软土路基处理中的加筋土技术改进方法探讨

□文/史洪江 张 淼

软土路基处理中的加筋土技术改进方法探讨

□文/史洪江 张 淼

在对国内外公路软土地基处理中所涉及的加筋土技术相关资料调查和收集基础上，结合相关研究，对软土路基的特性及软土路基的病害进行了分析。介绍了加筋土技术的基本原理，分析了其在工程实际应用中的优缺之处并重点针对加筋材料难防腐及其不能充分发挥性能两个缺点，探讨了当下两项较为热门的预应力加筋和加筋环技术改进方法。

软土；路基；加筋技术

对公路路基的有效处理成为了影响工程质量，保证公路正常运营的关键因素。而软土路基是我国公路路基中的常见形态，对其进行科学的处理，能有效控制公路沉降，延长公路使用寿命。

1 软土路基及其常见病害

1.1 软土的特性

软土是指天然含水量大于液限，天然孔隙比≥1.0，具有灵敏结构性的细粒土。天然状态下的软土孔隙比大、含水量高、密度低、透水性差、抗剪强度低、压缩性高、固结慢、具有触变性、流变性显著。所以只有对其进行科学处理，才能实现在较短的工期内完成路基填土和路面的施工且保证工程质量。这就要对软土路基的状态进行详细的分析和正确判断，找准常见病害的成因。下面从路基土应力-应变关系的角度分析土的状态。

土体应力-应变呈非线性的关系。将土中某点处的竖直应力以σ1表示、水平应力以σ3表示，可以反应土的变形和卸载后的残积变形。当土中某点的水平应力σ3为定值时，该点的竖直应力σ1的值越大，σ1-σ3的值越大，进而反应出土的变形和卸载后残积变形也就越大，路面承受重载时即为此种情况，此时路基中的残积变形要比普通荷载下大很多。此外，路基在车辆荷载反复作用下，路基变形会趋于增大，其同样与偏应力σ1-σ3值的大小相关。路基土的应力-应变关系不但与土的应力状态有关，还取决于路基土的含水量及压实度。路基土的压实度低，路基土在自重和干湿作用下产生自然沉降，之后车辆行驶会引起压密变形。

1.2 软土地基的主要病害

软土地基的病害主要表现在沉降较大、导致路面塌陷等情况，严重影响行车安全和公路使用寿命。一般认为软弱地基在外力作用下会经历3个阶段沉降：瞬时沉降、主固结沉降和次固结沉降。在一定的时限内，施加一定的荷载情况下，总的沉降值为3部分之和。次固结沉降在总沉降中的比例较小，故可以忽略不计，而在进行设计时对瞬时沉降和主固结沉降的准确计算是十分必要的，目前一般采用有限层析法计算固结沉降。瞬时沉降的计算是在固结沉降的基础上，用经验系数进行修正得到结果。而对软弱地基、加筋土体会产生较大变形的情况，基于小变形理论的有限元分析方法不一定能准确反映实际受力变形情况，应采用基于大变形理论的有限元分析方法。

2 加筋土技术原理

加筋技术是一种在土中加入加筋材料，利用加入土体中的加筋材料与土体之间的相互作用，来改善土体的强度和变形特性，提高土体抗拉性能，广泛应用于公路基础工程设计领域，特别是对软土地基的处理用于提高路基的稳定性以及路基的防护和绿化等方面。其优点是使施工变得简便、施工速度快、占地少、造价低。但原始加筋技术在实际应用中也还存在一些缺点，比如，加筋材料在填土开始时不变形受力，在土体变形达到一定程度后，加筋材料才开始变形受力发挥作用，这就会降低了加筋材料的作用，加筋材料表面易腐蚀，加筋材料对某些土体的适应性差等问题。

3 加筋技术的改进方法探讨

3.1 预应力加筋技术

预应力加筋土技术是在开始填土时可能土体发生变形而筋条不变形受力的情况下，让筋材充分发挥作用。其理论依据是，根据理想筋材的受力机制，如果在铺设加筋材料时利用拉伸设备预先张拉，使筋材达到一个初始应变值，则填土开始时，筋材已有一定的变形可以承受相应的拉力。很多成熟的试验表明，加筋材料的预应变值越大，其在填土初期的材料性能发挥的越充分。但这个值也并不是越大越好，根据徐少曼先生的研究，此预应变值ε0有上限，其值的确定需要筋材的容许应变εc和筋材的容许相容应变εa两个相关参数。公式为：

目前还没有十分成熟的方法确定此公式中两参数，但根据徐少曼的研究，εc可以取筋材极限应变值的一半且不超出10%～15%这个范围，εa值的取得目前尚采取经验数据的方法。根据现场施工的实际情况，对于不同路段的路基土质，考虑所选择的加筋材料材质发生变化等各种因素的影响，填土前筋材的张拉使之产生的预应变ε0值也应进行相应的调整。所以，仅凭借经验公式难以满足各种实际工程中设计施工的要求，对于一些较大的工程，为使筋材达到更好预应力效果，可先修筑一段试验路段，通过现场实验和观测结合数学模型分析以取得较为准确的数据，在结合传统的计算分析方法，选择较为合适的预应变值。

3.2 加筋环技术

每个加筋环由3个钢筋环和若干个与之垂直相交的立筋绑扎而成，内侧附着土工格栅作内垫。这种技术充分利用了钢筋抗拉强度高的优点，使环内填料所要承受的侧向拉力转为由加筋环承担。加筋环内的填土在垂直荷载的作用下发生侧向膨胀，而加筋环则限制了环内土体的膨胀，约束了其侧向变形，使得侧向压力转为由加筋环来承担，有效的阻断了环内侧压力向环外传递。单个加筋环及环内土体形成“饼”状物，许多层“土饼”交错叠加后就形成了加筋土实体。相比较原始的使用加筋带的加筋技术，加筋环技术还有以下几点优势。

1）加筋土体的受力明确，对其进行受力分析的方法较为直观。在实际操作中，可对“土饼”加筋体作详细的观察，在加筋环上粘贴电阻应变片，便可知在垂直荷载作用下，环内土体产生的侧向压力。

2）加筋材料对土体的适应性好。加筋带法的作用力主要来自加筋材料与土体之间的摩擦，这就要求填料土的物理性质比较好，如粘性土具有蠕变的性质，就不是理想的填料。而加筋环技术突破了这种局限，使可以应用加筋技术的土体更加广泛。

3）加筋材料防腐更易。由于加筋带法的作用机理是筋材与填料土体之间良好的相互摩阻作用，如果防腐材料选择不合适，必然影响筋材与填料土体之间的相互作用，进而影响到加筋土实体的整体性能。而加筋环技术与加筋带技术的作用机理不同，可以忽略与土体间的摩阻作用，因此，选择任何的防腐材料对加筋土体的性能都没有影响。

加筋环的构造简单，施工方便。现有的加筋技术材料多为条形筋带，铺设时筋带之间距离小且筋带铺设的工艺要求较高，稍有失误即造成筋带的受损和变形。加筋环技术的施工与之有很大不同，先对路基碾压平整后进行冲切环沟，再置入加筋环，这就不会发生筋材受损及变形。

4 结语

为保证公路有良好的使用效果，应对路基的沉降严格控制，过大的路基沉降会使路面也产生沉降，是导致公路破坏的主要原因之一，缩短公路的使用寿命。本文介绍了软土地基处理的一个领域，即加筋土技术并简要探讨了这一领域内当下比较热门的改进技术。目前，这些技术还没有完全的成熟，还需改进和完善。

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□张 淼/河北工业大学。

U414

C

1008-3197（2012）06-41-02

2012-07-31

史洪江/男，1976年出生，高级工程师，学士，天津交通职业学院，研究方向为路桥施工与公路监理。