余巍伟，等：土工格栅在拓宽路堤中的效果监测与分析 －４９・ 土工格栅在拓宽路堤中的效果监测与分析 余巍伟 ，刘优平 （１．南昌大学科学技术学院，南昌３３００２９；２．南昌工程学院，南昌３３００９９） 摘要：结合工程实例，通过对土工格栅在拓宽路堤中仪器的监测结果，测定了土工格栅应变与 路基沉降差的正比增长关系，表明了格栅在路基垂直向位移过程中承受了剪拉力，可以增加新旧路堤 的稳定性和整体性，更好地减少拓宽路堤的不均匀沉降。 关键词：土工格栅；拓宽路堤：效果监测 中图分类号：Ｕ４１６ ０引言 文献标志码：Ａ 文章编号：１００３—８８２５（２０１０）０１—００４９—０３ 的埋设，可增加新旧路堤的稳定性和整体性，更好地 减少拓宽路堤的不均匀沉降。 １工程概况 近些年来，土工合成材料在公路工程及其改造中 的应用越来越广泛。土工格栅用在旧路拓宽工程当 中，主要利用土工格栅的高强度、韧性等力学特点完 善路基的加筋功能，可分散荷载，增大土体的刚度模 量…。本文通过现场监测表明，改善土体或土工格栅 收稿日期：２００８—１０—２２ 经武冈至城步公路是湖南省邵阳市西南公路网的 主干道，被列为湖南省“十五”期间公路建设重点 工程，全长１００．５５７ ｋｍ，旧路改造路段有４ｌ处，改 造总长５２．３ ｋｍ，占全长的５２．ｏ６％；其中旧路改造 路段软基处理线路长４ ８４７．５ ｉｎ，占全线总长的 ４．８％，占改造线路总长的９．２６％。Ｋ８＋１６０～ 基金项目：高等学校教学改革研究省级课题（ＪＸＪＧ０７７８５），江西 省教育厅科学技术研究项目（ＧＪＪ０８４５９） 作者简介：余巍伟（１９８１一），男，湖南常德人。讲师，硕士，主 要从事道路技术教学与科研工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ａｉｗａｄｅ ＠１２６．ｃｏｒｎ ＋５６０为旧路拓宽路堤，是铺设土工格栅防止沉降裂 缝的重点试验路段。 ’¨¨ｒｆ。 Ｊ “ ｌ－。。‘Ｓｈｌ－ … ｔ，。 Ｉ＿ 。０Ｉ¨ｈ…ｔｈ＿・ ４结论 参考文献： ［１］关宝树．隧道工程设计要点集［Ｍ］．北京：人民交通出版桂，２００３． ［２］魏朗，余强．现代最优化设计与规划方法［Ｍ］．北京：人鼠交通出版 社．２００５． 采用ＭＡＴＬＡＢ优化工具箱中内嵌的ｆｍｉｎｃｏｎ函 数，高效地解决了扒挪块车站四线隧道断面优化设计 问题，其最优解为：当Ｒ，：ｌ１ １６０ Ｉｌｌｌｉｌ，Ｒ，＝ｌ０ ２５２ ｉｎｍ， Ｉ＝５６．７。， ２＝３９．５。，Ⅱ＝６ｌ９ ｍｉｌｌ，ｂ＝ｌ ｌｌ６ ［３］于海龙．四车道公路隧道断面形状和施］：方法研究［Ｄ］．西南交通大 学硕士学位论文，２００６． ［４］苏金明，张莲花，刘波．ＭＡＴＬＡＢ工具箱应用［Ｍ］．北京：电子工业 出版社，２００４． ｜ｎｌｎ，ｃ＝７５８ ｍｍ时，轨面以上隧道净空面积有最小 值Ｓ…＝２０８．５１ ｍ 。 ［５］皇民，等．基于ＭＡＴＩＡＢ的ＢＰ神经网络在隧道中的应用［Ｊ］．路基工 程，２００８（１）． Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｒｏｓｓ－－Ｓｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｆｏｕｒ—・Ｔｒａｃｋ Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ、 ｔｈ ＭＡＴＬＡＢ Ｔｏｏｌｂｏｘ ＺＨＡＮＧ Ｈｕｉ－ｊｉａｎ ，ＱＩＵ Ｗｅｎ—ｇｅ ，ＧＡＯ Ｙａｎｇ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｉｌｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｒｙｕａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ Ｍａｔｌａｂ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｔｏｏｌｂｏｘ，ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｏｕｒ—ｔｒａｃｋ ｒａｉｌｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ ｔｈａｔ ｈａｓ ｎｏ ｓｔａｎｄａｒｄ ｄｒａｗｉｎｇ ｙｅｔ．Ｃｒｏｓｓ—ｓｅｃｔｉｏｎｓ ａｂｏｖｅ ｒａｉｌ ｓｕｒｆａｃｅ ａｄｏｐｔ ｔｈｒｅｅ—ｃｅｎｔｅｒｅｄ ｃｉｒｃｌｅ；ｔａｋｉｎｇ ｃｌｅａｒ— ａｎｃｅ ａｒｅａ Ｓ ａｓ ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ＲＩ，Ｒ２， １， ２，ａ，ｂ，ｃ ｔｈａｔ ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎｓ ａｓ ｄｅｓｉｇｎ ｖａｒｉａｂｌｅｓ，ｓｅｅｋ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｆｍｉｎｃｏｎ ｉｎ Ｍａｔｌａｂ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｔｏｏｌｂｏｘ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｏｕｒ—ｔｒａｃｋ ｔｕｎｎｅｌ；ｃｌｅａｒａｎｃｅ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｔｏｏｌｂｏｘ；ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ・５０・ 路基工程 Ｓｕｂｇｒａｄｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２０１０年第１期（总第１４８期） ２观测方案与仪器埋设 Ｋ８＋３７０左、＋４４５右和＋４８０左三个断面为观 测断面，在加筋路堤的土工格栅上埋设柔性位移传感 器，测定土工格栅的变形；在土工格栅下埋设土压力 盒，以确定土工格栅的受力状况。Ｋ８＋３７０、＋４８０ 两个断面测定的是普通土工格栅的变形，Ｋ８＋４５５断 面测定的是钢塑土工格栅的变形。在Ｋ８＋３７０左、 ＋４５５右和＋４８０左的新旧路堤结合面埋设水平土应 变计，测定不同格栅对土的加固效果。 为了研究土工格栅在路堤填料中的力学性能，埋 设了数值智能型土压力盒、水平土应变计、格栅柔性 位移计，以检测不同深度的格栅应力应变关系和新旧 路基结合部位的横向位移。采用的仪器及规格见 表１。 表１ 土工格栅应力应变观测仪器表 在土工格栅下的砂砾碎石层中埋设土压力盒，验 证格栅实际承受的土压力。压力盒要求水平放置，上 下均填筑细砂或小碎石，避免应力集中；特别注意缆 线接头安全和防潮。缆线在砂砾层中横向铺设至路堤 边坡后固定在边沟侧的保护盒内，用混凝土固定铁 盒，铁锁锁定接口。 在土工格栅层面上布设柔性位移计，检测新旧路 堤结合部位土工格栅的横向应变。在新路基宽的中部 埋设观测总沉降的位移传感器附近，埋设土工格栅柔 性位移计。位移计与格栅的连接用５号铁丝缠绑固 定。注意保护缆线接头和防潮。缆线从格栅下部砂砾 石垫层的沟槽中铺设至边坡下方边沟的保护盒内，见 图１。 ’图１安装格栅柔性位移计图 为防汽车碾压破坏观测仪器，当土工格栅上层填 土约２０ ｃｍ厚时，在新旧路堤结合处开挖沟槽、埋设 水平土应变计，缆线从水平土应变计旁的沟槽铺设至 边坡下方边沟的保护盒内，这可长时间监测路堤结合 界面的横向位移及土体的变形。水平土应变计安装见 图２，现场数据监测见图３。 图２安装水平土应变计图 ２ Ｏ ６ ２ ８ ４ Ｏ ４ ８图３现场数据观测图 ３监测结果分析 Ｋ８＋３７０、＋４５５和＋４８０普通土工格栅和钢塑土 工格栅应变值与不同类型填土沉降量关系见图４、图 ５和图６；普通土工格栅和钢塑土工格栅应变与不同 类型填土应变关系见图７、图８和图９。 十 ＋． ＋．． 一．．＋． 。十’ ＋ ． ． ． ． ． 衄１ 舶岳ｌ４８＿２８ １９－－２５１０．－９１０－２３１１＿６Ｉ１－２０１２．４１２－１８一 逝 蜉 ； ・ 测定时间 ，・一。 ： ’● ．・ －一。，、ｔ ’ － 。 ．十．．格栅应变量 一 一 耋 沉降量 图４普通土工格栅应变与碎石土沉降差异图 由图４、图５、图６比较可以看出：随着差异沉 降量增大土工格栅应变随之增大，沉降量反弹时格栅 应变值减小，说明格栅在土中产生摩擦加固的作用， 加强了新老路堤的结合，减少了不均匀沉降，从而使 路面产生张性裂缝的可能性减小。 比较图７、图８和图９的格栅与填土作用的力学 性质可知：格栅与粘土作用下产生的土应变值最大， 与碎石土作用下的土应变值次之，与改良土作用产生 的土应变最小。这是因为粘土与格栅的摩擦加固作用 要小于碎石土和改良土与格栅的作用，同时改良土还 具有一定的板结作用；就格栅自身分析，普通格栅由 一 斟 ｇ山，卿逝 余巍伟，等：土工格栅在拓宽路堤中的效果监测与分析 加 翻 Ｏ ９ ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ ｌ Ｏ ・５１・ 撕 ４ Ｏ ０≈坨 于在提供足够强度的抗拉拔力所产生延伸率较大，从 而导致上层土应变增大，钢塑格栅能在延伸率小的情 和图８看出，土应变值小于格栅应变值，说明格栅受 拍 加堪 Ｈ他ｍ ６４ Ｏ 拉后减轻了路堤上部土层的拉应变，提供了抗拉拔 况下提供高强度拉拔力，效果优于普通格栅。从图７ 力，起到了防止路面产生裂缝的作用。 ’ ＋ 十十。十十。十 ’十＋・－卜＋＋‘叶’ 十 ＋．．＋ ．＋．．ｒ＋．． ｊ 一 ｒ ＋ ． ．， 。 。 ｇ 暑 测定时间・，．一｜ ．＿Ｈ 翻 鞋 避 ：／三 一 一 阳 量 一 一 一・ 一 新老路差异沉降量＼， 如ｍ ０ ｍ加∞∞如∞ 测定时间 图５钢塑土工格栅应变与改良土 图６普通土工格栅应变与粘土 图７普通土工格栅应变与碎石土 沉降差异图 沉降差异图 应变复合曲线图 土工格栅应变与路基沉降差呈正比增长关系，格栅在 路基垂直向位移过程中承受剪拉力，增强了新旧路基 之间的抗拉强度，减小了侧向位移，减少了拓宽路堤 的不均匀沉降。 （２）格栅与粘土作用下产生土的变形量最大， 与碎石土作用下土的变形量次之，与改良土作用下的 变形量最小。 ６ ４ ２ Ｏ ８ ６ ４ ２ ０ （３）对加筋路堤监测表明，钢塑格栅与改良土 测定时间 的加固防裂效果最好，普通格栅与碎石土次之，最差 图８钢塑±工格栅应变与改良土应变复合曲线图 的为普通格栅与粘土。改良土的板结作用和碎石土的 摩擦嵌锁作用增加了材料界面的抗拔力。在综合考虑 经济成本的情况下，普通格栅与碎石土的加固方案值 得推荐采用。 参考文献： ［１］壬钊．国外土工合成材料研究［Ｍ］．香港：现代知识出版社，２００２． ［２］何昌轩，陆阳，黄晚清高速公路路基沉降分析及控制措施探讨［Ｊ］． 路基工程，２００８（１）：１０３—１０４ ［３］陈国荣，姜弘道，高谦，等．高速公路路基性态反分析及沉降预报 ［Ｊ］．工程地质学报，１９９８，６（４）：３４０—３４３． 图９普通土工格栅应变与粘土应变复合曲线图 ［４］胡幼常土工格栅加固道路软基的试验研究［Ｊ］ 岩土力学，１９９６ （２）：７８—８Ｏ． ４结语 ［５］Ｂａｋｅｅｒ Ｍ，Ｓａｙｅｄ ｓａｙｅｄ Ｍ．Ｃａｔｅｒ Ｐｅｔｅｒ，Ｓｕｂｒａｍａｎｉａｎ Ｒａｊｅｓｈ Ｐｕｌｌｏｕｔ ａｎｄ ｓｈｅａｒ ｔｅｓｔ Ｏ１＂ｔ ｇｅｏｇｒｉｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｔｉｇｈｌ￣ｔｗｅｉｇｈｔ ａｇｇｒｅｇａｔｅ Ｇｅｏｔｅｘｔｉｌｅ ａｎｄ Ｇｅｏｍｅｍ— （１）两年实测数据表明路基沉降已趋于稳定。 ｂｒａｎｃｅ，１９９８ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｇｅｏｇｒｉｄｓ ｉｎ Ｗｉｄｅｎｉｎｇ Ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ＹＵ Ｗｅｉ—ｗｅｉ ，ＬＩＵ Ｙｏｕ．ｐｉｎｇ （１．Ｃｏｉｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００２９，Ｃｈｉｎａ；２．Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００９９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｅｘａｍｐｌｅｓ ｏｆ ｗｉｄｅｎｉｎｇ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ，ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ Ｇｅｏｇｒｉｄｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｇｅｏｇｒｉｄｓ ｓｔｒａｉｎ ａｎｄ ｄｉｆ－ ｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｇｒｉｌｌｅｓ ｈｏｌｄ ｓｈｅａｒｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｄｕｒｉｎｇ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅ ｓｔａｂｉｈｔｙ ａｎｄ ｉｔｎｅｇｒｉｔｙ ｏｆ ｎｅｗ ａｎｄ ｏｌｄ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｂｅｔｔｅｒ ｒｅｄｕｃｅ ｕｎｅｖｅｎ ｓｅｔｔｌｅ— ｍｅｎｔ ｉｎ ｗｉｄｅｎｉｎｇ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｇｅｏｇｒｉｄｓ；ｗｉｄｅｎｉｎｇ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ；ｅｆｆｅｃｔ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ