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新老路基搭接处铺设土工格栅作用研究

摘要：分析了道路改扩建工程中新老路基搭接处理不当导致的常见病害及其产

生的机理、通过数值模拟的方法研究新老路基处铺设土工格栅对路基沉降及应力

分布的作用机理及改善效果进行分析。

关键词：搭接；差异沉降；土工格栅

1道路新老路基搭接常见病害的机理分析

道路改扩建工程路基加宽出现的各种病害，其产生的原因与地质勘查、设计

施工以及气候、水文、地质条件等多方面因素有关。病害的发生往往是多种因素

共同作用的结果，但新老路基之间的不良结合和差异沉降是最根本的原因，也是

路基加宽工程中的主要控制因素。交接处的开裂，裂后雨水下渗至路基，降低路

基的强度。又因车流荷载的作用，进一步地扩展交接处裂缝，给雨水的渗入打开

了更宽的通道，形成了一个恶性循环的破坏。病害的发展一般会遵循这样一个循

环破坏模式：不良结合和差异沉降→交接处开裂→雨水下渗→路基强度降低→交

接处进一步开裂→循环破坏，加速路基的破坏。

2计算软件及参数假定

软件：ABAQUS有限元软件

3计算假定

1）新路基的加宽方式选取双侧加宽，新加宽路基以老路中心线为中心，在老

路基两侧加宽宽度相同。2）因为路基足够长，故新老路基搭接后路基及地基的

变形视为按平面问题进行处理。3）新老路基及地基的接触面完全连续，新老路

基填土、地基土的本构模型选用弹塑性模型：扩展的Drucker-Prager模型，模型

中单元采用平面应变八结点等参单元。4）路面荷载等效为1厚的路基填土荷载，

交通车辆荷载等效为10kPa均布荷载。5）假定老路基和地基的沉降变形已经完

成，有限元分析中，对老路基和地基部分进行初始地应力的平衡。6）土工格栅

的本构模型采用线弹性，假土工格栅为二维杆单元，应用单元库中的2结点线性

2D桁架单元（T2D2）单元，作为嵌入区(Embeddedregion)嵌入到路基中去，路堤

作为主区(hostregion)。

4材料参数

无格栅及不同位置格栅时路基及地基内剪切应力云图比较

分析上图可知，加铺土工格栅对新老路基及地基内的竖向应力及剪切应力的分布几乎没

有影响，但对水平向的应力分布的作用效果是明显的，说明加铺土工格栅的主要作用是改善

路基及地基内的水平应力分布，这对于新老路基的整体稳定性是有利的。从图中可以看出，

在路基底部地表处加铺土工格栅的效果要好于在顶部及中部加铺土工格栅。

综上所述，在新老路基搭接处铺设土工格栅并不能减少路基的沉降，但对与搭接处的水

平应力分布是有改善作用的，有利于路基的整体稳定性，且铺设与路基底部效果较好。