樁承式加筋路堤筋材設計方法的討論馬克菲爾（長沙）新型支檔科技開發有限公司韓飛引言軟土地基上筑堤（加固）的技術選擇地基加固，根據路基要求可以選擇不同技術方案：復合地基技術（水泥土樁、石灰樁、碎石樁、CFG樁等）PVD預壓固結技術（堆載預壓、真空預壓）其他地基處理組合技術（如長版短樁+堆載工法）輕質填料路堤，如EPS路堤分期施工技術：前期固結基本完成后再加載傳統樁承路堤墊層加筋路堤樁承加筋路堤2傳統樁承路堤Firmsoilorbedrock使用斜樁3軟土地基路堤填土土工合成材料加筋樁典型樁承加筋路堤構成樁帽主要區別：引入加筋墊層，取消邊緣斜樁4樁網復合地基著眼點是復合地基，不論采用何種樁型，強調樁-網-土的協調工作和共同分擔上部荷載；樁間土承擔荷載是復合地基的前提。樁承式加筋路堤更側重“樁承路堤”，多采用剛性樁，充分考慮填土路堤內的土拱效應，特別是在水平加筋膜效應下，由樁體分擔絕大部分路堤荷載與附加荷載，在一般情況下不考慮樁間土的支撐作用。樁承加筋堤vs.樁網復合地基5樁承式加筋路堤的設計方法英國規范BS8006（2010）

德國規范EBGEO(2010)

北歐指南NORDIC(2004)日本手冊（2001）復合地基技術規范（GB/T50783-2012）6BS8006（2010）極限狀態PilegroupcapacityPilegroupextentVerticalloadsheddingOverallstabilityLateralsliding7承載能力極限狀態正常使用極限狀態BS8006（2010）極限狀態ReinforcementstrainFoundationsettlement8北歐Nordic楔形拱英國BS8006土拱效應荷載日本細則德國EBGEO規程9路堤荷載最終是由樁（樁間土）分擔，樁基承擔的是經過土拱效應加強的上部荷載(A)和經筋材薄膜效應（梁效應）傳遞過來的荷載(B)；而樁間土分擔的是經過土拱效應和薄膜效應轉移后剩余的上部荷載(C)。10樁承式加筋路堤設計基本思路

根據路堤填筑高度和設計基本條件，考慮土拱效應，確定樁間加筋上的作用荷載。依據薄膜效應或者梁效應（Beamtheory），確定土工合成材料受力，進行加筋墊層設計。然后進行樁承式加筋路堤的穩定性分析，樁基（樁型、間距、長度）設計，路堤沉降驗算。11各國規范對筋材長期設計抗拉強度的計算英國BS8006：

德國EBGEO：北歐NORDIC：日本細則：國家規范：12長期抗拉強度設計值：13BS8006&SANS207EBGEOFHWAISOTR20432TDRB,kTLTDSTLTDSRFCRA1RFCRRFCRfm21A2RFIDRFIDincludedinfm22includedinA4RFWRFWincludedinfm22includedinA4RFCHRFCHfm12xfm12fixedvalue=1.3FSFSRB,k=RB,K0/(A1xA2xA3xA4xA5)TB=TCR=Tchar/RFCRTD=TCR/fmwherefm=RFIDxRFWxRFCHxFS==fm21xfm22xfm12xfm12

長期抗拉強度設計值：14拉伸強度,T設計年限,tdLog(時間)1.Tult

（快速拉伸試驗測得）施工期傳統方法--長期抗拉設計強度Td

(e.g.,TRISO20432):15T第一步：土工合成加筋材料的機械性能可以通過不同的試驗方法測試；根據土工合成加筋筋材破壞時的變形，其結果略有不同。影響測試結果的其他因素：測試溫度；固定加筋筋材的夾具類型；速率（應變、應力）16拉伸強度,T2.Tult/RFID設計年限,tdLog(時間)施工期

RFID:施工損傷折減系數

(一般為：

1.05–3.0)1.Tult

（快速拉伸試驗測得）傳統方法--長期抗拉設計強度Td

(e.g.,TRISO20432):17第二步：施工損傷主要影響因素：填料粒徑填料顆粒尖銳程度壓實機械壓實能量壓實厚度.現場試驗非常有必要!182.Tult/RFID拉伸強度,T設計年限,tdLog(時間)NegativeageingeffectscoveredbyRFD施工期直接到設計年限末

!1.Tult

（由快速拉伸試驗測得）

RFD:環境因素折減系數(一般為

1.1–2.0)3.Tult/(RFIDxRFD)傳統方法--長期抗拉設計強度Td

(e.g.,TRISO20432):192.Tult/RFID3.Tult/(RFIDxRFD)拉伸強度,T設計年限,tdLog(time)NegativeageingeffectscoveredbyRFD施工期Gobackfromthefuture!1.Tult

（由快速拉伸試驗測得）傳統方法--長期抗拉設計強度Td

(e.g.,TRISO20432):20第三步：主要影響因素：紫外線聚烯烴類的氧化反應聚酯類的水解反應微生物土壤酸堿度PH值.

212.Tult/RFID3.Tult/(RFIDxRFD)拉伸強度,T設計年限,tdLog(時間)NegativeageingeffectscoveredbyRFDConventionalstress-rupturecurve施工期再一次到設計年限末

!4.

Tult/(RFIDxRFDxRFCR)

RFCR:蠕變折減系數e.g.,4.0–5.0forPP&2.6–5.0forHDPE(FHWA,2001)1.Tult

（由快速拉伸試驗測得）傳統方法--長期抗拉設計強度Td

(e.g.,TRISO20432):22第四步：蠕變折減系數主要影響因素：聚合物類型溫度

聚酯

90/110260°C聚丙烯

-20

170/180

高密度聚乙烯

-120/-90

130彈性階段粘彈性階段流態玻璃化溫度熔點一般土壤溫度：

0°C<t<30°C23最常用的是等時蠕變曲線。它可以提供了在特定的設計年限內較明確的最大拉伸強度（左圖）

-強度準則

–蠕變應變速率（右圖）-變形準則.24Log(time)5.設計強度:Td=Tult/(RFIDxRFDxRFCRx(Fs)overall)2.Tult/RFID3.Tult/(RFIDxRFD)拉伸強度,T設計年限,tdNegativeageingeffectscoveredbyRFD施工期4.Creeprupturestrength:Tult/(RFIDxRFDxRFCR)1.Tult

（由快速拉伸試驗測得）Conventionalstress-rupturecurve傳統方法--長期抗拉設計強度Td

(e.g.,TRISO20432):第五步：(Fs)overall

=

fm121Xfm122這個系數很重要但經常會被遺忘。它包含了所采用材料生產企業的質量流程控制、建廠歷史、材料試驗測試頻率以及其依據統計數據提出材料參數典型數值的可信度。依據英國規范BS8006，fm122

與可提供的樣板數據庫次數成線性關系。如果不能達到最低值，此種材料不能被采用！26工程算例：軟基處理工程，筋材最大允許變形量4%，蠕變量<1%設計抗拉強度：Td=120kN/m工作溫度：30°C土壤PH值：

PH<9土料：隧道棄土

dmax=40mm27

1ststep:通過表格來反推與所需長期設計強度120kN/m相對應的強度由上表可得，120年的設計年限：TCR=69%Tchar由此可得：RFCR =1/0.69=1.449上式中：TCR為長期蠕變設計強度值；

Tchar(Tult)為短期拉伸強度典型值，既通常所說的極限強度值。28RFID

=1.03~1.05與格柵型號有關.

RD

=1.23（設計年限120年，土壤溫度：30°C土壤酸堿度：PH<9.5(Fs)overall=1.2依據BBA報告來計算所有與工作狀態相關的各種安全系數：29

格柵總安全折減系數為：1.449x1.05x1.23x1.2

=2.24短期強度典型值Tchar

=Tult：Tdx2.24=120kN/mx2.24=268.8kN/mTult依據“強度準則”，應選擇極限強度>269kN/m的格柵30

The2ndstep:校核269kN/m的格柵是否滿足“變形準則”。最大允許變形為4%-最大的蠕變變形量1%既格柵極限強度值為3%應變時對應的既為長期拉伸強度設計值Td(=120kN/m)kN/m。

120kN/m=45%的Tult(120/269=45%)相對應的變形=3.9%與3%的應變要求不符，不滿足“變形準則”31本工程中格柵允許最大變形量為4%，最大蠕變量為1%，為了滿足“變形準則”，根據格柵應力~應變典型曲線可以得到，3%應變所對應的長期拉伸強度設計值Td=33%的Tult。

The3ndstep:驗算格柵型號以滿足“變形準則”。32根據格柵應力~應變典型曲線可知：依據“變形準則”所對應的33%的Tult

和“強度準則”所對應的45%的Tult，格柵的應變<0.5%，因此，我們可以把變形控制到3.5%。The3ndstep:驗算格柵型號以滿足“變形準則”。本工程中格柵允許最大變形量為4%，最大蠕變量為1%，為了滿足“變形準則”，根據格柵應力~應變典型曲線可以得到，3%應變所對應的長期拉伸強度設計值Td=33%的Tult。

33Tult

=Td/0.39=120/0.39=308kN/mThe3ndstep:驗算格柵型號以滿足“變形準則”。根據格柵應力~應變典型曲線可知：依據“變形準則”所對應的33%的Tult

和“強度準則”所對應的45%的Tult，格柵的應變<0.5%，因此，我們可以把變形控制到3.5%。本工程中格柵允許最大變形量為4%，最大蠕變量為1%，為了滿足“變形準則”，根據格柵應力~應變典型曲線可以得到，3%應變所對應的長期拉伸強度設計值Td=33%的Tult。

解決方案強度為269kN/m的格柵滿足“強度準則”，但不滿足“變形準則”。正確的格柵強度（極限抗拉強度）應該不小于308kN/m，而且是蠕變比較小的格柵類型，如PET格柵。工程算例：軟基處理工程，筋材最大允許變形量4%，蠕變量<1%設計抗拉強度：Td=120kN/m工作溫度：30°C土壤PH值：

PH<9土料：隧道棄土

dmax=40mm這是一個標準計算方法，是否有值得商榷的地方？

5.Designstrength:Td=Tult/(RFIDxRFDxRFCRx(Fs)overall)2.Tult/RFID3.Tult/(RFIDxRFD)拉伸強度,T設計年限,tdLog(時間)NegativeageingeffectscoveredbyRFD施工期4.Creeprupturestrength:Tult/(RFIDxRFDxRFCR)1.TultbyfastloadingtestonnewproductConventionalstress-rupturecurve這種方法值得商榷的地方在于蠕變是一個降解的現象，此意味著筋材的強度在恒定的應變速率下隨著時間而減小、隨著蠕變荷載歷史而降低。把筋材的蠕變和降解過程分開來考慮。36

但是，蠕變不是一個筋材降解現象

a)筋材強度在恒定的應變速率下不會隨著時間而減小，除非筋材收到生物、化學侵蝕作用。b)筋材強度不會隨著蠕變荷載歷史而降低。37

2.Tult/RFID3.Tult/(RFIDxRFD)Tensileforce,TDesignlife,tdLog(time)NegativeageingeffectscoveredbyRFDTimeofconstructionConventionalstress-rupturecurve4.Creeprupturestrength:Tult/(RFIDxRFDxRFCR)1.TultbyfastloadingtestonnewproductStress-rupturecurveforsimultaneouscreepdeformationanddegradation這是一個標準計算方法，是否有值得商榷的地方？這種方法值得商榷的地方在于蠕變是一個降解的現象，此意味著筋材的強度在恒定的應變速率下隨著時間而減小、隨著蠕變荷載歷史而降低。把筋材的蠕變和降解過程分開來考慮。筋材降解作用和蠕變是同時發生的！在三種不同的降解環境下來模擬蠕變破壞曲線。T目前的設計方法:：蠕變發生在降解之后(保守)蠕變和降解同時發生(實際)2.Tult/RFID3.Tult/(RFIDxRFD)拉伸強度,T設計年限,tdLog(時間)Negativeageingeffects1.Tult施工期5’.:Td'=Tult/(RFIDxRFCR.D

x(Fs)overall)4.Tult/(RFIDxRFDxRFCR)5.

Td=Tult/(RFIDxRFDxRFCRx(Fs)overall)4’.:Tult/(RFIDxRFCR.D)Newstress-rupturecurveTd

'>Td筋材長期抗拉強度設計方法討論馬克菲爾計算軟件43強度準則！變形準則！44樁承式加筋路堤的特點與優勢與一般軟基加固技術相比，可有效控制沉降與傳統樁承堤相比，由于加筋存在，體系更穩定工作機理、各部分之間的相互作用復雜與橋跨（樁+梁+肋板）相比，節約費用主要工程應用公路、鐵路路基工程中與結構物連接路堤公路、鐵路路基工程中需控制工后沉降的一般路堤公路、鐵路路基拓寬工程中的拓寬路堤45擬建的京滬高速鐵