三角形鋼板樁對穩定路基作用技術研究

屠勍

【摘要】本文通過分析三角形穩定原理，充分利用鋼材特性，提出三角形鋼板樁的施工技術，提高高填方路基穩定性能，在工程實際中，從結構上研究，極大增強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生變形的能力，對高填路基實際工程施工技術具有深遠意義。

【關鍵字】三角形；結構；高填方路基；穩定性能

1引言

路基是指按照公路路線選線位置和一定技術要求修建的帶狀構造物，其作為路面結構的基層部位，路基是用土質材料或石料修筑而成的線性結構物，從材料上對路基分為三大類，即土路基、石路基以及土石混合路基。從路基的結構形式的不同，路基分為路塹、路基以及半挖半填路基。路面結構直接鋪設在路基上，車輛荷載作用下，路面結構傳遞荷載至路基上，路基再將路面傳遞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，容易發生橫向變形，邊坡也會有一定的變形，本文從結構上研究，分析三角形穩定結構的原理，提出三角形鋼板樁技術，對提高高填方路基變形抑制具有極大改善作用。

2三角形結構穩定性原理

2.1三角形穩定結構在高填方路堤中應用的提出

目前有的措施在一定程度上加固了路基，減少路基的破壞，但對于加強側向約束力的措施比較不完善，本文是進一步提出增強高填方路基側向約束力，三角形是一種穩定結構。利用三角形結構的穩定性，將這種三角形穩定結構應用在路基中靠近路基兩側，起到抵抗高填方路基土向兩側位移的作用。三角形本身就有穩定性，在受到外力時具有很強的保持穩定性的能力與很強的抵抗力。因此對減少高填方路基土側向位移，保持路基土的穩定性具有很大的可行性。

2.2三角形結構穩定原理

2.2.1三角形穩定結構

無處不在的三角形結構。中國的傳統房架， 大都含一個或幾個三角形（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）。空調“外機”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。“球形建筑”， 實際是包含三角形的多面體（這些多面體的頂點內接與一個球面）———例如，美國著名建筑師富勒為1967年蒙特利爾世界博覽會設計的美國展覽館（圖3）。富勒在1948 年首創的這種建筑， 被稱為“穹窿建筑”———60 多年來，全世界已有40 多萬座穹窿建筑；建筑上的“拱形結構”，實際上是三角形結構的變形。

這些設施都要用到三角形結構是因為這與“三角形結構的穩定性”（簡稱“三角形的穩定性”）有關。

2.2.2三角形結構的穩定性原理

如圖4 把3 根木條（或其他材料）擺成一個三角形ABC， 然后把3 個重疊處鉚接（或捆扎）起來。此時，您會發現， 即使用較大的力試圖改變這個“ 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。這就是三角形的穩定性。

但是， 當如圖5 把4 根木條也“如法炮制”時，就會發現，用較小的力就能改變這個“木條四邊形”的形狀———例如變成圖6 的形狀。類似，其他數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，只有這種三角形結構的物體，才具有三角形的穩定性———其他任何多邊形都不具有類似的穩定性。

三角形為什么具有穩定性。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，顯然三角形是穩定的。這是因為F1 只能使AC 產生較小的形變而維持三角形ABC 的大體形狀；只有很大的F1 才會使AC 斷裂，但這不是我們研究的內容。這就是說，此時三角形是穩定的。

如果把不太大的力F2 加在三角形ABC 的任意一個頂點（例如A）上，F2 就會沿著木條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“彎腰”而破壞三角形ABC 的大體形狀。這也就是說，此時三角形也是穩定的。

當然， 如果把幾個力同時加在三角形ABC 上， 它也會“巋然不動”。

但是， 如果把即使很小的兩個力F5 和F6 加在圖5 所示的四邊形上， 就會立即出現前面所說的結果———變形為圖6。這是由于F5 和F6 產生的力矩，使四邊形的4 條邊發生了以鉚接點為軸的轉動--而三角形則不會發生這種轉動。當然，如果這個四邊形只受一個力而整體沒有相對于其他物體的運動， 不管作用在它的任何地方和方向， 通常情況也會如此。

由上可見， 三角形結構是穩定的。

3三角形穩定結構材料的確定

3.1三角形結構材料的要求

3.1.1強度、剛度性能

因為三角形結構應用在路基中兩側，受到路基土對它側向應力的作用，因此該材料應該不易變形，應該具有足夠的抵抗變形的能力，具有足夠的強度和剛度。

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，因此設置三角形穩定結構時需要考慮排水這一對維持路基的穩定性很重要方面，減少雨水的深入，更大可能保持高填方路基的穩定性。

3.2三角形結構材料的確定

三角形結構選用鋼板樁，鋼板樁作為工程綠色環保材料，具有強度高、隔水性能好、施工方便、經濟環保等優點。經常用于圍堰和基坑支護結構中。近年來，鋼板樁廣泛應用于截水抗滲、基坑支護、橋梁圍堰、污水建設、市政工程等項目中。

4結語

本文通過三角形穩定結構原理的介紹，采取了三角形穩定結構作為增強路基兩側的側向力。通過對三角形結構的要求，決定三角形結構選用鋼板樁。在實際中的應用要根據實際情況，選用不同的鋼板樁組合達到最大效率，充分發揮鋼板樁的優點，最大程度的利用，提高高填方路基的穩定性。

參考文獻：

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

[2] 陳仁政.正確認識三角形的穩定性[J].知識就是力量，2009（6）.

[3] 張自啟.淺談公路路基沉陷問題及其對策[J].價值工程，2010（11）.