軟土路基處理中的加筋土技術(shù)改進(jìn)方法探討

□文/史洪江 張 淼

軟土路基處理中的加筋土技術(shù)改進(jìn)方法探討

□文/史洪江 張 淼

在對(duì)國(guó)內(nèi)外公路軟土地基處理中所涉及的加筋土技術(shù)相關(guān)資料調(diào)查和收集基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)研究，對(duì)軟土路基的特性及軟土路基的病害進(jìn)行了分析。介紹了加筋土技術(shù)的基本原理，分析了其在工程實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)缺之處并重點(diǎn)針對(duì)加筋材料難防腐及其不能充分發(fā)揮性能兩個(gè)缺點(diǎn)，探討了當(dāng)下兩項(xiàng)較為熱門(mén)的預(yù)應(yīng)力加筋和加筋環(huán)技術(shù)改進(jìn)方法。

軟土；路基；加筋技術(shù)

對(duì)公路路基的有效處理成為了影響工程質(zhì)量，保證公路正常運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵因素。而軟土路基是我國(guó)公路路基中的常見(jiàn)形態(tài)，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的處理，能有效控制公路沉降，延長(zhǎng)公路使用壽命。

1 軟土路基及其常見(jiàn)病害

1.1 軟土的特性

軟土是指天然含水量大于液限，天然孔隙比≥1.0，具有靈敏結(jié)構(gòu)性的細(xì)粒土。天然狀態(tài)下的軟土孔隙比大、含水量高、密度低、透水性差、抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高、固結(jié)慢、具有觸變性、流變性顯著。所以只有對(duì)其進(jìn)行科學(xué)處理，才能實(shí)現(xiàn)在較短的工期內(nèi)完成路基填土和路面的施工且保證工程質(zhì)量。這就要對(duì)軟土路基的狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)的分析和正確判斷，找準(zhǔn)常見(jiàn)病害的成因。下面從路基土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的角度分析土的狀態(tài)。

土體應(yīng)力-應(yīng)變呈非線(xiàn)性的關(guān)系。將土中某點(diǎn)處的豎直應(yīng)力以σ1表示、水平應(yīng)力以σ3表示，可以反應(yīng)土的變形和卸載后的殘積變形。當(dāng)土中某點(diǎn)的水平應(yīng)力σ3為定值時(shí)，該點(diǎn)的豎直應(yīng)力σ1的值越大，σ1-σ3的值越大，進(jìn)而反應(yīng)出土的變形和卸載后殘積變形也就越大，路面承受重載時(shí)即為此種情況，此時(shí)路基中的殘積變形要比普通荷載下大很多。此外，路基在車(chē)輛荷載反復(fù)作用下，路基變形會(huì)趨于增大，其同樣與偏應(yīng)力σ1-σ3值的大小相關(guān)。路基土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不但與土的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)，還取決于路基土的含水量及壓實(shí)度。路基土的壓實(shí)度低，路基土在自重和干濕作用下產(chǎn)生自然沉降，之后車(chē)輛行駛會(huì)引起壓密變形。

1.2 軟土地基的主要病害

軟土地基的病害主要表現(xiàn)在沉降較大、導(dǎo)致路面塌陷等情況，嚴(yán)重影響行車(chē)安全和公路使用壽命。一般認(rèn)為軟弱地基在外力作用下會(huì)經(jīng)歷3個(gè)階段沉降：瞬時(shí)沉降、主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降。在一定的時(shí)限內(nèi)，施加一定的荷載情況下，總的沉降值為3部分之和。次固結(jié)沉降在總沉降中的比例較小，故可以忽略不計(jì)，而在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)瞬時(shí)沉降和主固結(jié)沉降的準(zhǔn)確計(jì)算是十分必要的，目前一般采用有限層析法計(jì)算固結(jié)沉降。瞬時(shí)沉降的計(jì)算是在固結(jié)沉降的基礎(chǔ)上，用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)進(jìn)行修正得到結(jié)果。而對(duì)軟弱地基、加筋土體會(huì)產(chǎn)生較大變形的情況，基于小變形理論的有限元分析方法不一定能準(zhǔn)確反映實(shí)際受力變形情況，應(yīng)采用基于大變形理論的有限元分析方法。

2 加筋土技術(shù)原理

加筋技術(shù)是一種在土中加入加筋材料，利用加入土體中的加筋材料與土體之間的相互作用，來(lái)改善土體的強(qiáng)度和變形特性，提高土體抗拉性能，廣泛應(yīng)用于公路基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是對(duì)軟土地基的處理用于提高路基的穩(wěn)定性以及路基的防護(hù)和綠化等方面。其優(yōu)點(diǎn)是使施工變得簡(jiǎn)便、施工速度快、占地少、造價(jià)低。但原始加筋技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也還存在一些缺點(diǎn)，比如，加筋材料在填土開(kāi)始時(shí)不變形受力，在土體變形達(dá)到一定程度后，加筋材料才開(kāi)始變形受力發(fā)揮作用，這就會(huì)降低了加筋材料的作用，加筋材料表面易腐蝕，加筋材料對(duì)某些土體的適應(yīng)性差等問(wèn)題。

3 加筋技術(shù)的改進(jìn)方法探討

3.1 預(yù)應(yīng)力加筋技術(shù)

預(yù)應(yīng)力加筋土技術(shù)是在開(kāi)始填土?xí)r可能土體發(fā)生變形而筋條不變形受力的情況下，讓筋材充分發(fā)揮作用。其理論依據(jù)是，根據(jù)理想筋材的受力機(jī)制，如果在鋪設(shè)加筋材料時(shí)利用拉伸設(shè)備預(yù)先張拉，使筋材達(dá)到一個(gè)初始應(yīng)變值，則填土開(kāi)始時(shí)，筋材已有一定的變形可以承受相應(yīng)的拉力。很多成熟的試驗(yàn)表明，加筋材料的預(yù)應(yīng)變值越大，其在填土初期的材料性能發(fā)揮的越充分。但這個(gè)值也并不是越大越好，根據(jù)徐少曼先生的研究，此預(yù)應(yīng)變值ε0有上限，其值的確定需要筋材的容許應(yīng)變?chǔ)與和筋材的容許相容應(yīng)變?chǔ)臿兩個(gè)相關(guān)參數(shù)。公式為：

目前還沒(méi)有十分成熟的方法確定此公式中兩參數(shù)，但根據(jù)徐少曼的研究，εc可以取筋材極限應(yīng)變值的一半且不超出10%～15%這個(gè)范圍，εa值的取得目前尚采取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況，對(duì)于不同路段的路基土質(zhì)，考慮所選擇的加筋材料材質(zhì)發(fā)生變化等各種因素的影響，填土前筋材的張拉使之產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)變?chǔ)?值也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。所以，僅憑借經(jīng)驗(yàn)公式難以滿(mǎn)足各種實(shí)際工程中設(shè)計(jì)施工的要求，對(duì)于一些較大的工程，為使筋材達(dá)到更好預(yù)應(yīng)力效果，可先修筑一段試驗(yàn)路段，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和觀(guān)測(cè)結(jié)合數(shù)學(xué)模型分析以取得較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，在結(jié)合傳統(tǒng)的計(jì)算分析方法，選擇較為合適的預(yù)應(yīng)變值。

3.2 加筋環(huán)技術(shù)

每個(gè)加筋環(huán)由3個(gè)鋼筋環(huán)和若干個(gè)與之垂直相交的立筋綁扎而成，內(nèi)側(cè)附著土工格柵作內(nèi)墊。這種技術(shù)充分利用了鋼筋抗拉強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，使環(huán)內(nèi)填料所要承受的側(cè)向拉力轉(zhuǎn)為由加筋環(huán)承擔(dān)。加筋環(huán)內(nèi)的填土在垂直荷載的作用下發(fā)生側(cè)向膨脹，而加筋環(huán)則限制了環(huán)內(nèi)土體的膨脹，約束了其側(cè)向變形，使得側(cè)向壓力轉(zhuǎn)為由加筋環(huán)來(lái)承擔(dān)，有效的阻斷了環(huán)內(nèi)側(cè)壓力向環(huán)外傳遞。單個(gè)加筋環(huán)及環(huán)內(nèi)土體形成“餅”狀物，許多層“土餅”交錯(cuò)疊加后就形成了加筋土實(shí)體。相比較原始的使用加筋帶的加筋技術(shù)，加筋環(huán)技術(shù)還有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。

1）加筋土體的受力明確，對(duì)其進(jìn)行受力分析的方法較為直觀(guān)。在實(shí)際操作中，可對(duì)“土餅”加筋體作詳細(xì)的觀(guān)察，在加筋環(huán)上粘貼電阻應(yīng)變片，便可知在垂直荷載作用下，環(huán)內(nèi)土體產(chǎn)生的側(cè)向壓力。

2）加筋材料對(duì)土體的適應(yīng)性好。加筋帶法的作用力主要來(lái)自加筋材料與土體之間的摩擦，這就要求填料土的物理性質(zhì)比較好，如粘性土具有蠕變的性質(zhì)，就不是理想的填料。而加筋環(huán)技術(shù)突破了這種局限，使可以應(yīng)用加筋技術(shù)的土體更加廣泛。

3）加筋材料防腐更易。由于加筋帶法的作用機(jī)理是筋材與填料土體之間良好的相互摩阻作用，如果防腐材料選擇不合適，必然影響筋材與填料土體之間的相互作用，進(jìn)而影響到加筋土實(shí)體的整體性能。而加筋環(huán)技術(shù)與加筋帶技術(shù)的作用機(jī)理不同，可以忽略與土體間的摩阻作用，因此，選擇任何的防腐材料對(duì)加筋土體的性能都沒(méi)有影響。

加筋環(huán)的構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便?，F(xiàn)有的加筋技術(shù)材料多為條形筋帶，鋪設(shè)時(shí)筋帶之間距離小且筋帶鋪設(shè)的工藝要求較高，稍有失誤即造成筋帶的受損和變形。加筋環(huán)技術(shù)的施工與之有很大不同，先對(duì)路基碾壓平整后進(jìn)行沖切環(huán)溝，再置入加筋環(huán)，這就不會(huì)發(fā)生筋材受損及變形。

4 結(jié)語(yǔ)

為保證公路有良好的使用效果，應(yīng)對(duì)路基的沉降嚴(yán)格控制，過(guò)大的路基沉降會(huì)使路面也產(chǎn)生沉降，是導(dǎo)致公路破壞的主要原因之一，縮短公路的使用壽命。本文介紹了軟土地基處理的一個(gè)領(lǐng)域，即加筋土技術(shù)并簡(jiǎn)要探討了這一領(lǐng)域內(nèi)當(dāng)下比較熱門(mén)的改進(jìn)技術(shù)。目前，這些技術(shù)還沒(méi)有完全的成熟，還需改進(jìn)和完善。

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□張 淼/河北工業(yè)大學(xué)。

U414

C

1008-3197（2012）06-41-02

2012-07-31

史洪江/男，1976年出生，高級(jí)工程師，學(xué)士，天津交通職業(yè)學(xué)院，研究方向?yàn)槁窐蚴┕づc公路監(jiān)理。