论复合加筋排水新材料加固路基变形与稳定

论复合加筋排水新材料加固路基变形与稳定
摘要：目前，我国复合加筋排水新材料中，最突出的一种便是排水褥垫的利用，它是沿海大部分缺砂地区普遍使用的一项新兴材料。

本文针对复合加筋排水褥垫展开一番讨论，从复合加筋排水褥垫技术的概述出发，继而对加筋效果的影响因素、加固路基后路堤的稳定性与经济性等展开了分析。

关键词：复合加筋排水褥垫路基沉降侧向位移
复合加筋排水褥垫是一项在排水固结法加固路基的工程中代替水平排水砂垫层，同时具备加筋作用与水平排水的新技术。

该技术同传统排水技术相比，具有空隙率大利于排水、高柔性且抗拉性极强、重量轻、施工方便等优点。

从目前来看，路基的变形是一个非常棘手的问题，主要表现在了路基的沉降以及水平侧向位移等方面。

本文先介绍了负荷加筋排水褥垫技术的原理，其次分析了复合加筋排水褥垫加固路基的机理与影响因素，最后提出了负荷加筋排水褥垫加固路基的排水设计方法。

一、复合加筋排水褥垫技术概述
复合加筋排水褥垫在加固路基中的运用，在一定程度上替代了以往的水平排水砂料垫层，它对于路堤有着加筋的作用，它主要包括了条状塑料褥垫、连接槽、扒钉以及针刺无纺布。

这种复合加筋排水褥垫的特征是：选用聚丙烯作为原料，在一定强度的高温下热溶，然后通过模具挤出塑料细丝（直径为1mm），将塑料细丝进行有序的缠绕（犹如方便面状），从而形成截面为矩形的条状排水褥垫；在排水褥垫之外用针刺无纺土工布包裹，并在其上打孔形成相应的连接槽，便于塑料排水板顺利插入地基中；通过扒钉将条状的塑料褥垫串接成“井”字形状的复合加筋排水褥垫。

负荷加筋排水褥垫的具体施工工序如下：1）平整路基及周边的场地，清除一切杂物，并且保证相关施工器械要及时到位；2）塑料排水板的施工；3）沿着路堤的横纵向分别铺设条状的塑料褥垫，便于排水板插入连接槽之中；4）在塑料褥垫的相互交接处，安装扒钉促使塑料褥垫连接成“井”字形状的复合加筋排水褥垫；5）进行路基的相关填筑工作。

二、影响加固效果的因素分析
（一）计算条件
一般情况下，为了便于计算，在加固模拟试验中，都会对地基的条件做一些相应的简化。

通过一系列的设置以及试验，取得了相关的数据，根据这些数据便能很好的分析实际操作中的加固效果。

在相关的计算中，为了简化计算流程，会将排水板的密度、模型的参数都设置与同层土的相应参数保持一致。

换句话说，没有考虑塑料排水板在打设过程中引起的地基刚度变化，而只是纯粹考虑了塑料板本身的排水作用。

但在实际的操作过程中，往往与这种“试验”相去甚远，计算条件是否合理科学有效，在很大程度上影响着施工的加固效果。

（二）地基强度
在有关路基工程中使用了复合加筋排水褥垫层，这在一定程度上会改变地基的位移场与应力场，而地基的模量大小也会对复合加筋排水褥垫层的加筋效果产生巨大的影响。

地基模量的变化值主要有0.5MPa、1MPa及1.5MPa三种，而复合加筋排水褥垫层对于路堤的影响与砂垫层对路堤的影响之间有着莫大的差异。

一般而言，地基模量对于路堤底部的竖向位移与堤趾的垂线下地基位移水平的深度有着巨大的影响，比如说施工结束时，模具分别为0.5MPa、1MPa与1.5MPa 的情况下，复合加筋排水褥垫层与砂垫层相比而言，路堤的底部中心沉降百分点，前者分别低了大约10.8％、7.2％和5.6％；而在堤趾垂线下的最大侧移方面前者则分别低了大约40.2％、4.8％和4.8％。

由此表明，复合加筋排水褥垫层对于路基有着较强的适应能力，尤其对于软路基而言，若地基越软，则更适合于复合加筋排水褥垫层的有效发挥。

（三）填土的高度
分别取路堤的填土高度为3m、5m、7m进行比较，一般而言，路堤的底部沉降以及堤趾垂线下侧移会随着填土高度的增加而变大。

当路堤的堆载结束之后，分别在前述三种填土高度下对两种方式下效果进行比较，大约可以得到以下的数据：复合加筋排水褥垫层路堤与砂垫层路堤相比，前者在沉降方面减少了大约24.2％、14.6％和6.9％；在堤趾垂线下最大侧移方面，前者比后者减少了大约5.5％、2.9％和0.3％。

从这里也可以看出，复合加筋排水褥垫层的加筋效果明显优于砂垫层加筋效果，并且随着路堤的高度越来越小，复合加筋排水褥垫层的加筋效果就更好更明显。

（四）土层的厚度
在不同厚度的土层中，复合加筋排水褥垫层路堤相较于砂垫层路堤而言，其底部的沉降和堤趾垂线下侧移均有着一定的减小。

同理，我们把土层厚度分别取为5m、10m、20m进行分析与探讨。

当路堤堆载结束之后，把两种类型的结果加以比较，前者在沉降方面低了大约0.2％、14.6％和4.9％，而在堤趾垂线下最大侧移方面，前者低了大约3.O％、2.9％和2.1％。

从这组对比数据分析得知，当在中等土层中时，采用复合加筋排水褥垫层能够有效限制地基的沉降，并且在
改善侧向位移方面也有一定的成效。

三、复合加筋排水褥垫技术的稳定性与经济性分析
为了进一步分析复合加筋排水褥垫层对于路堤及其边坡的稳定性影响，我们可以利用强度折减弹塑性有限元计算方法分析复合加筋排水褥垫路堤及其边坡，然后通过一些科学计算方法将结果计算出来之后，与砂垫层路堤工程进行对比。

比如在一个案例中，土体选用的模型是Mohr—Coulomb，然后计算相关的参数。

在具体的计算过程中，可以设定三维计算模型的厚度方向取为 1.5m，并且对土体以八结点四面体单元的形式进行剖分。

通过分析与计算，在同等条件下，复合加筋排水褥垫层加固路堤及其边坡的安全系数要高于砂垫层加固的路堤及其边坡。

可见，复合加筋排水褥垫技术有着非常明显的优势，加筋效果非常好。

对于复合加筋排水褥垫技术的稳定性而言，它对于路基及其边坡的影响非常重要，这不仅关系到了路基的沉降变化以及水平侧向位移，更关系到了工程的质量与安全，更进一步来讲，它关系着人类的生存与发展。

复合加筋排水褥垫技术同砂垫层的经济性对比分析来看，复合加筋排水褥垫技术的经济性确实要高很多。

比如说上海的北环高速公路在路基的处理上便采用了堆载预压加固方式，在水平的排水垫层上方案一：采用的是铺垫50cm砂垫层；方案二：采用复合加筋排水褥垫层，并且在褥垫层中间还铺素填土，而且塑料排水板之间的距离为1.5m，用正方形来布置。

根据当地的造价来计算，可以看出，方案一花费的单价大约为60元/m2；而方案二中，利用复合加筋排水褥垫设置的话，通过详细的计算，这种方案花费的单价大约为34.33元/m2。

从这里不难看出，采用方案二更加划算。

四、结语
综上所述，在路基的变形处理上，我们可以采用复合加筋排水新材料，也就是排水褥垫层的使用。

复合加筋排水褥垫层具有适应能力强，并且路基越软其效果越佳；路堤的高度相对较低时，利用复合加筋排水褥垫层的加筋效果更明显；复合加筋排水褥垫层对中等和深厚的路基有着更明显的加筋效果等优势。

此外，与传统的砂垫层路堤相比，复合加筋排水褥垫路堤边坡稳定性提高，并且复合加筋排水褥垫可节省造价，减少工程开支，从而最大化地实现工程利益。

参考文献：
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注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。