问题分析

6.6.3.1　实验研究

大多数加筋土结构的寿命可持续100年以上，这也意味着筋材将相应地持续这么长的时间，土工材料的性质取决于时间，图6.60中的上线代表抗拉强度的变化，下线表示应力状况对土工材料的要求，允许的抗拉强度Ta1的降低，取决于像施工破损那样的短期作用，它会降低最大抗拉强度，但不影响长期特性，不像蠕变、老化那样会引起长期强度的损失。

图6.60　强度与时间的关系图

为考虑施工破损和长期衰减（流变）的影响，将Tult除以若干强度降低因素，可得允许的拉伸强度Tal，其公式已如上面6.6.1节所述。

一般说来，施工时的应力是加筋材料所承受的最大应力。以往大量的关于施工破损的研究和观测资料表明，除了土工加筋材料的类型外，破损还取决于加筋结构物的重量、类型和施工碾压设备、碾压次数等。此外，填料的棱角情况、风化情况以及压实层厚度等也有影响。

Koerner（1990）从48个加筋工程中挖掘了75种不同的土工织物和土工格栅进行研究发现，施工铺设和开挖以后，其尚存的抗拉强度的变化十分显著，尤其是对粗的不均匀的冻土地基，含有大颗粒的级配不良上覆土、薄踩层和重型施工设备的破损情况更为严重。在施工破损和筋材拉长处，抗拉强度和耐久性显著地降低，但杨氏模量基本上不受影响。

美国的Federal Highway Admimistration（FHWA）建议了一施工破损降低系数如表6.6所示。如果在加筋材料上铺一层不小于250mm厚的土层，并且土颗粒最大粒径小于踩层厚度的25%，施工破损将会大大地降低。

表6.6　FHWA施工破坏降低系数RFID（Elias，2001）

6.6.3.2　现场试验和监测资料

瑞士的Hufenus进行了38种土工织物和土工格栅的足尺试验，以研究施工破损的影响（R.Hufenus etal.2005）。

采用若干种土工加筋材料对承载力极低的地基土进行了现场加筋铺设试验，筋材铺在一层黏质粉土地基和一层由松散回收材料组成的回填土之间（碎混凝土8～64mm）。格栅的一部分铺于无纺的隔离层上。部分试验结果示于图6.61中。

图6.61　施工后保留拉伸强度

（a）施工后保留的拉伸强度；（b）经编土工格栅纵横向拉伸强度和伸长率均值和变化范围

图6.59示出了由于施工破坏的短期拉伸强度的损失，其中所用的回填材料有砂、砾和碎石等。筋材在铺设后保留的拉伸强度主要与土工加筋材料的种类有关（格栅、有纺、经编、无纺或复合布），其次与筋材的原材料有关。除此以外，施工破坏程度与最大颗粒尺寸关系很大、级配和颗粒的形状（圆砾/角砾）。填土材料的压实方法也有影响。

6.6.3.3　施工破损的定量表达

若定义残余拉伸强度（%）为R，T为“标准（ISO 10317）”拉伸强度（N/m）；Tult为最终拉伸强度（N/m）；若仅考虑施工破损（即RFCR=RFD=1.0），则实测的施工破损降低系数

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另一方面，若考虑各种可能的施工破损影响，则可得施工破损降低系数的估计值为

式中：rfG为土工筋材类型的影响；rfB为回填材料的影响；rfC为压实能的影响；rfN为碾压遍数影响。

找到上述系数的值最好是找出估计值和实测值之间的关系。图6.62列出了这个关系，从中得出R2=0.39，由此得出的各参数估计值列于表6.7。而表6.8列出了RFID值（围压不大于55kPa时的标准压实），表6.8的值综合了很多研究资料，因此可用于大多数的场合，即使有些情况比试验的情况更为严重，对粗粒土，由于数据库资料不足，尚不能对施工破损进行良好的预测。

图6.62　估算的和实测的施工破坏降低因素的关系

6.6.3.4　施工破损的实验室模拟

按prEN ISO 10722—1（《土工布及相关产品铺设过程中的模拟损害程序》）的要求进行的实验室施工破坏模拟试验表明，对有纺布、无纺布，似乎它们的实验室施工破损的模拟要比在现场更容易破坏，但两者有很好的关系。

而对于挤压的和平肋的格栅，则实验模拟的影响不显著。当在碎石中施工，其循环荷载的大小（幅值）（450～900kPa），强度降低值的增量为-1.5的系数。

表6.7　参数rfG、rfB、rfC和rfN的估计值（R Hufenus et al，2005）

表6.8　地面压力不大于55kPa时的标准压实因数RFID

实验室与现场的关系示于图6.63（碎石）中，图6.63表示了450kPa幅值的关系，它的放大因素为1.36（确定性系数为0.52）。在模拟试验中，试样（02和23）要比现场试验破坏得更严重。

图6.63　碎石中铺设的土工材料现场和实验室结果的关系

图6.64碎石中铺设的土工材料实验室降低系数与估计降低系数的比较。

图6.64　实验室碎石上施工的结果与估算值比较

一般说来，由实验室根据棱角碎石（0～22mm GP-GM）在幅度为450kPa的循环荷载作用下的试验得出的强度降低系数往往略偏保守。但这种预测值已在某些土工材料耐久性预测中得到了应用。在瑞士的标准和手册中这些成果也已被采纳。