袁東進(jìn)

摘要： 詳細(xì)分析了路堤加筋的機(jī)理，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)例驗(yàn)證了機(jī)理，檢測結(jié)果表明，加筋能夠顯著的提高地基土的承載力，同時(shí)可以得知立體加筋的效果要好于平面加筋。

Abstract： In this paper， the mechanism of soft ground of road embankment reinforced with geosynthetics is analyzed， at the same time，based on the construction practice of two kinds of reinforced embankment， it is concluded that reinforcement can improve the embankment bearing capacity， ruduce the settlement as well as ensure more uniform settlement， and goecell is more effective than geogrid.

關(guān)鍵詞： 路堤；軟土地基；加筋；機(jī)理

Key words： embankment；soft ground；reinforcement；mechanism

中圖分類號：TU471.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）35-0111-02

0 引言

軟土地基上的土工合成材料加筋路堤在國外是一種應(yīng)用較多的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)踐證明，它是一種行之有效的加固措施，可以提高路堤的穩(wěn)定性和承載力。近年來，路堤加筋機(jī)理引起各國學(xué)者的廣泛關(guān)注，國內(nèi)部分研究單位對此也作了一些研究和探討，但是由于加筋材料的特殊性以及它們與土之間相互作用的復(fù)雜性，加筋路堤的理論研究還不夠成熟，理論研究嚴(yán)重滯后于工程實(shí)踐，路堤加筋的設(shè)計(jì)往往還停留在概念設(shè)計(jì)上。因此深入研究土工合成材料的作用，對于改進(jìn)路堤加筋的設(shè)計(jì)方法具有很大的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。本文詳細(xì)分析了路堤軟基土工合成材料加筋的機(jī)理，并結(jié)合工程實(shí)例，將平面加筋和立體加筋相比較，從而透過現(xiàn)象看本質(zhì)，探求路堤加筋的作用機(jī)理，為工程應(yīng)用積累資料并提供參考。

1 路堤加筋機(jī)理

加筋作用的發(fā)揮主要依賴于筋材拉力的發(fā)揮，而拉力的產(chǎn)生與激活主要取決于三方面的因素，即：①加筋路堤填料所引起的水平推力；②地基土在填土豎向荷載作用下產(chǎn)生的側(cè)向變形；③地基土由于固結(jié)沉降，使路堤在橫截面上受彎，從而產(chǎn)生拱的效應(yīng)。故加筋的作用相應(yīng)體現(xiàn)在這三個(gè)方面。

1.1 降低水平荷載，提高地基承載力

對于軟土地基來說，最主要的荷載是填土的自重產(chǎn)生的豎向荷載，其次是路堤填土由軸線向兩側(cè)產(chǎn)生的水平向推力，由于這個(gè)水平向推力[1][2]，使得地基承受豎向荷載的能力下降，水平荷載對地基承載力的影響如圖1所示，地基上的不排水抗剪強(qiáng)度為Su，則承載力系數(shù)（Nc=？滓/Su）在外推剪力的影響下幾乎減小了一半左右。而采用加筋材料的主要作用就是承擔(dān)這個(gè)外推剪力。因此，在加筋路堤中采用一層或幾層土工合成材料加筋體來承擔(dān)水平荷載，能顯著提高地基承載力。

1.2 增強(qiáng)地基約束力，提高承載力

由于土體是松散顆粒的堆積物，因此在未加筋的時(shí)候，就無法承受拉應(yīng)力，因此就不能約束表面地基土在路堤豎向荷載作用下產(chǎn)生的側(cè)向變形。約束地基表面土體的變形，能夠提高地基土的承載力[3][4]。而是否對表面地基土有約束作用，相當(dāng)于基礎(chǔ)底部粗糙或光滑兩種極端情況。在以下兩種情況下，基底粗糙（即地基表面水平位移有約束作用）對提高地基土豎向承載力有特別顯著的作用：①地基土的強(qiáng)度隨深度增加較明顯；②軟土層較薄?；蚴且陨蟽煞N情況的組合。

如圖2所示為地基土不排水強(qiáng)度隨深度線性增加（Su=Su0+？籽z）時(shí)，將Nc表示成無量綱？籽B/Su0的函數(shù)。當(dāng)?shù)鼗膹?qiáng)度隨深度增加時(shí)，基底粗糙的情況使地基土能夠承擔(dān)更大的豎向荷載。

需要說明的是，只有當(dāng)加筋的土工合成材料必須首先全部承擔(dān)了作用于地基的外推剪力時(shí)，才能對地基表面的土體具有側(cè)向限制作用。當(dāng)筋體的拉力不能全部抵銷外推剪力時(shí)，剩下的部分就以外推力的形式作用于地基土體的表面。

1.3 增強(qiáng)路堤填土的土拱效應(yīng)，調(diào)整不均勻沉降

地基在路堤填料豎向荷載的作用下會(huì)產(chǎn)生固結(jié)變形，形成固結(jié)沉降，在未加筋路堤上，地基表層將產(chǎn)生“鍋底狀”的沉降變形，于是路堤在橫斷面上將受彎矩的作用，但是填料不能承受拉力，堤底將產(chǎn)生長拉裂縫。而在加筋路堤中，由于加筋體能夠承受拉力，使得土拱能夠得到足夠的拱腳水平力，可以形成有效的土拱效應(yīng)，路堤在橫截面上就像一根受彎矩作用的梁，而筋體的作用就類似于鋼筋混凝土中鋼筋一樣，承擔(dān)了拉力，調(diào)整了地基的沉降變形，將路堤橫截面上的“鍋底狀”沉降曲線調(diào)整為“平底鍋狀”，顯著減少了沉降和不均勻沉降。土拱效應(yīng)使得地基所受豎向壓力重新分布，增強(qiáng)了路堤的穩(wěn)定性。

2 現(xiàn)場試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)段基本情況介紹

某高速公路全長50km，設(shè)計(jì)行車速度120km/h。全線廣泛分布有軟土地基，為解決由于不均勻沉降造成的結(jié)構(gòu)物沿橫向和縱向開裂問題，國內(nèi)首次在全線結(jié)構(gòu)物下部鋪設(shè)土工格室，使用面積達(dá)到35000m2。由于土工格室在處理軟基應(yīng)用上是一種新嘗試，為此選擇作試驗(yàn)，用來研究土工格室加筋結(jié)構(gòu)的施工特性，以便檢驗(yàn)設(shè)計(jì)，指導(dǎo)施工。在這試驗(yàn)段中修筑兩種主要加筋路堤結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)段共100m長，兩種結(jié)構(gòu)分別為50m。1#、2#檢測坑為檢測土工格柵加筋試驗(yàn)段，3#、4#監(jiān)測坑為檢測土工格室加筋試驗(yàn)段。

2.2 數(shù)據(jù)的分析

回彈模量：

為了檢測路基的承載力，在現(xiàn)場用直徑為30cm的承載板，在原土基以及采用土工格柵和土工格室墊層處理后的地基上進(jìn)行承載力測試，其對應(yīng)各個(gè)層頂面回彈模量見表1。

從中可以看出，經(jīng)過加筋后的地基回彈模量得到明顯增加。與未經(jīng)處理地基相比，格柵加筋以及格室加筋地基（取其均值）分別提高了105.8%、125.3%，這表明通過加筋作用可以有效地提高地基的承載力，地基的工程性質(zhì)得到了明顯的改善，其中土工格室的加筋效果要優(yōu)于土工格柵。

3 結(jié)語

①通過以上分析，可知加筋對于路堤有三方面的作用：降低水平荷載，提高地基承載力；增強(qiáng)地基約束力，提高承載力；增強(qiáng)路堤填土的土拱效應(yīng)，調(diào)整不均勻沉降。

②實(shí)踐證明，立體加筋的處理效果比平面加筋更佳，更能有效地增加地基承載力，其原因主要是其具有一定的厚度，具有較強(qiáng)的抗彎能力，從而有效地?cái)U(kuò)散了路堤荷載，大大提高了地基土的承載力。

③立體加筋是一個(gè)新事物，對它的工程設(shè)計(jì)理論國內(nèi)還是一片空白，現(xiàn)有的規(guī)范中沒有相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，我們有必要深化對它的認(rèn)識，從而形成合適的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃曉明，朱湘.公路土工合成材料應(yīng)用原理[M].人民交通出版社，2001：214-215.

[2]楊曉軍.土工合成材料加筋地基的機(jī)理[D].浙江大學(xué)博士學(xué)位論文，1999.

[3]A.Jewell. The mechanics of reinforced embankments on soft soils[J]. Geotextiles and Geomembranes，1988（7）：237-273.

[4]K.Rowe. Stabilization of very soft soil using high strength geosynthetics：the role offinite elment analyses[J]. Geotextiles and Geomembranes， 1987（6）：53-80.