張 杰，孫志國

(黑龍江省公路勘察設(shè)計院哈龍江分院)

1 試驗方案簡介

方案1——在土基頂面鋪設(shè)鋼絲纖維網(wǎng)，方案2——在土基頂面鋪設(shè)土工格柵，方案3——在土基頂面鋪設(shè)雙層不透水土工布。在加載測試位置所對應(yīng)的土基頂面(即土工合成材料底部)埋設(shè)壓力盒，以觀測土基頂面壓力隨荷載變化以及應(yīng)力消散情況。路面結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 試驗路結(jié)構(gòu)示意圖

模擬現(xiàn)場情況，土基頂面的模量控制在不超過30MPa。在土工合成材料鋪設(shè)完畢后，填土5cm，測試填土的回彈模量，并記錄加載過程中壓力的變化情況。在填土上鋪筑18cm的級配碎石，分三層攤鋪碾壓。每鋪設(shè)一層(6cm厚)均測試頂面回彈模量、塑性變形和壓力值。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 不同土工合成材料對頂面回彈模量的影響

不同填土厚度下，鋪設(shè)鋼絲纖維網(wǎng)的各結(jié)構(gòu)層整體強度大于鋪設(shè)土工格柵和雙層不透水土工布時的各結(jié)構(gòu)層。但在填土厚度較薄(亦即上覆壓力較小)時，不論鋪設(shè)何種土工合成材料，對整體強度的改善并不明顯。因此，土工合成材料的鋪設(shè)應(yīng)選擇合適的層位，以確保土工合成材料承受足夠的上覆壓力。

三種不同試驗方案的土工合成材料各填層頂面的回彈模量如表1所示，各試驗方案中不同填層頂面的回彈模量變化曲線如圖2所示。

頂面回彈模量可充分反映各結(jié)構(gòu)層的整體強度，從測試結(jié)果的表1與圖2可以看出:各試驗方案的不同土工合成材料對各填層頂面回彈模量增長的貢獻由大到小排序為鋼絲纖維網(wǎng)、土工格柵、雙層不透水土工布。

2.2 不同土工合成材料對頂面塑性變形的影響

三種不同土工合成材料試驗方案的一個共同點是隨著填土厚度的增加，測試頂面的塑性變形(不可恢復(fù)的變形)逐漸減小，厚度較小時變化幅度較大。

表1 不同土工合成材料各填層頂面回彈模量MPa

圖2 不同土工合成材料各填層頂面回彈模量變化曲線

鋼絲纖維網(wǎng)在填土厚度較小時(5cm)，塑性變形隨荷載水平呈曲線變化，而隨填土厚度的增加(11～23cm)，基本以直線的形式變化。這是由于鋼絲纖維網(wǎng)的縱向和橫向強度均較大，變形較小而引起的。

隨著填土厚度的增加，土工格柵抵抗變形的能力逐漸接近鋼絲纖維網(wǎng)，在適宜的填土厚度下，低水平荷載時，甚至要優(yōu)于鋼絲纖維網(wǎng)。但在較高的荷載水平下，較鋼絲纖維網(wǎng)仍有一定的差距。

總體而言，土工布在抵抗塑性變形方面作用較小。在抵抗塑性變形方面，鋼絲纖維網(wǎng)在較高的荷載水平下能夠發(fā)揮更大的優(yōu)越性，在較低的荷載水平下，土工格柵和鋼絲纖維網(wǎng)抵抗變形的能力相差不大。

三種不同土工合成材料試驗方案在0.3MPa荷載作用下各填層頂面的塑性變形如表2所示，各試驗方案中不同填層頂面的塑性變形變化曲線如圖3所示。

表2 在0.3MPa荷載作用下各填層頂面的塑性變形(0.01mm)

圖3 不同土工合成材料在0.3MPa荷載下各填層頂面塑性變形變化曲線

從表2和圖3中可以看出，在5cm填厚時，方案1頂面的塑性變形明顯小于方案2和方案3，其值為方案2的61％，方案3的34％左右。隨填厚的增加，方案1和方案2的頂面塑性變形的差別逐漸減小。填厚23cm時，方案1的塑性變形為方案2的82％，方案1的62％。這意味著，相對于土工格柵和土工布，鋼絲纖維網(wǎng)能夠有效地抑制基層頂面塑性變形;但這種抵抗塑性變形的效果隨著路面結(jié)構(gòu)厚度的增加而逐漸減弱。

從抵抗基層頂面的塑性變形的角度而言，在荷載水平較低時，土工格柵方案的性能和鋼絲纖維網(wǎng)方案相近，在較高的荷載水平下，鋼絲纖維網(wǎng)方案的性能要優(yōu)于土工格柵，這兩種方案均優(yōu)于鋪設(shè)雙層不透水土工布。

2.3 不同土工合成材料對頂面塑性變形的影響

不論在土基頂面鋪設(shè)何種土工合成材料，隨著填土厚度的增加土基頂面的壓應(yīng)力逐漸減小。但這種變化不是線性的，初期變化較大，后期較不明顯。

三種不同土工合成材料試驗方案在0.3MPa荷載作用下各填層頂面的壓力變化如表3所示，各試驗方案中不同填層頂面的壓力變化曲線如圖4所示。

從表3和圖4中可以看出，在5cm填厚時，三種方案下土基頂面應(yīng)力的差別不是特別明顯，兩種方案的最大差異只有3％。隨著填厚的增加，這種差別逐漸增大，在填厚23cm時，鋼絲纖維網(wǎng)的應(yīng)力消散能力比土工布大10.7％，比土工格柵大4.3％。這也充分說明了鋼絲纖維網(wǎng)只有在上層能夠提供足夠大壓力的情況下才能充分發(fā)揮作用。從土基頂面的應(yīng)力消散情況看，在上層壓力較小的情況下，鋼絲纖維網(wǎng)并不能充分發(fā)揮作用。但隨著填層厚度的增加，鋼絲纖維網(wǎng)的應(yīng)力消散大于土工格柵，而土工格柵又大于雙層不透水土工布。

表3 不同土工合成材料在0.3MPa荷載作用下各填層頂面的壓力值

圖4 不同土工合成材料在0.3MPa荷載下各填層頂面壓力變化曲線

3 結(jié)語

通過室內(nèi)加載模擬試驗，在路基頂面鋪設(shè)三種不同的土工合成材料對路基頂面的作用數(shù)據(jù)表明，在回彈模量、塑性變形、壓力消散三個方面，都說明鋪設(shè)鋼絲纖維網(wǎng)為最有利，而鋪設(shè)土工格柵次之，鋪設(shè)雙層不透水土工布排列第三位。

[1] 公路路基設(shè)計規(guī)范(JTJ 013-95)[M].北京:人民交通出版社，1996.

[2] 公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范(JTJ 019-98)[M].北京:人民交通出版社1999.

[3] 公路土工合成材料試驗規(guī)程(JTJ/T 060-98)[M].北京:人民交通出版社，1999.