土工格柵加筋高填方路堤施工沉降探討范文
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《蘭州工業(yè)學(xué)院學(xué)報》2017年第6期
摘要:結(jié)合某道路高填方路堤工程，通過現(xiàn)場試驗和數(shù)值分析方法，分析了土工格柵加筋高填方路堤的施工沉降變化規(guī)律和土工格柵鋪設(shè)層數(shù)對路堤沉降值的影響．分析結(jié)果表明:土工格柵可以較好的控制路堤施工沉降，合理情況下，土工格柵鋪設(shè)層數(shù)越多，沉降控制效果越好;加筋土路堤沉降趨于穩(wěn)定的時間比無加筋土路堤提前，且沉降量要比無加筋路堤的小;從經(jīng)濟和施工難易角度出發(fā)，確定該路堤填方工程中土工格柵鋪設(shè)的合理層數(shù)．
關(guān)鍵詞:路堤邊坡;土工格柵;施工沉降;數(shù)值分析
0引言
路基的穩(wěn)定是高速公路運營安全的前提條件之一，其中高填方路堤的穩(wěn)定尤為值得關(guān)注．高填方路堤，路基填土高度一般較高，對地基承載能力、填料性質(zhì)以及施工控制提出了更高的要求，稍有不慎容易引起路基的沉降變形過大，最終引起路面結(jié)構(gòu)破壞［1-4］．因此，高路堤施工沉降控制及分析一直是新建公路關(guān)注的熱點問題．針對高填方路堤施工沉降控制，已有較多的控制措施，包括強夯法、土工材料加筋法、土質(zhì)改良、分層碾壓法等，其中，土工材料加筋法由于具有施工簡單、無需大型設(shè)備、強度高、柔性好、耐腐蝕等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用［5-8］．其主要原理是通過土工材料與填料之間的摩阻作用，約束土體的位移，從而達到控制路基沉降的目的．然而不同的土工材料布置層數(shù)及間距對沉降變形的影響規(guī)律不同．基于此本文結(jié)合某高速公路的高填方路堤，通過現(xiàn)場試驗和數(shù)值模擬的方法，研究土工格柵加筋路基的沉降規(guī)律，并從經(jīng)濟及施工難易角度探討了土工格柵鋪設(shè)的合理層數(shù)，為土工格柵在高路堤的沉降控制應(yīng)用提供理論依據(jù)．
1工程概況
本道路工程是某市南部地區(qū)集散公路的重要組成部分，為新增公路線．該公路的建設(shè)對國際旅游島建設(shè)和該市南部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義，必將提升該市與定安縣城之間公路橫向連接的服務(wù)水平，改善投資環(huán)境，強化區(qū)域內(nèi)的聯(lián)系，促進該地區(qū)的經(jīng)濟文化交流，推動沿線經(jīng)濟社會和旅游業(yè)的全面發(fā)展．該連接線工程采用雙向兩車道二級公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度60km/h，路基寬16m．局部路段采用雙向四車道，一級公路標(biāo)準(zhǔn)，主線路面采用瀝青砼路面，路線全長12．119km．路線中的高填方路基共15處，填土高度在20．1～22．8m之間．路線軟土不甚發(fā)育，主要分布于沖溝地段以及河流一級階地路段，軟土的厚度差異較大，其埋深較淺，分布范圍相對較大，直接影響路基穩(wěn)定性，需對其加固處理，可采用水泥土攪拌樁、碎石樁或CFG樁對其加固處理;部分路段分布的軟土，其范圍相對較大，其埋藏較深，對路基穩(wěn)定性的影響由設(shè)計驗算確定，除填土和軟土以外，其他各巖土層工程性能較好，均可作路基持力層，玄武巖殘積土為高液限土，不能直接作為路基填料，應(yīng)進行改良處理，路堤邊坡坡率為1∶1．5．該公路所采用的填料為砂性黏土。
2現(xiàn)場試驗及方案
2．1土工格柵性能
該工程采用了聚丙烯EG3030型雙向土工格柵進行路堤沉降控制。
2．2土工格柵鋪設(shè)方案選取
該線路中某一處100m的高填方路堤作為試驗研究對象，該路堤的填土高度為21．3m，由于該填方路堤屬于高填方路堤，加之地基承載能力一般，因此路堤的沉降會對路基的穩(wěn)定產(chǎn)生較大的影響．本次試驗采用聚丙烯雙向土工格柵對試驗段局部斷面進行埋設(shè)，在地表以上填土5m處，填土每增加2m設(shè)置一層土工格柵，一共設(shè)置5層，另一部分路基則不鋪設(shè)土工格柵，已形成對比研究方案．
2．3沉降觀測
本文采用沉降板對路基施工沉降進行動態(tài)監(jiān)測．沉降板的底板采用厚度為1cm，長、寬均為50cm的鋼板，測桿為直徑4cm的鋼管，與底板中心采用焊接固定方式，同時測桿配備一定強度的塑膠管．測桿每50cm為一節(jié)，采用直接套筒連接．在路堤試驗段底部和填土高度為10m的位置分別在路肩邊緣及路基中線部位設(shè)置沉降板，共6塊沉降板，如圖1所示．采用水準(zhǔn)儀對施工過程中的沉降進行實時監(jiān)測，觀測精度＜1mm，初期監(jiān)測周期為1d，當(dāng)填土高度達到一定高度，則根據(jù)沉降變化適當(dāng)增大觀測周期．
3監(jiān)測結(jié)果與分析
3．1無格柵路堤施工沉降分析
一般高路堤的施工沉降主要由填料間的空隙被擠密和填料土顆粒自身的壓縮引起的．前者主要是填料通過機械碾壓后，在填土重力等因素影響下土顆粒的間隙隨著時間推移逐步被擠密的過程，即土體的固結(jié)，這部分占據(jù)了施工沉降的主要部分，后者主要的路堤填筑完成后，土顆粒在重力影響下發(fā)生壓縮變形，即為次固結(jié)沉降，這部分對沉降的影響較小．通過路堤施工沉降的監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果，繪制無土工格柵路堤的底層和填土高度為10m處的沉降隨時間變化的曲線。
3．2加筋路堤施工沉降分析
土工格柵加筋路基填土，可以較好的解決因路基不均勻沉降造成的路基穩(wěn)定性問題．當(dāng)路基發(fā)生不均勻沉降時，加筋土工格柵受到拉應(yīng)力作用，土工格柵與土體產(chǎn)生摩阻力，土工格柵將產(chǎn)生拉伸變形，從而達到路基豎向沉降產(chǎn)生的應(yīng)力均勻分布的趨勢，提高了路基的承載能力和緩解了路基的非均勻沉降．
4高填方加筋路堤數(shù)值分析
為了探索土工格柵加筋路堤沉降效果及優(yōu)化土工格柵加筋層數(shù)，結(jié)合該工程項目，采用有限元軟件對選取的高填方邊坡斷面進行加筋模擬分析．
4．1模型建立與參數(shù)選取
Madis有限元軟件具有強大的計算功能，通過二維平面模型可以對路堤填土及土工格柵的應(yīng)力應(yīng)變等非線性問題進行模擬計算．本文對路堤填土采用自由劃分單元網(wǎng)格形式，采用彈簧單元模擬土工格柵與填料之間的界面問題．
4．2模擬結(jié)果及分析
沒有加筋材料和鋪設(shè)不同層數(shù)的土工格柵的情況下，距離路堤中線水平方向5米范圍內(nèi)的沉降值變化曲線．從圖中可以看出，越靠近路堤中線沉降值越大;土工格柵能夠有效的控制路堤沉降，并隨著土工格柵的鋪設(shè)層數(shù)增加，控制沉降的效果越明顯．與無土工格柵相比，不同鋪設(shè)層數(shù)的土工格柵對路堤沉降值的降幅比例分別為:鋪設(shè)1層土工格柵降幅比例達到12%左右，鋪設(shè)2層降幅比例為16%左右，3層降幅比例為24%左右，4層降幅比例為30%，5層降幅比例為41%左右．
5結(jié)論
1)路堤的施工沉降變化規(guī)律與無格柵路堤沉降監(jiān)測曲線變化規(guī)律趨勢一致，隨著路基填土高度的增加，初始沉降的變化速率較大，填土達到一定高度時，沉降變化率逐步減小并趨于穩(wěn)定，且路堤中線部位的沉降變化值大于兩側(cè)路肩部位．在高填方路堤修筑中，應(yīng)注重填土速率及填土厚度變化．
2)加筋土路堤趨于穩(wěn)定的時間比無加筋土路堤提前，且沉降量要比無加筋路堤的小，土工格柵有效地降低了路堤的沉降量．3)隨著土工格柵鋪設(shè)層數(shù)的增加，沉降控制效果越明顯．從經(jīng)濟和施工難易角度出發(fā)，該路堤填方工程的土工格柵的鋪設(shè)層數(shù)為4層．
參考文獻:
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作者：田靜 單位：山西省交通科學(xué)研究院
