屠勍

【摘要】本文通過分析三角形穩(wěn)定原理，充分利用鋼材特性，提出三角形鋼板樁的施工技術(shù)，提高高填方路基穩(wěn)定性能，在工程實(shí)際中，從結(jié)構(gòu)上研究，極大增強(qiáng)了高填方路基抵抗由于汽車荷載及自身巨大重力作用而發(fā)生變形的能力，對高填路基實(shí)際工程施工技術(shù)具有深遠(yuǎn)意義。

【關(guān)鍵字】三角形；結(jié)構(gòu)；高填方路基；穩(wěn)定性能

1引言

路基是指按照公路路線選線位置和一定技術(shù)要求修建的帶狀構(gòu)造物，其作為路面結(jié)構(gòu)的基層部位，路基是用土質(zhì)材料或石料修筑而成的線性結(jié)構(gòu)物，從材料上對路基分為三大類，即土路基、石路基以及土石混合路基。從路基的結(jié)構(gòu)形式的不同，路基分為路塹、路基以及半挖半填路基。路面結(jié)構(gòu)直接鋪設(shè)在路基上，車輛荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)傳遞荷載至路基上，路基再將路面?zhèn)鬟f的荷載傳遞到土基上，因此，從荷載傳遞上可以看出，路基作為公路承載荷載的承重層，其變形程度以及抗變形能力，直接影響道路使用壽命。因高填方路基在車輛荷載以及自身巨大自重作用下，容易發(fā)生橫向變形，邊坡也會(huì)有一定的變形，本文從結(jié)構(gòu)上研究，分析三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的原理，提出三角形鋼板樁技術(shù)，對提高高填方路基變形抑制具有極大改善作用。

2三角形結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原理

2.1三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)在高填方路堤中應(yīng)用的提出

目前有的措施在一定程度上加固了路基，減少路基的破壞，但對于加強(qiáng)側(cè)向約束力的措施比較不完善，本文是進(jìn)一步提出增強(qiáng)高填方路基側(cè)向約束力，三角形是一種穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。利用三角形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，將這種三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)應(yīng)用在路基中靠近路基兩側(cè)，起到抵抗高填方路基土向兩側(cè)位移的作用。三角形本身就有穩(wěn)定性，在受到外力時(shí)具有很強(qiáng)的保持穩(wěn)定性的能力與很強(qiáng)的抵抗力。因此對減少高填方路基土側(cè)向位移，保持路基土的穩(wěn)定性具有很大的可行性。

2.2三角形結(jié)構(gòu)穩(wěn)定原理

2.2.1三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)

無處不在的三角形結(jié)構(gòu)。中國的傳統(tǒng)房架， 大都含一個(gè)或幾個(gè)三角形（圖1）。某些電視塔和高壓線的電塔，某些橋梁的桁架，工廠吊重物的行車的桁架， 也有三角形（圖2）?？照{(diào)“外機(jī)”的支撐架、有的晾衣架、某些掛物架，也做成三角形。自行車等物件，也含三角形?！扒蛐谓ㄖ保?實(shí)際是包含三角形的多面體（這些多面體的頂點(diǎn)內(nèi)接與一個(gè)球面）———例如，美國著名建筑師富勒為1967年蒙特利爾世界博覽會(huì)設(shè)計(jì)的美國展覽館（圖3）。富勒在1948 年首創(chuàng)的這種建筑， 被稱為“穹窿建筑”———60 多年來，全世界已有40 多萬座穹窿建筑；建筑上的“拱形結(jié)構(gòu)”，實(shí)際上是三角形結(jié)構(gòu)的變形。

這些設(shè)施都要用到三角形結(jié)構(gòu)是因?yàn)檫@與“三角形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性”（簡稱“三角形的穩(wěn)定性”）有關(guān)。

2.2.2三角形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性原理

如圖4 把3 根木條（或其他材料）擺成一個(gè)三角形ABC， 然后把3 個(gè)重疊處鉚接（或捆扎）起來。此時(shí)，您會(huì)發(fā)現(xiàn)， 即使用較大的力試圖改變這個(gè)“ 木條三角形” 的形狀， 也不可能———除非力大到能破壞木條的程度。這就是三角形的穩(wěn)定性。

但是， 當(dāng)如圖5 把4 根木條也“如法炮制”時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，用較小的力就能改變這個(gè)“木條四邊形”的形狀———例如變成圖6 的形狀。類似，其他數(shù)目的木條鉚接成的多邊形，形狀也可被輕而易舉地改變。研究表明，只有這種三角形結(jié)構(gòu)的物體，才具有三角形的穩(wěn)定性———其他任何多邊形都不具有類似的穩(wěn)定性。

三角形為什么具有穩(wěn)定性。在圖4 中，如果把任意方向的、不太大的力F1 加在某一根木條（例如AC）上，顯然三角形是穩(wěn)定的。這是因?yàn)镕1 只能使AC 產(chǎn)生較小的形變而維持三角形ABC 的大體形狀；只有很大的F1 才會(huì)使AC 斷裂，但這不是我們研究的內(nèi)容。這就是說，此時(shí)三角形是穩(wěn)定的。

如果把不太大的力F2 加在三角形ABC 的任意一個(gè)頂點(diǎn)（例如A）上，F(xiàn)2 就會(huì)沿著木條AB 和AC，按平行四邊形法則分解為F3 和F4， 分別沿AB 和AC 方向作用于AB 和AC。而我們知道，“立木承千斤”———AB 和AC 都不會(huì)“彎腰”而破壞三角形ABC 的大體形狀。這也就是說，此時(shí)三角形也是穩(wěn)定的。

當(dāng)然， 如果把幾個(gè)力同時(shí)加在三角形ABC 上， 它也會(huì)“巋然不動(dòng)”。

但是， 如果把即使很小的兩個(gè)力F5 和F6 加在圖5 所示的四邊形上， 就會(huì)立即出現(xiàn)前面所說的結(jié)果———變形為圖6。這是由于F5 和F6 產(chǎn)生的力矩，使四邊形的4 條邊發(fā)生了以鉚接點(diǎn)為軸的轉(zhuǎn)動(dòng)--而三角形則不會(huì)發(fā)生這種轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)然，如果這個(gè)四邊形只受一個(gè)力而整體沒有相對于其他物體的運(yùn)動(dòng)， 不管作用在它的任何地方和方向， 通常情況也會(huì)如此。

由上可見， 三角形結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。

3三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)材料的確定

3.1三角形結(jié)構(gòu)材料的要求

3.1.1強(qiáng)度、剛度性能

因?yàn)槿切谓Y(jié)構(gòu)應(yīng)用在路基中兩側(cè)，受到路基土對它側(cè)向應(yīng)力的作用，因此該材料應(yīng)該不易變形，應(yīng)該具有足夠的抵抗變形的能力，具有足夠的強(qiáng)度和剛度。

3.1.2防水性能

高填方路基填方大，填筑高度比較高，有很多高填方路基處于排水不利路段以及降水量多的地段，因此設(shè)置三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)時(shí)需要考慮排水這一對維持路基的穩(wěn)定性很重要方面，減少雨水的深入，更大可能保持高填方路基的穩(wěn)定性。

3.2三角形結(jié)構(gòu)材料的確定

三角形結(jié)構(gòu)選用鋼板樁，鋼板樁作為工程綠色環(huán)保材料，具有強(qiáng)度高、隔水性能好、施工方便、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)常用于圍堰和基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中。近年來，鋼板樁廣泛應(yīng)用于截水抗?jié)B、基坑支護(hù)、橋梁圍堰、污水建設(shè)、市政工程等項(xiàng)目中。

4結(jié)語

本文通過三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)原理的介紹，采取了三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)作為增強(qiáng)路基兩側(cè)的側(cè)向力。通過對三角形結(jié)構(gòu)的要求，決定三角形結(jié)構(gòu)選用鋼板樁。在實(shí)際中的應(yīng)用要根據(jù)實(shí)際情況，選用不同的鋼板樁組合達(dá)到最大效率，充分發(fā)揮鋼板樁的優(yōu)點(diǎn)，最大程度的利用，提高高填方路基的穩(wěn)定性。

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