土工格室加筋新老路基拼接段影響分析

徐梅杰 袁攀

摘 要：高速公路中的新老路基修建的過程中會(huì)面臨軟土地路基、路基病害和路基不均勻沉降等一系列問題。土工格室加筋廣泛應(yīng)用在新老路基修建工程中，根據(jù)有限元程序所建立出來的準(zhǔn)確直觀的計(jì)算模型，從土工格室鋪設(shè)層位、鋪設(shè)寬度、鋪設(shè)模量、鋪設(shè)高度四個(gè)方面對比分析這些因素能夠在多大程度上影響新老路基拼接位置的差異性特征，通過這種方法和手段可以對土工格室加筋應(yīng)用于新老路路基中的效果是否明顯有一清晰的認(rèn)識(shí)。從中根據(jù)最終的研究結(jié)果可以看出，土工格室加筋在路基的位置如果距離路基底部距離越近，路基因?yàn)榉植疾痪斐傻牟町惓两档膯栴}就會(huì)越少；在層數(shù)方面，新老路基加筋層數(shù)越多，對抗路基差異沉降的效果就越明顯；在鋪設(shè)模量和高度層面，土工格室模量以及高度的大小與道路工程中降低路基沉降效果呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系；新老路基拼接段鋪設(shè)土工格室的寬度有一個(gè)最佳值。

關(guān)鍵詞：土工格室；加筋；新老路基；拼接段；道路工程

引言

當(dāng)今社會(huì)隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，作為一種現(xiàn)代化的運(yùn)輸工具，高速公路成為經(jīng)濟(jì)賴以發(fā)展交流的重要手段。高速公路的修建是一項(xiàng)十分有意義的工程。高速公路在改擴(kuò)建路基時(shí)，常常因?yàn)椴豢咕艿母黝愐蛩孛媾R軟土地路基、路基病害和路基不均勻沉降等一系列問題。需要針對道路工程中面臨的問題開發(fā)新型材料來對抗軟土地路基及新老路基差異沉降問題。新型立體的化工合成材料——土工格室應(yīng)運(yùn)而生，這種材料在進(jìn)行加筋以后可以加強(qiáng)本身的強(qiáng)度和韌性，土工格室運(yùn)用到路基擴(kuò)建中可以可以改善原本的道路土體，這樣可以使得土體的剛度模量越來越大，本身的荷載在分散以后也能減少路基不均勻沉降的問題，加筋土的利用使得土工結(jié)構(gòu)經(jīng)過復(fù)合之后能夠解決路基工程中的軟土地路基及病害問題。遺憾的是，盡管土工格室作為一種新型材料具有無可比擬的優(yōu)越性，但是由于剛剛問世，有關(guān)土工格室應(yīng)用于路基建設(shè)的研究還是處在淺嘗輒止的階段，縱觀以往之研究文章，多側(cè)重于通過不同層為的角度來研究討論新老路基建設(shè)中，土工格室與路基結(jié)合地帶的建設(shè)應(yīng)用效果。有基于此，該篇文章將會(huì)致力于探討研究分析在新老路基拼接地段中到底是什么樣的因素在很大程度上影響加筋新老路路基的效果，并且本文將會(huì)根據(jù)當(dāng)前道路工程中新老路基存在的新老路基分布不均導(dǎo)致的差異沉降問題以及軟土地路基、路基病害等諸多問題提出行之有效的多項(xiàng)措施。

1.模型與參數(shù)的計(jì)算工作

要想準(zhǔn)確計(jì)算模型和參數(shù)，要通過平面應(yīng)變的方法，利用有限模型，進(jìn)行一定的假設(shè)進(jìn)行展開計(jì)算。

首先要假設(shè)確定包含路基土、地基土在內(nèi)的所有土體為理想狀態(tài)下的彈塑性體；其次在計(jì)算的時(shí)候采用平面四邊形應(yīng)變單元來計(jì)算土工格復(fù)合體以及土體；按照線彈性體處理土工格室復(fù)合體模量為E，從水平方向和垂直方向約束地基地面；最后應(yīng)用一米的填土高度來代指路面以及汽車荷載。根據(jù)實(shí)際情況中的路基原來的寬度為13米，加寬后位21米，測量高度為4米。具體計(jì)算參數(shù)如下表所示。

2.影響土工格室加筋效果的因素

2.1試析土工格室鋪設(shè)層位不同

我們在具體的實(shí)驗(yàn)中，將土工格室鋪設(shè)層位分為一層、二層、三層、四層這四種具體情況，不同的層數(shù)又有對應(yīng)的鋪設(shè)位置差異。因此首先設(shè)計(jì)只鋪設(shè)一層土工格室的條件下，選擇鋪設(shè)不同的位置，將具體加筋和不加筋條件下產(chǎn)生的升降差異具體體現(xiàn)在圖一的柱狀圖中，通過圖可以直觀地發(fā)現(xiàn)土工格室加筋鋪設(shè)層位越低，越能夠減少路基的差異沉降狀況。

根據(jù)圖二的數(shù)據(jù)顯示，鋪設(shè)不同層位，鋪設(shè)不同層數(shù)的在土工格室，二者會(huì)綜合地影響降低路基差異沉降效果。但是并不是層數(shù)越多效果越好，從提高路基穩(wěn)定性和優(yōu)化工程成本的角度上來說，我們不必多加筋層數(shù)，而是控制在合理的層數(shù)上。

2.2試析土工格室鋪設(shè)模量不同

選擇四個(gè)水平的模量進(jìn)行試驗(yàn)測試，由下圖3所示我們發(fā)現(xiàn)模量越大，越能夠更好地降低路基差異沉降。但是模量加到一定程度反而降低沉降的作用反而減少，因此在進(jìn)行路基修建時(shí)，基于經(jīng)濟(jì)的考慮，土工格室只要到達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度就能實(shí)現(xiàn)路基穩(wěn)定性。

2.3試析土工格室鋪設(shè)高度不同

土工格室高度變化會(huì)影響效果，但根據(jù)圖4可以看出，由于高度引起成本增加的問題，工程中選擇五厘米為最佳高度。

2.4試析土工格室鋪設(shè)寬度不同

不同寬度的土工格室對路基穩(wěn)定性的效果不一樣，從圖五可以看出8.5米到全鋪的效果是最好的，經(jīng)濟(jì)角度推薦寬度在九到十米最佳。

3.結(jié)束語

通過上述計(jì)算參數(shù)、模型以及對土工格室新老路基拼接段從土工格室鋪設(shè)層位、鋪設(shè)寬度、鋪設(shè)模量、鋪設(shè)高度四個(gè)方面對比分析和研究分析各種因素的影響程度，判斷如何通過因素的調(diào)節(jié)獲得，新老路基降低分布不均差異沉降的最大效果，我們得出了如下三條重要結(jié)論：

第一個(gè)結(jié)論是，土工格室加筋新老路基拼接段的降低路基差異沉降的效果跟鋪設(shè)土工格室加筋的層數(shù)和土工格室加筋的位置都息息相關(guān)。具體而言，土工格室加筋位置如果與路基底部的距離越近，采取土工格室加筋就能夠更加明顯、更加有效地發(fā)揮降低新老路基差異沉降的明顯效果。通過比較鋪設(shè)加筋層數(shù)一層與路基不加筋，我們發(fā)現(xiàn)加筋一層可以降低最大路基差異沉降的41.7%；倘若鋪設(shè)加筋層數(shù)增加至三層與不加筋的路基做比較，我們發(fā)現(xiàn)加筋三層比起不加筋時(shí)減少最大差異沉降 81.4%。由此我們可以得出，降低路基分布不均差異沉降效果的大小與土工格室加筋新老路基的層數(shù)多少呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。

第二個(gè)結(jié)論是從模量和鋪設(shè)高度來看土工格室加筋的模量越大、高度越大，降低路基沉降效果越明顯。但是從本身工程成本預(yù)算造價(jià)來看，高度太高會(huì)引起成本投入太高，因此選擇二五厘米高度的土工格室就可以實(shí)現(xiàn)降低路基沉降的極佳效果，并且能夠節(jié)約成本。

第三個(gè)結(jié)論是橫斷面方向的土工格室加筋跟無土工格室的路基情況比較起來，鋪設(shè)寬度越寬，工格室加筋新老路基拼接段的降低路基差異沉降的效果，在進(jìn)行路基修建時(shí)，為節(jié)約成本，建議從新老路基拼接段向外延寬至三分之二到四分之三的寬度最適宜，可以獲得最佳效果。

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（作者單位：浙江省大成建設(shè)集團(tuán)有限公司）