粉煤灰加筋路堤模型試驗研究

邱兆森

0 引言

課題組在石家莊鐵道學院土木工程分院結構實驗室進行了粉煤灰加筋路堤的室內模擬試驗，試驗的目的如下。

1 試驗設備及性能指標

試驗組件分為主體試驗箱、加載系統、測量系統三部分。試驗箱為長方體結構，尺寸為(長×高×寬)3.6 m×2.4 m×1.0 m，寬度方向代表路堤縱向，該方向應變為0，長軸方向為路堤橫斷面方向。試驗箱前側用方格狀鋼架焊接而成，通過貼在鋼架外部的塑料坐標紙讀取模擬路堤內部位移;頂部在前后方向焊接6道角鋼梁，作為反力裝置，用以施加荷載。

加載系統選用標定最大壓力為5 t的油壓千斤頂向模擬路堤施加豎向荷載，配以額定量程為50 t的壓力傳感器，以實現對壓力值的讀取和控制。采用鋼板將集中荷載轉化成均布荷載，加載板用剛性很大的鋼板制成，豎向加載過程中不會發生撓曲，保證路堤沿試驗箱寬度方向上不產生應變。試驗主要測取的數據包括豎向荷載p(傳感器測取)、基礎頂面豎向位移s(百分表測取)、路基內部標定點的水平位移和豎向位移(高倍顯微鏡測取)。

2 路堤模型的基本指標

路堤模型高1.2 m，邊坡坡比1∶1.5，填料為粉煤灰，針對無筋、一層加筋、二層加筋進行平行試驗，模型編號依次為A，B，C。考慮到模擬邊界條件，模型箱底60 cm高度內裝有一定含水量的細砂并夯實，既可下部土層模擬，又可以作為上面粉煤灰施工的工作平臺。B組和C組路堤模型需進行加筋，應當盡量保證格柵水平放置，且使格柵肋的方向平行或垂直于模型箱的側面，在兩側邊坡處將格柵壓入砂袋間。

試驗用粉煤灰最大干密度ρdmax=1.05 g/cm3，最佳含水量wop=26.2%，粘聚力 c=20.00 kPa，內摩擦角 φ =25°，顆粒級配試驗結果見表1。試驗采用的土工格柵為雙向拉伸，性能指標見表2。

表1 試驗用粉煤灰顆粒級配試驗結果

表2 土工格柵的性能指標

3 試驗結果

1)無筋路堤模型試驗結果。

圖1為P—S曲線，圖2為測試點側向位移曲線，圖3為沉降曲線。

圖1 模型試驗P—S曲線（無筋）

2)一層加筋路堤模型試驗結果。

圖4為P—S曲線，圖5為測試點側向位移曲線，圖6為沉降曲線。

3)二層加筋路堤模型試驗結果。

圖2 測試點側向位移曲線（無筋）

圖3 測試點沉降曲線（無筋）

圖4 模型試驗P—S曲線（一層加筋）

圖5 測試點側向位移曲線（一層加筋）

圖7為P—S曲線，圖8為測試點側向位移曲線，圖9為沉降曲線。

圖6 測試點沉降曲線（一層加筋）

圖7 模型試驗P—S曲線（二層加筋）

圖8 測試點側向位移曲線（二層加筋）

圖9 測試點沉降曲線（二層加筋）

4 試驗結果分析

1)從試驗所得數據及P—S曲線可以看出，不加筋情況沉降量最大，沉降量隨加筋層數的增加而降低。在同一荷載值(P=39.7 kPa)時，B組沉降值僅為A組的70.5%;在同一沉降量(S=4.63 mm)時，加兩層格柵比不加格柵承載力提高16.7%，比加一層格柵提高了8%。可見，增加格柵層數可以提高地基承載力。但是，從試驗效果來看，B，C兩組試驗結果相差不大，而格柵用量卻增加一倍。顯然，強度的增加與格柵層數的增加不成正比，因而存在一個經濟層數的問題。另外，在荷載值比較小時(P＜9.924 kPa)，加筋作用并不明顯，甚至不加筋情況下沉降量反而減小，這是因為在較低的應力水平下，格柵受力變形小，沒有發揮其抗拉作用。

可以得出結論:地基承載力隨加筋層數的增加而增大，基礎頂面沉降量隨加筋層數的增加而減小，但并非是線性關系。鑒于B，C兩組試驗結果相差不大，而格柵用量卻增加一倍。從工程效果和經濟因素兩方面綜合來考慮，對于路堤不是很高的情況，如需加筋以控制豎向變形，則需控制加筋數量，但要對路堤進行穩定性驗算。

2)從側向位移關系來看，土工格柵對土體側移限制作用非常明顯，給格柵層附近的土體區域增加了側向約束，形成了一個“復合加固帶”，且距加筋層越近約束作用越強，較強的約束作用使側移量明顯減少，加固效果是與距格柵層距離有關的函數。土工格柵這種對其附近土體的約束作用是其能改善地基性能的重要原因。

3)沉降曲線顯示，同一層面上路基中線處沉降值最大，且沉降值隨距中線距離的增加而減小，但是這種減小的趨勢不是線性變化的，而是存在一個突變點。可見，路堤內部的變形不是沿全長均勻分布，而是越靠近路堤邊坡的中心，測試點的沉降量越小，而在靠近坡腳處，測試點的沉降量則相應較大。與未加筋的情況相比，加筋后的路堤測點沉降量偏小。加筋層數越多，則土工格柵加筋邊坡測試點沉降越小。

[1]王虎妹，張力霆.土工格柵加筋粉煤灰路堤的研究[J］.路基工程，2009(1):150-152.

[2]張 克.土工格柵加筋砂土地基性能的模型試驗研究及有限元分析[D］.大連:大連理工大學，2004.

[3]王虎妹，張力霆.土工格柵加筋粉煤灰堤壩的室內模擬試驗研究[J］.國防交通工程與技術，2007，5(4):41-44.