樁承式加筋路堤設計與受力變形分析

【摘 要】論文采用考慮路堤中土拱效應，建立了樁承式加筋路堤簡化分析模型，考察了樁承式加筋路堤相關參數對加筋路堤效果的影響，并對參數進行了分析，結果表明：將水平增強體和樁等豎向增強體聯合使用，形成樁承式加筋路堤，可取兩者之長，取得更佳的技術經濟效果。

【關鍵詞】樁承式加筋路堤；變形分析；土工合成材料

土工合成材料鋪設在路基中，形成水平增強體，其加筋效果已經被工程實踐所證明。但是，由于實際工程地質條件的復雜多變性，加上控制地基沉降、保持地基穩定、加快工期、節約投資等因素的制約，單一的水平增強體已經不能滿足工程要求，在這種情況下，將水平增強體和樁等豎向增強體聯合使用，形成樁承式加筋路堤，可博采兩者之長，取得更佳的技術經濟效果。

1 樁承式加筋路堤簡化分析模型

因樁頂面頂面高度，樁與樁間土之間存在沉降差，在路基內部引起土拱效應，使路堤荷載重分布，基于這一原理，陳仁朋教授等建立了路堤荷載傳遞的微分方程，現闡述如下。

路堤下方的樁呈正方形布置，樁的中心間距為，樁徑為，其截面積為;樁帽面積為，按面積相等的原則，將樁帽及其上部填土等效為直徑為的內土柱，將樁帽間的填土等效為內徑為，外徑為的圓柱形外土柱，面積為。

圖1給出了路堤填料中荷載傳遞分析模型。假設路基填料為均質各向同性理性彈性體，以樁帽頂面高度處為z軸的零點，路堤填料高度，路基等沉面高度，從樁帽上部內土柱取一單元體進行受力分析，單元體受到的豎向力包括土柱的豎向壓應力，土柱的自重應力為，外土柱對內土柱的摩擦力為F，F=，為靜止土壓力系數，，為路堤填料的內摩擦角。

2 試驗結果對比

許峰[1]對無土工合成材料墊層樁承式路堤進行了室內模型試驗研究，其模型驗示意圖如所示圖2所示，將本文計算結果與該模型試驗結果進行對比。

該模型試驗在由磚和水泥砌筑而成的直徑3m、高度1.53m的試驗池中進行，試驗采用干凈河砂，模型樁采用管徑32.3mm、壁厚1.5mm的空心鋁合金管樁，樁帽長90mm寬90mm厚5mm。其中地基反力系數由計算公式確定，地基壓縮模型Es=12MPa、泊松比=0.2、地基厚度H=1.2m，計算得到，由單樁靜荷載沉降曲線反算得到樁的反力系數。

對比結果如圖3所示，可見本文模型很好地反映了模型試驗的結果，其誤差在8.5%以內，驗證了模型的可靠性。

3 參數分析

3.1 筋材抗彎剛度影響

選取不同的筋材抗彎剛度，分析其對樁承式加筋路堤變形的影響。圖4給出了筋材抗彎剛度對樁頂及樁間土沉降變形量的影響。可知，隨著筋材抗筋材抗彎剛度對樁頂及樁間土沉降變形量的影響。可知，隨著筋材抗彎剛度的增大，等沉面高度逐漸減小，樁頂沉降變形量和樁間土的沉降變形量逐漸減小，但當筋材抗彎剛度增大超過200kN·m2時，對減小樁頂及樁間土沉降變形量的影響較小。

3.2 樁間距的影響

圖5(a)給出了樁間距對樁的荷載分擔比的影響，圖5(b)給出了樁間距對等沉面高度的影響，圖5(c)給出了樁間距對樁頂及樁間土沉降變形量的影響。可知，隨著樁間距的增大，樁的荷載分擔比逐漸減小，等沉面高度逐漸減小，樁頂及樁間土沉降變形量逐漸增大，樁土沉降差增大。

圖5 樁間距對n、、的影響

4 結論

本文為了研究樁承式加筋路堤的受力變形特性，采用考慮路堤中土拱效應的荷載傳遞分析模型，建立了樁承式加筋路堤簡化分析模型，考察了樁承式加筋路堤相關參數對加筋路堤效果的影響，通過分析計算得出以下結論。

4.1 當路基填料壓縮模量小于20Mpa時，路基變形量隨路基填料壓縮模量增加迅速減小，當路基填料壓縮模量大于20MPa時，路基填料壓縮模型對路基變形量的影響減小。

4.2 隨著筋材抗彎剛度增加，等路堤沉面高度降低，路基變形量逐漸減小，減小幅度逐漸降低。

4.3 隨著樁間距增加，樁的荷載分擔比減小，等沉面高度增大，路基變形量增大。

參考文獻：

[1]許峰.樁承式路堤的工作機理研究[碩士學位論文].杭州:浙江大學，2004.

[2]楊廠慶.土工格柵加筋土結構理論及工程應用.北京:科學出版社，2010.

[3]黃義，何芳社.彈性地基上的梁、板、殼.北京:科學出版社，2005.