摘要：将桩承式加筋路堤应用于黄土地区，结合路堤填土加筋技术处治路桥过渡段，以减小路桥过渡段差异沉降和桥头跳车现象。通过现场试验对比分析了桩承式加筋路堤中心轴处和路肩处桩顶和桩间土的土压力变化规律、格栅张拉膜效应和路堤填土土拱效应的发挥效率、桩土应力比变化规律以及格栅变形规律，并对路堤加筋各断面格栅上、下表面土压力变化规律以及格栅变形规律进行了分析。
关键词：路桥过渡段；桩承式加筋路堤；现场试验
随着中国经济的飞速发展，对交通运输资源的需求日益增加，高速公路和高速铁路作为最为方便快捷的交通运输资源，得到了大力发展。在高速公路和高速铁路建设中，不可避免地要通过一些不适宜修建路堤的不良地基。在这些不良地基上填筑高填方路堤，常常会面临地基承载力不足、失稳、路堤沉降、不均匀沉降以及侧向变形过大等问题。
一、桩承式加筋路堤研究现状
桩承式加筋路堤支撑体系是由筋材、桩体、桩间土和下卧持力层四个部分组成，该支撑体系各组成部分之间共同作用，相互影响，其作用机理非常复杂由于桩土刚度差异为桩体刚度，路堤荷载作用下桩与桩间土产生差异沉降。该差异沉降使桩顶上部填料沉降小于桩间土上部填料。为减小桩顶与桩间土上部填料之间的差异沉降，桩顶上部填料通过摩擦剪切作用将部分桩间土上部填料荷载转移至桩顶。这种通过路堤填料之间的相互作用将部分桩间土上部填料荷载转移至桩顶的现象称为土拱效应。通过改变影响桩承式加筋路堤挂网技术中各组成部分的设计参数，模拟不同工况条件，探讨各设计参数对挂网技术作用机理的影响。通过现场试验对桩承式加筋路堤挂网技术与传统技术进行对比分析，研究随着路堤荷载的增加两种工况下路堤中心轴和边坡处地基沉降、路堤坡脚侧向位移、筋材上下表面土压力以及筋材变形的变化规律。
二、路桥过渡段桩承式加筋路堤现场试验
1.现场试验设计。路桥过渡段桥台与路堤填土、路基材料刚度的较大差异，引起的沉降变形差异是产生桥头跳车的主要因素。桥台台身大多数为钢筋混凝土结构，自身变形量可以忽略不计，而高等级公路的桥梁主要以钻孔桩为主，桥台沉降往往很小。从桥头路堤的变形机理考虑，构成桥头路堤沉降的主要因素有桥头地基的固结变形和桥头路堤填土的压缩变形两个方面。考虑以减小路桥搭接段差异沉降和缓解桥头跳车现象为目的，分别对路堤台背路基进行地基处理以及对路堤填土进行加筋处理。台背路基采用桩体与土工格栅联合处理的地基处理方式，路堤填土采用土工格栅加筋的处理方式。分别对试验段路基加固部分路堤中心轴处、路肩处和路堤填土加筋部分格栅上、下表面桩顶和桩间土土压力、桩间格栅变形，以及路堤加筋各断面格栅上、下表面土压力和格栅变形进行监测分析。
2.监测仪器埋设。试验段路基加固区路堤中心轴处和路肩处分别对桩承式加筋路堤中桩顶和桩间土格栅上、下表面各埋设一个土压力盒，桩间格栅上表面埋设一个格栅位移计，监测分析桩–土压力变化规律和格栅变化规律。试验段路堤填土加筋部分在路堤中心轴处沿路堤纵轴每隔3 m格栅上、下各埋设一个土压力盒，格栅上表面埋设一个格栅位移计，监测分析格栅有效长度以及格栅加筋减载作用。
3.试验结果分析。一是桩、土压力变化规律。桩承式加筋路堤中桩和桩间土的土压力变化曲线。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆桩承式加筋路堤桩顶格栅上、下表面土压力随着路堤填土高度增加时，断面各测点土压力变化曲线图。随着路堤填土高度的增加，不同位置的土压力均有不同程度的增加。路堤填筑初期，断面桩顶格栅上、下表面各处土压力增长速度相近随着路堤填土高度的增加，断面桩顶土压力增长速率逐渐增大，由断面处于路肩处断面桩顶格栅上、下表面各处土压力增幅与增速都明显小于Ⅰ断面。加载过程中，随着路堤填土的增加，格栅上、下表面土压力差值逐渐增大。路堤填筑完毕时，断面桩顶格栅下表面土压力最大，断面桩顶格栅上表面土压力最小，桩承式加筋路堤桩间土格栅上、下表面土压力随着路堤填土高度增加时，断面各测点土压力变化曲线图。桩承式加筋路堤是由桩体、土工格栅、砂石垫层和桩间土联合作用组成的一个路堤支承体系，是通过土拱效应和张拉膜效应共同作用的一种路堤型式。由于桩和桩间土之间存在刚度差异，在路堤荷载作用下，使得桩间土的沉降大于相邻的桩体沉降。该差异沉降导致桩间土上部土体与桩顶土体之间产生摩擦剪切作用，该摩阻力阻止桩间土上部土体的沉降，从而使桩间土上部的填土荷载传递到相邻的桩顶，减小桩间土荷载的这种现象称作土拱效应。而且桩土差异沉降引起格栅发生挠曲变形，土颗粒与格栅的界面产生摩擦阻力和咬合力，同时格栅内部产生张力，并有效地将桩间土上部的填土荷载转移到桩顶，减小地基的沉降和不均匀沉降，这种现象称作张拉膜效应。试验段土压力监测方案设计时，在桩顶和桩间土格栅上、下表面均埋设了土压力盒。格栅上表面土压力减去填土平均土压力为土拱效应对荷载转移的贡献，格栅下表面土压力减去格栅上表面土压力为张拉膜效应对荷载转移的贡献。经过数据处理，得到了土拱效应与格栅张拉膜效应所承担路堤填土土压力的发展规律。二是格栅变形分析。格栅位移计的测杆具有一定柔性且由蛇形管保护，可随格栅变形，应用时将其两端夹具沿测量方向紧固于格栅上，使传感器与格栅产生协同变形，适用于各种土工格栅的变形测量。分别埋设一只格栅位移计，监测路堤填筑过程中初始长度为20 cm 时格栅变形规律。路堤填筑初期，路堤中心轴处格栅变形量略大于路肩处，但两者相差不大。随着路堤填土的增加，路肩处格栅的变形增速明显要小于路堤中心轴处，但两者曲线变化规律相似。路堤填筑完毕后，路堤中心轴处格栅总变形量两处路堤填土垂直高度分别路堤中心轴处路堤填土高度是路肩处 ，但路堤填筑完毕后，格栅总变形量只是路肩处，格栅在路肩处发挥作用效率更高。三是路堤加筋试验分析。土工格栅加筋路堤处理桥头跳车的作用机理分为两个方面：①利用锚固加筋材料一端的张拉作用，在台背局部范围，阻止路堤填土沿台背深层方向的沉降；②由于土工格栅的作用，路堤填土受到约束，土体本身颗粒间以及土颗粒与土工格栅接触面间的摩擦咬合作用增强，土体中的部分应力得到扩散和转移，从而使土体的垂直应力和水平拉应力明显降低，土体剪应力明显提高，土体的承载能力和抗变形能力因此得到明显提高。随路堤填土增加时试验段路堤加筋部分格栅上、下表面各测点土压力变化且随着路堤填土的增加，格栅加筋减载作用越明显。随着距桥台距离的增大，格栅加筋减载作用逐渐减小，格栅上、下表面各测点土压力基本相等，随着距桥台距离的增大，格栅变形量逐渐减小，距桥台路堤填土对格栅的变形影响不大。分析原因，可能是因为路堤填土下方路基加固区外侧沉降大于路基加固区，使格栅产生向下的拉力，从而产生距桥台格栅下表面土压力和格栅变形反而增大的现象。
综合以上试验研究可以得出以下结论：路堤填筑完毕后，路堤中心轴处格栅变形量与路肩处相差不大，格栅在路肩处效率明显大于路堤中心轴处。路堤加筋技术在桥台附近格栅下表面土压力明显小于格栅上表明土压力，路堤加筋减载作用明显。随着距桥台距离的增加，减载作用逐渐减小。
参考文献
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[3]史佩栋.实用桩基工程手册. 北京:中国建筑工业出版社, 2017.
论文作者:王凯
论文发表刊物:《新材料·新装饰》2018年4月上
论文发表时间:2018/10/8
标签：路堤论文; 格栅论文; 压力论文; 心轴论文; 填土论文; 路肩论文; 表面论文; 《新材料·新装饰》2018年4月上论文;