基于Midas-GTS綜合管溝及土工格柵對路堤沉降的影響分析

徐 江 平

(廣州市市政工程設計研究總院,廣東 廣州 510060)

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基于Midas-GTS綜合管溝及土工格柵對路堤沉降的影響分析

徐 江 平

(廣州市市政工程設計研究總院,廣東 廣州 510060)

結合南沙某道路工程實例，采用Midas-GTS軟件建立有限元模型，分析綜合管溝及加筋體對路堤上部荷載的分擔作用及路堤沉降作用的影響，結果表明地下構筑物起到固定作用，土工格柵能夠發揮抗拉效果，綜合改善路堤的受力狀況，從而限制土體變形。

路堤沉降，有限元分析，綜合管溝，土工格柵

0 引言

綜合管溝，也叫地下管線共同溝，是指可以容納兩種或兩種以上市政公用設施管線(包括給水、中水、熱力、電力、電信等)的一種集約化、集成化的市政公用基礎設施。具有一次性綜合投入，避免重復開挖地面；統一管理，方便維修，減少管理成本；改觀城市環境、容貌等優點。傳統的市政公用管線的直埋敷設方法必須反復開挖路面進行施工，嚴重影響城市的交通與市容，干擾了居民的正常生活和工作秩序。相比傳統的市政公用管線單埋方式，城市綜合管溝具有明顯優勢。

土工格柵加筋體能有效改善土體的工程性能，起到加固和穩定土體的作用，是一種有發展前途的土工合成材料。在軟土路堤下新修綜合管溝，地下構筑物起到固定作用，土工格柵能夠發揮抗拉效果，綜合改善路堤的受力狀況，從而限制土體變形，具有良好經濟效益。本文基于Midas-GTS軟件分析地下構筑物、加筋體對路堤沉降的影響。

1 工程概況

確保道路及綜合管溝正常運營要求，對該路段路堤采用土工格柵進行加固。

2 有限元模型

2.1 土體本構模型

由于粘性土體具有明顯的流變特性和非線性塑性，在實際分析中土體單元多采用彈塑性本構關系，屈服函數采用Mohr-Coulomb屈服準則(M-C準則)。M-C彈塑性本構模型具有表達簡單、模型參數少、通過試驗易獲取等優點，在實際工程計算分析中經常采用。

2.2 其他結構本構模型

土工格柵是一種只能受拉不能受壓的柔性材料，它具有高抗拉強度，良好的柔性、延展性和高抗疲勞性能。本文中土工格柵的本構關系取為線彈性材料。綜合管溝為混凝土結構，強度高，變形小，采用梁單元模擬。

2.3 有限元模型

本次數值模擬基于Midas-GTS平臺采用二維地層結構模型進行計算，考慮到路堤的實際受力情況，將模型作適當簡化。計算幾何模型：公路路堤寬64 m，路堤本體高9 m，地基深度為35 m，線路縱向取1 m。路堤模型分3種情況進行模擬分析：1)原狀土路堤；2)管溝作用下的路堤；3)管溝+格柵作用下的路堤。

計算模型的側面受X軸方向位移約束，地層下部邊界受到Y軸方向位移約束。格柵作用下，邊界條件為格柵上部土體有一個豎向自由度,其余部位自由度不變。計算模型見圖2。

為量化管溝、格柵對路堤沉降作用影響，設計對比模擬：先分析原狀土的路堤沉降作用，再者對管溝和格柵作用后路堤沉降情況進行分析。

2.4 計算參數的選取

土工格柵鋪設于管溝上方路堤邊坡下，土工格柵的彈性模量為4 320 MPa，泊松比為0.1，容重為0.03 kN/m3，厚度為0.002 m。模型計算參數及材料屬性見表1。

表1 材料屬性參數

土層彈性模量為經過真空聯合堆載預壓處理后土層參數。管溝結構采用混凝土參數。

3 模擬計算結果及分析

3.1 路堤沉降云圖

1)原狀土體情況下道路沉降兩邊低中間高，差異沉降(路中與路緣位置沉降差值)大(見圖3)。

2)管溝和管溝及格柵體情況下路堤最大沉降位于管溝與路堤中間中點附近，沉降曲線為“W”形，與理論分析較為吻合(見圖

4，圖5)。

3.2 管溝對路堤沉降的影響

管溝結構類似剛性基礎，起到固定作用，能明顯降低路中沉降值。對比原狀土路堤及管溝路堤沉降云圖，管溝路堤路中最大沉降值為13.3 cm，原狀土路堤路中最大沉降值為21.7 cm，下降40%。且沉降變化更均勻，管溝路堤差異沉降(路中與路緣位置沉降差值)為6.7 cm，原狀土路堤差異沉降為14.7 cm。

3.3 加筋體對路堤沉降的影響

對比管溝路堤和管溝結構加筋體路堤沉降模擬計算結果分析得出，加筋體能有效降低路堤沉降，路中最大沉降值從13.3 cm降低至10.4 cm，路堤外邊緣沉降值從6.6 cm降至5.1 cm。

土工格柵能有效地抑制路堤的豎向和側向變形，對地基沉降起到均化作用，并能有效傳遞荷載至路堤坡腳及管溝處，提高路堤的穩定性。

4 結語

結合南沙市政道路項目的設計分析，可得出以下結論：管溝結構及加筋體對路堤沉降調節作用明顯。結構物的存在能有效分擔路堤上部荷載，加筋體使路堤荷載分布更加均衡，從而降低路堤沉降和差異沉降。在路堤沉降治理中，采用管溝加加筋體的分擔組合能取得明顯經濟效益。

[1] GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規范[S].

[2] JTG D30—2014，公路路堤設計規范[S].

[3] 張 麗，李雅琦.基于midas/GTS的土工格柵加筋路堤邊坡的有限元分析[J].城市建設理論研究(電子版)，2012(35)：11.

[4] GB 50010—2010，混凝土結構設計規范[S].

Analysis on the impact of utility tunnel and geogrid upon embankment settlement on the basis of Midas-GTS

Xu Jiangping

(GuangzhouMunicipalEngineeringDesignAcademyHeadquarter,Guangzhou510060,China)

By the Nansha road project, using Midas-GTS software establish the finite element model to analyze influence of utility tunnel and geogrid-reinforced embankment, indicate that the utility tunnel to take the effect of fixation, the geogrid can exert the tensile effect to reduce soil deformation.

embankment settlement, finite element analysis, utility tunnel, geogrid

1009-6825(2016)11-0159-02

2016-01-25

徐江平(1989- )，男，助理工程師

U416.12

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