土工合成材料加筋土柔性桥台研究现状

吴伟成

（同济大学 上海 200092）

0 序言

我国交通基础设施建设在满足安全性的基础上，更多考虑适用性、耐久性与经济性。土工合成材料加筋土由于其较好的力学性能与抵抗变形特性，已逐渐被工程技术人员接受，土工合成材料加筋土桥台将桥梁结构和连接路基置于共同的加筋土基础上，这里加筋土一般指指加筋间距小于30cm的加筋土，复合体特性明显。采用该技术建造的土工合成材料加筋土柔性桥台的刚度介于混凝土桥面与引道路堤之间，这种刚度过渡作用有利于减少路面振动荷载产生的沉降差异，消除桥头跳车现象。

1 室内试验研究现状

1.1 单元体实验

作为加筋土桥台的主要承力结构，土工合成材料加筋土本身的性能试验研究十分重要。

微型墩试验[1]能探究加筋土力学特性，有助于加筋土柔性桥台设计计算，大尺度加筋土单元体试验多针对承载特性与破坏模式，即静载条件下使结构逐渐达到破坏，将测定的应力、变形等均视为与时间无关量，不考虑长期性能。

动三轴试验[2]考虑了垂直动荷载，以试样破坏作为试验结束标准，涉及到的加载时间仅作为使试验结束的手段而非考虑因素。

在加筋土单元体长期性能研究方面，通过筋土相互作用性能试验进行研究。荷载直接施加在土体顶部再传递至筋材，筋材与土体将在自重或超载作用下以相互作用的方式发生变形，与实际荷载传递过程和相互作用方式相符。Ketchart与Wu[3]采用筋土相互作用性能试验对加筋土单元体进行平面应变模型试验，对粉砂碎石土、黏性土采用不加筋、两种有纺土工织物加筋与一种无纺土工织物加筋，在不同静载水平下持续15-30d，试验发现加筋土的垂直、侧向蠕变速率随时间逐渐减小，筋材呈现出明显的应力松弛。

1.2 模型试验

GRS柔性桥台的室内模型试验主要包括对GRS柔性桥台整体结构的缩尺模型与振动台试验。

金仁和[4]进行了基于受填土自重荷载的加筋挡墙模型试验，研究了筋带最大拉力。

Han[5]进行了基于受静载和逐级加载作用的加筋挡墙模型试验，分析了桥台基础距面板距离、桥台基础宽度、面板与筋材连接方式等因素对加筋挡墙力学与变形性能的影响。

肖成志[6]进行了基于受静载和循环荷载作用的加筋挡墙模型试验，综合对比分析了基础位置、荷载大小、频率和循环次数等因素对加筋挡墙力学与变形性能的影响，发现循环荷载对加筋土挡墙性能有一定影响。

2 现场实验研究

截至2015年，美国各州加筋土柔性桥台已有200座以上。对桥台进行施工过程与通车后的监测，持续时间从4月至12年不等。监测结果表明已建GRS柔性桥台在服役荷载下均表现出良好性能：

Ketchart[7]对桥台顶部持续施加静荷载70d，发现刚施加荷载时瞬时沉降27mm，而70d后蠕变沉降18mm，其中前15天占70%，其沉降-时间对数曲线得到长期蠕变速率由2mm/d线性递减至0.03mm/d。筋材最大应变仅0.2%。

Adams[8]对五座服役加筋土柔性桥台进行监测统，发现加筋土桥台竖向应变（沉降量/墙高）为0.09%～0.64%；水平应变（墙面侧向位移/墙高）介于0.002%～0.013%。

Talebi[9]对Run桥台进行了施工过程、超载试验与长期监测研究，发现两年服役状态下的监测结果显示：GRS桥台的筋材蠕变变形很小，最大应变小于0.5%，墙面水平与墙体垂直变形均小于12mm。

Saghebfar[10]获得了加筋土柔性桥台侧向位移主要发生在施工期，桥梁结构荷载对其影响很大，而通车后交通荷载对其影响不大的结论。

3 数值模拟

3.1 单元体

Helwany[11]、Liu[12]采用数值方法进行了蠕变试验，在单元体顶部持续施加均布荷载，发现加筋粘土的筋材应变、复合体侧向变形随加载时间增加明显，但加筋砂土的筋材应变几乎不变，数值模拟结果试验实测值相差不大。

3.2 模型试验

Zheng[13]考虑到了时间效应，采用FLAC对BowmanRoad桥台进行平面应变分析，监测出加筋土挡墙施工、桥梁面板放置与施加交通等效均布超载三个时间点的变形与应力，发现各时间点处，该加筋土柔性桥台均表现出较好性能。结果显示，放置桥梁结构产生的水平位移最大约8mm，沉降为17.6mm，而施加交通超载后最大位移增量仅2mm，沉降增加了7.3mm，筋材应变的变化规律也呈现类似特点，即通车后柔性桥台复合体变形与内部筋材应力变化均较小，这与现场监测结果类似。

4 总结与建议

综上，土工合成材料加筋土柔性桥台作为一种新式加筋土结构型式，均在其数年服役期内表现出良好性能，值得在我国推广应用。根据前文的分析与讨论，土工合成材料加筋土柔性桥台在施工成本、长期性能等方面都有更大优势，是未来桥台研究与发展方向，应考虑填料压实度、筋材刚度与间距、荷载条件、筋材蠕变等影响因素，可借鉴等效附加应力思想，结合等效附加应力与筋材粘弹性模型，推导出等效附加应力随时间变化规律，将其作用于弹塑性土体单元。