土工格室加筋新老路基拼接段影响分析

徐梅杰 袁攀

摘 要：高速公路中的新老路基修建的过程中会面临软土地路基、路基病害和路基不均匀沉降等一系列问题。土工格室加筋广泛应用在新老路基修建工程中，根据有限元程序所建立出来的准确直观的计算模型，从土工格室铺设层位、铺设宽度、铺设模量、铺设高度四个方面对比分析这些因素能够在多大程度上影响新老路基拼接位置的差异性特征，通过这种方法和手段可以对土工格室加筋应用于新老路路基中的效果是否明显有一清晰的认识。从中根据最终的研究结果可以看出，土工格室加筋在路基的位置如果距离路基底部距离越近，路基因为分布不均而造成的差异沉降的问题就会越少；在层数方面，新老路基加筋层数越多，对抗路基差异沉降的效果就越明显；在铺设模量和高度层面，土工格室模量以及高度的大小与道路工程中降低路基沉降效果呈现正相关的关系；新老路基拼接段铺设土工格室的宽度有一个最佳值。

关键词：土工格室；加筋；新老路基；拼接段；道路工程

引言

当今社会随着经济的高速发展，作为一种现代化的运输工具，高速公路成为经济赖以发展交流的重要手段。高速公路的修建是一项十分有意义的工程。高速公路在改扩建路基时，常常因为不抗拒的各类因素面临软土地路基、路基病害和路基不均匀沉降等一系列问题。需要针对道路工程中面临的问题开发新型材料来对抗软土地路基及新老路基差异沉降问题。新型立体的化工合成材料——土工格室应运而生，这种材料在进行加筋以后可以加强本身的强度和韧性，土工格室运用到路基扩建中可以可以改善原本的道路土体，这样可以使得土体的刚度模量越来越大，本身的荷载在分散以后也能减少路基不均匀沉降的问题，加筋土的利用使得土工结构经过复合之后能够解决路基工程中的软土地路基及病害问题。遗憾的是，尽管土工格室作为一种新型材料具有无可比拟的优越性，但是由于刚刚问世，有关土工格室应用于路基建设的研究还是处在浅尝辄止的阶段，纵观以往之研究文章，多侧重于通过不同层为的角度来研究讨论新老路基建设中，土工格室与路基结合地带的建设应用效果。有基于此，该篇文章将会致力于探讨研究分析在新老路基拼接地段中到底是什么样的因素在很大程度上影响加筋新老路路基的效果，并且本文将会根据当前道路工程中新老路基存在的新老路基分布不均导致的差异沉降问题以及软土地路基、路基病害等诸多问题提出行之有效的多项措施。

1.模型与参数的计算工作

要想准确计算模型和参数，要通过平面应变的方法，利用有限模型，进行一定的假设进行展开计算。

首先要假设确定包含路基土、地基土在内的所有土体为理想状态下的弹塑性体；其次在计算的时候采用平面四边形应变单元来计算土工格复合体以及土体；按照线弹性体处理土工格室复合体模量为E，从水平方向和垂直方向约束地基地面；最后应用一米的填土高度来代指路面以及汽车荷载。根据实际情况中的路基原来的宽度为13米，加宽后位21米，测量高度为4米。具体计算参数如下表所示。

2.影响土工格室加筋效果的因素

2.1试析土工格室铺设层位不同

我们在具体的实验中，将土工格室铺设层位分为一层、二层、三层、四层这四种具体情况，不同的层数又有对应的铺设位置差异。因此首先设计只铺设一层土工格室的条件下，选择铺设不同的位置，将具体加筋和不加筋条件下产生的升降差异具体体现在图一的柱状图中，通过图可以直观地发现土工格室加筋铺设层位越低，越能够减少路基的差异沉降状况。

根据图二的数据显示，铺设不同层位，铺设不同层数的在土工格室，二者会综合地影响降低路基差异沉降效果。但是并不是层数越多效果越好，从提高路基稳定性和优化工程成本的角度上来说，我们不必多加筋层数，而是控制在合理的层數上。

2.2试析土工格室铺设模量不同

选择四个水平的模量进行试验测试，由下图3所示我们发现模量越大，越能够更好地降低路基差异沉降。但是模量加到一定程度反而降低沉降的作用反而减少，因此在进行路基修建时，基于经济的考虑，土工格室只要到达到相应强度就能实现路基稳定性。

2.3试析土工格室铺设高度不同

土工格室高度变化会影响效果，但根据图4可以看出，由于高度引起成本增加的问题，工程中选择五厘米为最佳高度。

2.4试析土工格室铺设宽度不同

不同宽度的土工格室对路基稳定性的效果不一样，从图五可以看出8.5米到全铺的效果是最好的，经济角度推荐宽度在九到十米最佳。

3.结束语

通过上述计算参数、模型以及对土工格室新老路基拼接段从土工格室铺设层位、铺设宽度、铺设模量、铺设高度四个方面对比分析和研究分析各种因素的影响程度，判断如何通过因素的调节获得，新老路基降低分布不均差异沉降的最大效果，我们得出了如下三条重要结论：

第一个结论是，土工格室加筋新老路基拼接段的降低路基差异沉降的效果跟铺设土工格室加筋的层数和土工格室加筋的位置都息息相关。具体而言，土工格室加筋位置如果与路基底部的距离越近，采取土工格室加筋就能够更加明显、更加有效地发挥降低新老路基差异沉降的明显效果。通过比较铺设加筋层数一层与路基不加筋，我们发现加筋一层可以降低最大路基差异沉降的41.7%；倘若铺设加筋层数增加至三层与不加筋的路基做比较，我们发现加筋三层比起不加筋时减少最大差异沉降 81.4%。由此我们可以得出，降低路基分布不均差异沉降效果的大小与土工格室加筋新老路基的层数多少呈现正相关的关系。

第二个结论是从模量和铺设高度来看土工格室加筋的模量越大、高度越大，降低路基沉降效果越明显。但是从本身工程成本预算造价来看，高度太高会引起成本投入太高，因此选择二五厘米高度的土工格室就可以实现降低路基沉降的极佳效果，并且能够节约成本。

第三个结论是横断面方向的土工格室加筋跟无土工格室的路基情况比较起来，铺设宽度越宽，工格室加筋新老路基拼接段的降低路基差异沉降的效果，在进行路基修建时，为节约成本，建议从新老路基拼接段向外延宽至三分之二到四分之三的宽度最适宜，可以获得最佳效果。

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（作者单位：浙江省大成建设集团有限公司）