彭 鎮(zhèn)

(湖南路橋建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

0 前言

雙絞合鋼絲網(wǎng)由六邊形鋼絲網(wǎng)孔相互絞合而成，該技術(shù)在歐美國(guó)家經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，大量的理論計(jì)算、室內(nèi)外試驗(yàn)和試驗(yàn)路鋪筑表明，雙絞合鋼絲網(wǎng)在延緩瀝青路面反射裂縫、提高路面抗車(chē)轍性能、增加路面疲勞壽命等方面效果優(yōu)良。我國(guó)對(duì)路面鋼絲網(wǎng)加筋技術(shù)研究甚少，1992年八達(dá)嶺公路水泥混凝土路面大修，采用金屬網(wǎng)加筋瀝青混合料修筑500 m 試驗(yàn)段，使用效果良好。2002年，長(zhǎng)沙理工大學(xué)鄭健龍、周志剛等把鋼絲網(wǎng)引入到瀝青路面抗裂設(shè)計(jì)中。2005年，重慶交通大學(xué)的蒙云、姜波等人采用鋼絲網(wǎng)混凝土和鋼纖維混凝土復(fù)合而成的高性能混凝土填補(bǔ)舊水泥路面裂縫，并加鋪瀝青面層，抗裂效果良好。2011年，長(zhǎng)沙理工大學(xué)黃旭和謝耿依托拓寬改建工程，通過(guò)研究表明，雙絞合鋼絲網(wǎng)相對(duì)工程中常用的其他土工加筋材料，加筋效果最佳，具有很好的路用性能。鋼絲網(wǎng)在涵洞位置加筋對(duì)路基的沉降的影響研究較少，本文結(jié)合某市城市道路K1+000～K2+200 段路基施工實(shí)例，采用雙絞合路面加筋網(wǎng)對(duì)涵洞位置進(jìn)行加筋處理，對(duì)不同的加筋方案路基路面的沉降變形特性進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算并分析其沉降變形特性。

1 力學(xué)分析模型及計(jì)算參數(shù)

1.1 數(shù)值模型

在建某市城市道路北環(huán)線(xiàn)，道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面為1.5 m 人行道+2.0 m 非機(jī)動(dòng)車(chē)道+3.0 m 綠化帶+2 × 7.5 m 機(jī)動(dòng)車(chē)道+3.0 m 綠化帶+2.0 m 非機(jī)動(dòng)車(chē)道+1.5 m 人行道，總計(jì)28.0 m。路面結(jié)構(gòu)層為:路面面層厚17 cm，水穩(wěn)基層厚40 cm。K1+000～K2+200 填方段道路下方存在兩箱雨水箱涵，涵洞尺寸寬×高為5.0 m×3.5 m，涵洞鋼筋砼結(jié)構(gòu)厚度為50 cm，涵洞上方回填土厚1 m，涵洞置于基巖上方。由于路基是左右對(duì)稱(chēng)，故取右側(cè)一半作為計(jì)算模型。模型根據(jù)面層與水穩(wěn)層面層是否實(shí)際仿真模擬不同，分為兩種模型:①按等效荷載施加時(shí)，模型尺寸長(zhǎng)×寬×高為2 m ×14.0 m ×10.6 m，劃分為1.8 萬(wàn)個(gè)網(wǎng)格單元，見(jiàn)圖1(1－a、1－b);②按實(shí)際仿真模擬時(shí)，模型尺寸長(zhǎng)×寬×高為2 m ×14.0 m×10.6 m，劃分為2.1 萬(wàn)個(gè)網(wǎng)格單元見(jiàn)圖1(2－a、2－c)。建立FLAC3D數(shù)值模型如圖1所示。

圖1 各工況計(jì)算模型(單位:m，待續(xù))

續(xù)圖1 各工況計(jì)算模型(單位:m)

1.2 計(jì)算參數(shù)

參考有關(guān)地質(zhì)物探資料，在相關(guān)現(xiàn)行規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合商家提供的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，材料物理力學(xué)計(jì)算參數(shù)如表1、表2所示。

表1 材料的物理力學(xué)參數(shù)

表2 雙絞合路面加筋網(wǎng)的技術(shù)參數(shù)

1.3 邊界條件與初始條件

1.3.1 邊界條件

位移邊界條件:模型邊界采用位移約束，即左右、前后分別約束X、Y 方向的位移;底部約束Z 方向的位移;頂面水平面為自由面。

1.3.2 初始應(yīng)力場(chǎng)

根據(jù)巖土體自重應(yīng)力場(chǎng)和現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范，豎向總應(yīng)力按σzz=ρdgz 計(jì)算，水平應(yīng)力為豎向應(yīng)力0.5倍。即水平應(yīng)力σxx=0.5σzz。其中，ρd為土體干密度;z 為深度。

1.3.3 等效荷載

模型上方施加的等效荷載為瀝青砼面層與水穩(wěn)基層自重，即:

1.4 模擬計(jì)算步驟

計(jì)算原始巖土體應(yīng)力場(chǎng)→涵洞作業(yè)面開(kāi)挖→涵洞施作→涵洞兩側(cè)土石回填→填筑路基→沉降平衡計(jì)算。

2 計(jì)算結(jié)果分析

2.1 等效荷載模型

2.1.1 涵洞外側(cè)設(shè)置加筋網(wǎng)

為了便于對(duì)比分析加筋網(wǎng)效果，先針對(duì)計(jì)算模型圖1中1－a，即涵洞外側(cè)設(shè)置鋼絲網(wǎng)的情況進(jìn)行計(jì)算，分析單層加筋網(wǎng)加筋長(zhǎng)度的變化和加筋網(wǎng)層數(shù)的變化對(duì)路基頂面沉降的影響。

1)單層加筋網(wǎng)長(zhǎng)度。

取不設(shè)鋼絲網(wǎng)和鋼絲網(wǎng)長(zhǎng)度分別為1、2、3、4 m考慮，從圖2可以看出，鋼絲網(wǎng)布置前后，沉降曲線(xiàn)均出現(xiàn)緩和段，布置1 m 鋼絲網(wǎng)后沉降約減少1.2 cm。對(duì)于緩和段的長(zhǎng)度，加筋長(zhǎng)度1 m 緩和段約0.5 m，長(zhǎng)度4 m 約為3.7 m。加筋網(wǎng)長(zhǎng)度3 m 時(shí)，緩和范圍為2.5 m，可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

圖2 加筋網(wǎng)長(zhǎng)度與1/2 路基頂面沉降曲線(xiàn)

2)3 m 長(zhǎng)加筋網(wǎng)層數(shù)。

通過(guò)加筋網(wǎng)長(zhǎng)度定量分析，可知加筋長(zhǎng)度3 m時(shí)，能滿(mǎn)足抵抗路基差異性沉降的要求。因此，設(shè)定3 m 長(zhǎng)加筋網(wǎng)，分析層數(shù)分別設(shè)置1、2、3 層時(shí)路基沉降的變化情況。

據(jù)圖3可知，布置與未布置比較，布置加筋網(wǎng)后，皆出現(xiàn)緩和段，且布置后沉降量有明顯降低。但隨著層數(shù)增加，緩和段差異沉降量弱增加?？梢?jiàn)，增加加筋網(wǎng)層數(shù)后，下部的格柵不能充分發(fā)揮其抗拉效果，增加層數(shù)抵抗沉降的效果不明顯。

圖3 加筋網(wǎng)層與1/2 路基頂面沉降曲線(xiàn)

2.1.2 涵洞上方鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)

針對(duì)計(jì)算模型圖1中1－b，對(duì)涵洞上方布置加筋網(wǎng)的處理效果進(jìn)行數(shù)值模擬分析，即在涵洞上方鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)，其搭接長(zhǎng)度分別取1、2、3、4 m。如圖4所示，隨著搭接長(zhǎng)度的增加，沉降量減少，當(dāng)搭接長(zhǎng)度≥2 m 時(shí)，路基頂面沉降曲線(xiàn)基本接近，可見(jiàn)搭接長(zhǎng)度取2 m 即可滿(mǎn)足要求。

圖4 涵洞上方加筋網(wǎng)搭接長(zhǎng)度與1/2 路基頂面沉降曲線(xiàn)

2.2 仿真模型

2.2.1 水穩(wěn)基層頂面加筋網(wǎng)長(zhǎng)度

針對(duì)計(jì)算模型圖1中2－c，水穩(wěn)基層頂面布置加筋網(wǎng)，長(zhǎng)度分別取2、4、6、8 m，由圖5可見(jiàn)，當(dāng)加筋網(wǎng)長(zhǎng)度≥6 m 時(shí)，抵抗差異沉降的效果較明顯。

圖5 水穩(wěn)基層頂面加筋網(wǎng)搭接長(zhǎng)度與1/2 路基頂面沉降曲線(xiàn)

2.2.2 各工況對(duì)比分析

工況模式分為5 種:

1)不布置加筋網(wǎng)(即工況一);

2)涵洞外側(cè)布置單層3 m 加筋網(wǎng)(即工況二(2－a));

3)涵洞上方布置單層6 m 加筋網(wǎng)(即工況三(2－b));

4)水穩(wěn)基層頂面布置單層6 m 加筋網(wǎng)(即工況四(2 －c));

5)涵洞外側(cè)、涵洞上方和水穩(wěn)基礎(chǔ)頂面同時(shí)分別布置3 m、6 m、6 m 的單層鋼絲網(wǎng)(工況五)。

5 種工況條件下路基頂面沉降曲線(xiàn)如圖6所示，并考察中距5.75～7.5 m 范圍內(nèi)5 種工況條件的路基頂面的沉降值，分別列出如表3和表4。

圖6 5種工況條件的1/2 路基頂面沉降曲線(xiàn)

表3 5種工況條件下路基頂面沉降值 m

表4 5種工況條件下路基頂面沉降值 m

由圖6和表3、表4可看出，5 種工況中，工況五抵抗沉降效果顯著。中距為6.5 m 與中距為5.75 m 的差異沉降量大小:工況一＞工況四＞工況三＞工況二＞工況五，中距為7.5 m 與中距為5.75 m 的差異沉降量大小:工況一＞工況二＞工況三＞工況四＞工況五。

3 結(jié)論

通過(guò)路基采用的土工格柵加筋網(wǎng)的數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明:

1)雙絞合鋼絲網(wǎng)很大程度地提高了路基的抗差異沉降能力。

2)單層加筋網(wǎng)為長(zhǎng)度3 m 時(shí)，可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求;增加加筋網(wǎng)層數(shù)，抵抗差異沉降效果不明顯;搭接長(zhǎng)度取2 m 可滿(mǎn)足要求。

3)通過(guò)5 種工況的沉降曲線(xiàn)分析表明，在工況五(涵洞外側(cè)、涵洞上方和水穩(wěn)基礎(chǔ)頂面同時(shí)布單層鋼絲網(wǎng))條件下路面頂面沉降值最小。

［1］劉文懌.玻纖格柵在防治路面反射裂縫中的應(yīng)用［J］.北方交通，2008(9).

［2］鄭健龍，周志剛，張起森.瀝青路面抗裂設(shè)計(jì)理論與方法［M］.北京:人民交通出版社，2002.

［3］慕長(zhǎng)春，蒙 云，姜 波，等.“白加黑”路面反射裂縫防治技術(shù)研究［A］.2006 中國(guó)交通土建工程學(xué)術(shù)論文集［C］.成都:西南交通大學(xué)出版社，2006.

［4］蒙 云，姜 波.應(yīng)用F.C.防治舊砼路面反射裂縫的探索［J］.重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，26(3):62 －64.

［5］黃 旭.雙絞合鋼絲網(wǎng)加筋新老路面結(jié)合部的抗反射開(kāi)裂力學(xué)分析［D］.長(zhǎng)沙:長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2011.

［6］黃琴龍，凌建明，唐伯明，等.新老路基不協(xié)調(diào)變形模擬試驗(yàn)研究［J］.公路交通科技，2004(12).

［7］周 文.新老路基強(qiáng)度不均勻性對(duì)拓寬路面結(jié)構(gòu)影響分析［J］.公路工程，2009，34(5).