基于离心模型试验的桩承加筋路堤筋材设置方法研究.pdf

水 利 学 报 2012年 12月 SHUILI XUEBAO 第43卷 第 12期 文章编号 ：0559—9350(2012)12—1487—07 基于离心模型试验的桩承加筋路堤筋材设置方法研究 徐 超 ，吴 迪 ，高彦斌 ，杨 阳 (1．同济大学 地下建筑与工程系 ，上海 200092；2．同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 200092) 摘要 ：在土工合成材料加筋土工程 中加筋材料 的合理设置对充分发挥筋材 的作用至关重要。通过4组离心模型试 验 ，研究了桩承式加筋路堤垫层 中土工格栅两边端部反包设置的使用效果 ，包括对路堤稳定性、桩土荷载分担等 的影响。结果表明：①加筋材料反包设置相当于将筋材锚固于路堤中，可充分发挥筋材 的加筋作用 ，与加筋不反 包相 比，测得路肩下方格栅承受的拉力较大，而路堤中心处格栅受力相对较小；②加筋反包设置可提高桩土应力 比，促使荷载向桩体转移 ；③加筋反包可降低路堤表面总沉 降及不均匀沉 降，减小地基土的侧向位移 ，提高路堤 地基整体性和稳定性 ；④加筋材料的力学性质对加筋受力 、桩土荷载分担和路堤变形存在较大影响，延伸率低 、 拉伸模量高的加筋材料更能发挥加筋膜效应。 关键词 ：桩承式加筋路堤 ；土工格栅 ；反包设置 ；加筋作用 ；离心模型试验 中图分类号 ：U416．1 文献标识码 ：A 1 研 究背景 桩承式加筋路堤是软土地基上 由桩 、桩 帽、加筋垫层和填土路堤构成 的复杂体系 ，通过桩 (帽) 和水平加筋 的共同作用 ，以满足在软土地基上建造路堤的 目的。国内外学者 。的研究成果 已证明： 采用桩承式加筋路堤能有效的控制地基 的沉降，约束地基和路堤的侧 向变形 ，从而减小工后沉降和 不均匀沉降，提高路堤的整体稳定性。 目前已被用于软土地基上公路和铁路 的路堤工程桥头连接路 堤工程及 已有公路路堤的拓宽工程等 ，这种新型加固工法亦可用于在软土地基上修建的挡墙 、涵 洞 、储油罐等结构物。桩承式加筋路堤会 由于桩顶与桩 间土之间的差异沉降而在路堤中产生土拱效 应 。根据发挥程度 的大小 ，土拱效应会将部分或大部分 的桩间上覆荷载传递至桩顶 ，进而传递到持 力层较好 的深部土层之 中。桩帽与桩 问土上方设置水平加筋垫层会产生筋材 的拉膜效应 ，进一步 的 将桩间土上方荷载传递 到桩顶。并且土拱效应与拉膜效应之间会共同作用 ，二者为桩承式加筋路堤 中的核心工作机理。 加筋垫层 中土工合成材料的设计是桩承式加筋路堤应用 的关键 问题 。如图 1所示 ，英 国规范 BS8006中规定”垫层 中水平加筋材料铺设范围应满足一定的要求 ，即图中锚 固长度 必须满足抗拔 要求。但在实际工程中最外面一排桩往往靠近坡脚 ， 接近于0。如此路堤边坡下加筋材料将难以发 挥水平加筋作用 ，导致加筋对路堤 的侧 向约束能力不足。为 了解决此问题 ，BS8006中推荐了两种加 筋 的反包方法：石笼网反包法和边沟反包法。但是 ，对于这种加筋材料反包设置法的效果尚没有实际 应用效果 的报道和研究成果。现有的研究成果 证明软土地基上加筋与不加筋石灰土路堤的稳定性差 异较大 ，说明加筋垫层所起作用明显。对于桩承式加筋路堤 ，加筋垫层提高了桩体的荷载分担 ，从 而减小路堤总沉降及不均匀沉降。以上成果均基于离心模 型试验 ，因此对于路堤垫层加筋反包这种 新颖的加筋布置形式 ，通过Ng离心场下建模 的手段进行研究是可行的。 收稿 日期 ：2012-05—14 基金项 目：国家 自然科学基金项 目 作者简介 ：徐超(1965一)，男，河南临颖人，教授，博士生导师，主要从事地基加固及土工合成材料研究。E—mail：caxu@tongji．edu．cn 一 1487 — 万方数据 为了研究桩承式加筋路堤中加筋反包设置的作用及效果 ，采用两种模型格栅 ，进行了4组离心模 型试验 ，量测 了路堤地基变形 、路堤基底压力 、格栅拉力等数据 ，并据此分析了加筋反包对桩承式 加筋路堤体系中荷载传递 、变形特征等的影响规律。 2 离心模型试验 2