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用在新老路基修建工程中，根據有限元程序所建立出來的準確直觀的計算模型，從土工格室鋪設層位、鋪設寬度、鋪設模量、鋪設高度四個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用于新老路路基中的效果是否明顯有一清晰的認識。從中根據最終的研究結果可以看出，土工格室加筋在路基的位置如果距離路基底部距離越近，路基因為分布不均而造成的差異沉降的問題就會越少；在層數方面，新老路基加筋層數越多，對抗路基差異沉降的效果就越明顯；在鋪設模量和高度層面，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正相關的關系；新老路基拼接段鋪設土工格室的寬度有一個最佳值。

關鍵詞：土工格室；加筋；新老路基；拼接段；道路工程

引言

當今社會隨著經濟的高速發展，作為一種現代化的運輸工具，高速公路成為經濟賴以發展交流的重要手段。高速公路的修建是一項十分有意義的工程。高速公路在改擴建路基時，常常因為不抗拒的各類因素面臨軟土地路基、路基病害和路基不均勻沉降等一系列問題。需要針對道路工程中面臨的問題開發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——土工格室應運而生，這種材料在進行加筋以后可以加強本身的強度和韌性，土工格室運用到路基擴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構經過復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越性，但是由于剛剛問世，有關土工格室應用于路基建設的研究還是處在淺嘗輒止的階段，縱觀以往之研究文章，多側重于通過不同層為的角度來研究討論新老路基建設中，土工格室與路基結合地帶的建設應用效果。有基于此，該篇文章將會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，并且本文將會根據當前道路工程中新老路基存在的新老路基分布不均導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措施。

1.模型與參數的計算工作

要想準確計算模型和參數，要通過平面應變的方法，利用有限模型，進行一定的假設進行展開計算。

首先要假設確定包含路基土、地基土在內的所有土體為理想狀態下的彈塑性體；其次在計算的時候采用平面四邊形應變單元來計算土工格復合體以及土體；按照線彈性體處理土工格室復合體模量為E，從水平方向和垂直方向約束地基地面；最后應用一米的填土高度來代指路面以及汽車荷載。根據實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。具體計算參數如下表所示。

2.影響土工格室加筋效果的因素

2.1試析土工格室鋪設層位不同

我們在具體的實驗中，將土工格室鋪設層位分為一層、二層、三層、四層這四種具體情況，不同的層數又有對應的鋪設位置差異。因此首先設計只鋪設一層土工格室的條件下，選擇鋪設不同的位置，將具體加筋和不加筋條件下產生的升降差異具體體現在圖一的柱狀圖中，通過圖可以直觀地發現土工格室加筋鋪設層位越低，越能夠減少路基的差異沉降狀況。

根據圖二的數據顯示，鋪設不同層位，鋪設不同層數的在土工格室，二者會綜合地影響降低路基差異沉降效果。但是并不是層數越多效果越好，從提高路基穩定性和優化工程成本的角度上來說，我們不必多加筋層數，而是控制在合理的層數上。

2.2試析土工格室鋪設模量不同

選擇四個水平的模量進行試驗測試，由下圖3所示我們發現模量越大，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，因此在進行路基修建時，基于經濟的考慮，土工格室只要到達到相應強度就能實現路基穩定性。

2.3試析土工格室鋪設高度不同

土工格室高度變化會影響效果，但根據圖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試析土工格室鋪設寬度不同

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

3.結束語

通過上述計算參數、模型以及對土工格室新老路基拼接段從土工格室鋪設層位、鋪設寬度、鋪設模量、鋪設高度四個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節獲得，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論：

第一個結論是，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土工格室加筋的層數和土工格室加筋的位置都息息相關。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、更加有效地發揮降低新老路基差異沉降的明顯效果。通過比較鋪設加筋層數一層與路基不加筋，我們發現加筋一層可以降低最大路基差異沉降的41.7%；倘若鋪設加筋層數增加至三層與不加筋的路基做比較，我們發現加筋三層比起不加筋時減少最大差異沉降 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多少呈現正相關的關系。

第二個結論是從模量和鋪設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算造價來看，高度太高會引起成本投入太高，因此選擇二五厘米高度的土工格室就可以實現降低路基沉降的極佳效果，并且能夠節約成本。

第三個結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，在進行路基修建時，為節約成本，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。

參考文獻

[1]鄧鵬；郭林；蔡袁強；王軍；《考慮填料土工格室相互作用的加筋路堤力學響應研究》[J]，《巖石力學與工程學報》，2015年第3期。

[2]劉煒；汪益敏；陳頁開；周剛；余繼東；黃放軍；《土工格室加筋土的大尺寸直剪試驗研究》[J]，《巖土力學》，2008年第11期。

[3]趙明華；劉猛；龍軍；張玲；《雙向增強復合地基土工格室加筋體變形分析》[J]，《中國公路學報》，2014年第5期。

[4]汪海年；張然；周??；劉玉；尤占平；《土工格室加筋碎石基層變形機理的數值模擬》[J]，《中南大學學報》，2015年第12期。

[5]傅珍；王選倉；李宏志；王磊；王小寧；《土工格室加筋新老路基拼接段影響分析》[J]，《公路》，2011年第2期。

[6]劉方成；任東濱；劉娜；趙成齊；《土工格室加筋橡膠砂墊層隔震效果數值分析》[J]，《土木工程學報》，2015年第s1期。

（作者單位：浙江省大成建設集團有限公司）