三角形鋼板樁對(duì)穩(wěn)定路基作用技術(shù)研究

屠勍

【摘要】本文通過(guò)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(wú)處不在的三角形結(jié)構(gòu)。中國(guó)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(guó)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(guó)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(lái)，全世界已有40 多萬(wàn)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(jiǎn)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(lái)。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(shuō)，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(shuō)，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(shuō)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(méi)有相對(duì)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(jiàn)， 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(duì)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(duì)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(lái)，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(yǔ)

本文通過(guò)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(guò)對(duì)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。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳彬.基于有限元分析的鋼板樁間鎖口摩擦對(duì)其抗彎特性的影響研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012（4）.

[2] 陳仁政.正確認(rèn)識(shí)三角形的穩(wěn)定性[J].知識(shí)就是力量，2009（6）.

[3] 張自啟.淺談公路路基沉陷問(wèn)題及其對(duì)策[J].價(jià)值工程，2010（11）.