土工格柵在路基工程中的技術(shù)分析

1、最新【精品】范文 參考文獻 專業(yè)論文土工格柵在路基工程中的技術(shù)分析土工格柵在路基工程中的技術(shù)分析摘要：土工格柵等多種土工合成材料目前在各類巖土工程中得 到了廣泛的應(yīng)用。本文通過對土工格柵應(yīng)用于加筋土工程時筋土界面 相互作用的試驗及有限元分析總結(jié)， 結(jié)合具體的工程實例，得出土工 格柵加筋土工程中筋材對提高工程可靠性的影響作用。論述對于高、 陡路堤及地震區(qū)路基工程，采用土工格柵加筋可有效提高其整體穩(wěn)定 性，并可有效防止路堤邊坡的淺層溜坍。關(guān)鍵詞：土工格柵、路堤、相互作用、穩(wěn)定性、淺層溜塌中圖分類號：U213.1 + 1文獻標(biāo)識碼：A1引言土工格柵等多種土工合成材料已經(jīng)在各類巖土工程中得到了廣 泛的

2、應(yīng)用。國內(nèi)外眾多學(xué)者已經(jīng)做了不少研究，根據(jù)這些研究成果， 土工格柵的計算理論和實際應(yīng)用日益完善。研究表明，不同土體、不 同加筋材料、不同布筋方式土體的強度和變形性能也不同，這就帶來 了土工格柵應(yīng)用的廣泛性和多樣性。目前，土工格柵廣泛應(yīng)用于高、陡路堤邊坡加筋以增強路堤的穩(wěn) 定性；應(yīng)用于地震區(qū)路基以增強路基的抗震性能； 軟土地基處理工程 樁頂加筋形成復(fù)合地基；鐵路工程增建二線幫寬及其他路堤加寬工程 的邊坡加筋；橋路過渡段加筋以減小差異沉降； 加筋土擋墻等各類工 程。準(zhǔn)池鐵路位于內(nèi)蒙古中部及山西省北部，為I級雙線電氣化萬噸重載鐵路。沿線大面積穿越山前洪風(fēng)積濕 陷性黃土高原區(qū)。地表溝壑縱橫，路基工程高

3、填、深挖、陡坡路基段 落較多。這里結(jié)合準(zhǔn)池鐵路及其他鐵路的設(shè)計及建設(shè)過程， 主要討論 土工格柵應(yīng)用于高、陡路堤及地震區(qū)路堤時對路堤穩(wěn)定性的影響及抵 抗邊坡淺層溜坍的能力。2實驗研究及計算理論土工合成材料加筋土工程的計算分析是十分復(fù)雜的問題， 涉及填 料、土工合成材料、地基的相互作用等因素。實際應(yīng)用中土工格柵對邊坡穩(wěn)定性影響的計算方法多采用圓弧 滑動法或契體滑動法。土工合成材料與土之間的摩擦系數(shù)應(yīng)通過試驗 確定，當(dāng)試驗條件不具備時，可參照當(dāng)?shù)亟?jīng)驗或有關(guān)資料確定。通過對不同筋帶材料、不同土類的加筋土的拉拔試驗，可大致得 出筋土界面的剪切特性。拉拔試驗可得土工合成材料與土之間的似摩擦系數(shù)，由下列公式

4、計算：，式中為似摩擦系數(shù)；為筋帶被拉動時的最大拉拔力；為筋帶 埋入土中的面積。在試驗過程中，筋帶埋入土中的面積保持不變，由 此可計算出相應(yīng)的似摩擦系數(shù)值1。由拉拔試驗可知：當(dāng)豎向應(yīng)力在一定范圍內(nèi)時，筋帶的拉拔力隨 豎向應(yīng)力的增大而顯著增加，但當(dāng)豎向應(yīng)力超出一定范圍后，其對拉 拔力的影響逐漸減弱，直至趨于穩(wěn)定。在筋帶與填料相同的情況下， 填料本身的物理狀態(tài)對筋帶的似摩擦系數(shù)有顯著影響， 填料壓實度越 大，拉拔力越大，似摩擦系數(shù)值越高，填料在最佳含水量狀態(tài)下的似 摩擦系數(shù)值大于飽和含水量狀態(tài)下的似摩擦系數(shù)值。 筋帶材料的粗糙 度對筋-土界面摩擦特性有較大影響。利用有限單元法，也可建立土工合成材料拉

5、拔試驗?zāi)Ｐ停?分析筋 土界面力學(xué)行為。有限元分析主要有三種方法：(1) 將土工合成材料單元與土單元分開考慮，土工合成材料單元 與土單元之間設(shè)接觸面單元；(2) 將土工合成材料與土揉為一體，作為復(fù)合材料考慮；(3) 將土工合成材料作為外荷載考慮，直接作用在土單元上，僅 有土單元。有限元分析中較多采用第一種方法。有限元分析結(jié)果表明：筋土界面摩阻力并非均勻分布，位于拉拔 端附近界面摩阻力有一峰值；對于高強度筋材，隨著拉拔端拉伸位移 的增大，峰值摩阻力逐漸后移，直至整個界面發(fā)生剪切滑動，從而發(fā) 生拔出破壞；低強度筋材在拉伸荷載的作用下，筋材的影響區(qū)域較小， 豎向力越大，影響區(qū)域越小，承載力低，荷載作用

6、下容易發(fā)生拉斷破 壞；因此，拉伸荷載一定時，筋材的抗拉強度與筋土界面的抗剪需匹 配，否則不經(jīng)濟。對于高強度筋材，加筋土結(jié)構(gòu)的承載能力取決于筋 土界面的抗剪強度；而低強度筋材，主要取決于筋材的抗拉強度2。 對于相同填土高度和邊坡坡率的路堤工程， 不同的鋪設(shè)位置取得的效 果不一樣，同等條件下土工格柵鋪設(shè)在路堤中部靠下的位置可達到最 佳效果3。另外，通過對不同筋帶材料、不同土類、不同加筋層數(shù)的加筋土 的三軸實驗可得：土樣加筋后，在相同應(yīng)變時能承受的應(yīng)力隨加筋層 數(shù)的增多而增大；土樣的黏聚力和內(nèi)摩擦角都隨加筋層數(shù)的增多而增 大；不同加筋材料對不同土類的強度提高程度不同，其對強度指標(biāo)的提高程度，除與加筋

7、材料的特性有關(guān)外，還與土體本身的強度特性以 及與加筋材料的相互作用有關(guān)。3工程案例此處以某地震區(qū)高路堤為例，來說明土工格柵加筋對路堤穩(wěn)定性 的影響。該工點所處地區(qū)地震動峰值加速度為0.20g，地震基本烈度8度，地震動反應(yīng)譜特征周期分區(qū)為一區(qū)，工點內(nèi)地基土20m深度范圍內(nèi)的飽和細砂層為地震可液化層。該段路基平均填高1214m根據(jù)鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)范(2009年版)4，本工點抗震設(shè)防類 別劃分為D類工程，要求路基的穩(wěn)定安全系數(shù) K> 1.1。該段路基工 點的地層情況如下表1:表1地層主要物理力學(xué)指標(biāo)巖土名稱巖土狀態(tài)層厚(m)粘聚力Cq內(nèi)摩擦角© q壓縮模 量E S基本承載力(T 0

8、(kPa) ()( Mpa) (kPa)粉質(zhì)黏土 軟塑2 18 8 4.5 100細砂稍密、飽和15.3 0 32 190礫砂 中密、飽和4.3 0 40 400黏土 硬塑 8.5 30 18 6 140路堤穩(wěn)定性檢算采用瑞典條分法，考慮地震力時需對液化土層的 摩擦力和摩擦角、抗剪強度等力學(xué)指標(biāo)進行折減，折減系數(shù)的取值與 標(biāo)貫試驗點深度和地基土抗液化指數(shù)有關(guān)，其中得=0.63，由規(guī)范可 得取值為0.33。計算時地基可液化土層采用折減后的力學(xué)指標(biāo)。 經(jīng)計算可知總的 下滑力為1789.6kN,總的抗滑力為1441.9kN,滑動安全系數(shù)為 0.806<1.1，天然地基條件下路基穩(wěn)定性不滿足要求

9、，須采取加固措 施。本工程飽和細砂層厚達15.3m,上覆土層為厚2m的軟塑狀粉質(zhì) 黏土，基底承載力僅100kPa;細砂層以下為礫砂層，透水性較好。 因此本工點的加固目標(biāo)需同時滿足消除飽和細砂層的地震液化性，提高地基承載力和加強路基整體抗震穩(wěn)定性兩個方面。本段路堤采用C組粉質(zhì)黏土填筑，通過對邊坡進行土工格柵加 筋，筋材采用TGSG50-5C雙向土工格柵，上部路堤全斷面鋪設(shè)，其下 兩側(cè)路堤邊坡每邊鋪設(shè)寬度 8m,層間距均為0.6m。地基土采用擠密 碎石樁加固，樁間距1.5m，樁長12m梅花形布置。施工完成后于樁 頂鋪設(shè)0.4m厚碎石墊層，并于墊層中間夾鋪一層 TGDG12以上單向 高強土工格柵。經(jīng)

10、計算可知，路基在考慮地震力時總的下滑力為 1792.7kN，總的抗滑力為2182.6kN，滑動安全系數(shù)為1.22>1.1，從 而能較好地保證路基的抗震穩(wěn)定性。由眾多實驗研究及工程實例可知，于路堤邊坡內(nèi)鋪設(shè)土工格柵對 提高路堤的穩(wěn)定安全系數(shù)有很大作用，并可有效防止路堤邊坡滑塌， 減小路基兩側(cè)不均勻位移，防止路基開裂；同時對地震區(qū)路堤抗震性 能的提高效果顯著5。準(zhǔn)池鐵路高、陡路堤工程大多位于濕陷性黃土地基上，采用C組 砂質(zhì)黃土填筑。濕陷性黃土地基遇水易產(chǎn)生濕陷，造成路基不均勻下 沉；砂質(zhì)黃土填料具有含水量不易控制，壓實困難，填筑的路基邊坡 易受雨水沖刷，易造成邊坡溜塌破壞等特性。結(jié)合理論計算

11、及工程實踐，準(zhǔn)池鐵路設(shè)計中高、陡路堤工程多 采用土工格柵進行加筋。高路堤邊坡采用自地表起每填筑0.6m高，于路堤邊坡水平寬3.0m范圍內(nèi)鋪設(shè)一層TGSG25-25雙向土工格柵， 同時基床底層內(nèi)滿鋪一層 TGDG12以上的單向高強土工格柵，且基床 以下路堤每填筑3.0m高通鋪一層TGDG12以上單向高強土工格柵進 行加固。陡坡路堤地段，路堤填筑體為薄條狀時，為保證路堤的整體 穩(wěn)定性，路堤自地表起每填筑 0.6m高通鋪一層或隔兩層通鋪一層TGSG25-25雙向土工格柵。濕陷性黃土地基采用灰土擠密樁加固地段 于樁頂鋪設(shè)0.3m厚二八灰土墊層內(nèi)夾一層 TGDG12以上的單向高強 土工格柵形成復(fù)合地基，

12、增強路基的整體穩(wěn)定性，減少地基的不均勻 沉降。4施工注意事項土工格柵加筋土路堤施工時，首先將地表整平碾壓至規(guī)定要求， 然后分層填筑路堤。鋪設(shè)土工格柵時，先將碾壓密實的填土層平整， 格柵鋪設(shè)應(yīng)平整，密貼，連接必須牢固，然后在其上填土。為防止護 坡工程施工挖槽露出格柵，格柵外端距設(shè)計邊坡坡面應(yīng)保持一定的水 平距離。平鋪土工格柵后，嚴(yán)禁汽車直接行駛在土工格柵上，并要避 免過量拉伸。土工格柵盡量避免長時間露天存放或施工暴露過久。5結(jié)束語通過對土工格柵應(yīng)用于加筋土工程時筋土界面相互作用的試驗 及有限元分析總結(jié)，結(jié)合具體的工程實例，得出了加筋土工程中筋材 對提高工程可靠性的影響作用。對于高、陡路堤及地震區(qū)路堤工程， 采用土工格柵加筋可有效提高其整體穩(wěn)定性，減少不均勻沉降，并可有效防止路堤邊坡的淺層溜坍。【參考文獻】1 劉大超，馬世洪，張濤.土工拉筋帶似摩擦系數(shù)試驗研究J. 路基工程：2010（ 2）: 118-120.2 王仕傳，凌建明.土工合成材料與土界面剪切特性數(shù)值模擬J.路基工程：2010（ 4）: 64-66.3 于天，馮衛(wèi)江，鄧永鋒.加筋路堤穩(wěn)定性分析J.路基工程： 2008（ 4）： 159-160.4 中華人民共和國鐵道部.GB 50111-2006鐵路工程抗震設(shè)計 規(guī)范S.北京：中