三角形钢板桩对稳定路基作用技术研究

屠勍

【摘要】本文通过分析三角形稳定原理，充分利用钢材特性，提出三角形钢板桩的施工技术，提高高填方路基稳定性能，在工程实际中，从结构上研究，极大增强了高填方路基抵抗由于汽车荷载及自身巨大重力作用而发生变形的能力，对高填路基实际工程施工技术具有深远意义。

【关键字】三角形；结构；高填方路基；稳定性能

1引言

路基是指按照公路路线选线位置和一定技术要求修建的带状构造物，其作为路面结构的基层部位，路基是用土质材料或石料修筑而成的线性结构物，从材料上对路基分为三大类，即土路基、石路基以及土石混合路基。从路基的结构形式的不同，路基分为路堑、路基以及半挖半填路基。路面结构直接铺设在路基上，车辆荷载作用下，路面结构传递荷载至路基上，路基再将路面传递的荷载传递到土基上，因此，从荷载传递上可以看出，路基作为公路承载荷载的承重层，其变形程度以及抗变形能力，直接影响道路使用寿命。因高填方路基在车辆荷载以及自身巨大自重作用下，容易发生横向变形，边坡也会有一定的变形，本文从结构上研究，分析三角形稳定结构的原理，提出三角形钢板桩技术，对提高高填方路基变形抑制具有极大改善作用。

2三角形结构稳定性原理

2.1三角形稳定结构在高填方路堤中应用的提出

目前有的措施在一定程度上加固了路基，减少路基的破坏，但对于加强侧向约束力的措施比较不完善，本文是进一步提出增强高填方路基侧向约束力，三角形是一种稳定结构。利用三角形结构的稳定性，将这种三角形稳定结构应用在路基中靠近路基两侧，起到抵抗高填方路基土向两侧位移的作用。三角形本身就有稳定性，在受到外力时具有很强的保持稳定性的能力与很强的抵抗力。因此对减少高填方路基土侧向位移，保持路基土的稳定性具有很大的可行性。

2.2三角形结构稳定原理

2.2.1三角形稳定结构

无处不在的三角形结构。中国的传统房架， 大都含一个或几个三角形（图1）。某些电视塔和高压线的电塔，某些桥梁的桁架，工厂吊重物的行车的桁架， 也有三角形（图2）。空调“外机”的支撑架、有的晾衣架、某些挂物架，也做成三角形。自行车等物件，也含三角形。“球形建筑”， 实际是包含三角形的多面体（这些多面体的顶点内接与一个球面）———例如，美国著名建筑师富勒为1967年蒙特利尔世界博览会设计的美国展览馆（图3）。富勒在1948 年首创的这种建筑， 被称为“穹窿建筑”———60 多年来，全世界已有40 多万座穹窿建筑；建筑上的“拱形结构”，实际上是三角形结构的变形。

這些设施都要用到三角形结构是因为这与“三角形结构的稳定性”（简称“三角形的稳定性”）有关。

2.2.2三角形结构的稳定性原理

如图4 把3 根木条（或其他材料）摆成一个三角形ABC， 然后把3 个重叠处铆接（或捆扎）起来。此时，您会发现， 即使用较大的力试图改变这个“ 木条三角形” 的形状， 也不可能———除非力大到能破坏木条的程度。这就是三角形的稳定性。

但是， 当如图5 把4 根木条也“如法炮制”时，就会发现，用较小的力就能改变这个“木条四边形”的形状———例如变成图6 的形状。类似，其他数目的木条铆接成的多边形，形状也可被轻而易举地改变。研究表明，只有这种三角形结构的物体，才具有三角形的稳定性———其他任何多边形都不具有类似的稳定性。

三角形为什么具有稳定性。在图4 中，如果把任意方向的、不太大的力F1 加在某一根木条（例如AC）上，显然三角形是稳定的。这是因为F1 只能使AC 产生较小的形变而维持三角形ABC 的大体形状；只有很大的F1 才会使AC 断裂，但这不是我们研究的内容。这就是说，此时三角形是稳定的。

如果把不太大的力F2 加在三角形ABC 的任意一个顶点（例如A）上，F2 就会沿着木条AB 和AC，按平行四边形法则分解为F3 和F4， 分别沿AB 和AC 方向作用于AB 和AC。而我们知道，“立木承千斤”———AB 和AC 都不会“弯腰”而破坏三角形ABC 的大体形状。这也就是说，此时三角形也是稳定的。

当然， 如果把几个力同时加在三角形ABC 上， 它也会“岿然不动”。

但是， 如果把即使很小的两个力F5 和F6 加在图5 所示的四边形上， 就会立即出现前面所说的结果———变形为图6。这是由于F5 和F6 产生的力矩，使四边形的4 条边发生了以铆接点为轴的转动--而三角形则不会发生这种转动。当然，如果这个四边形只受一个力而整体没有相对于其他物体的运动， 不管作用在它的任何地方和方向， 通常情况也会如此。

由上可见， 三角形结构是稳定的。

3三角形稳定结构材料的确定

3.1三角形结构材料的要求

3.1.1强度、刚度性能

因为三角形结构应用在路基中两侧，受到路基土对它侧向应力的作用，因此该材料应该不易变形，应该具有足够的抵抗变形的能力，具有足够的强度和刚度。

3.1.2防水性能

高填方路基填方大，填筑高度比较高，有很多高填方路基处于排水不利路段以及降水量多的地段，因此设置三角形稳定结构时需要考虑排水这一对维持路基的稳定性很重要方面，减少雨水的深入，更大可能保持高填方路基的稳定性。

3.2三角形结构材料的确定

三角形结构选用钢板桩，钢板桩作为工程绿色环保材料，具有强度高、隔水性能好、施工方便、经济环保等优点。经常用于围堰和基坑支护结构中。近年来，钢板桩广泛应用于截水抗渗、基坑支护、桥梁围堰、污水建设、市政工程等项目中。

4结语

本文通过三角形稳定结构原理的介绍，采取了三角形稳定结构作为增强路基两侧的侧向力。通过对三角形结构的要求，决定三角形结构选用钢板桩。在实际中的应用要根据实际情况，选用不同的钢板桩组合达到最大效率，充分发挥钢板桩的优点，最大程度的利用，提高高填方路基的稳定性。

参考文献：

[1] 陈彬.基于有限元分析的钢板桩间锁口摩擦对其抗弯特性的影响研究[D].广州：华南理工大学，2012（4）.

[2] 陈仁政.正确认识三角形的稳定性[J].知识就是力量，2009（6）.

[3] 张自啟.浅谈公路路基沉陷问题及其对策[J].价值工程，2010（11）.