基于路基纵向裂缝的特点和处治难度,利用土工格栅和级配碎石各自的优良性能,提出了柔性枕梁处治技术。通过有限元分析,研究了不同荷载位置、裂缝宽度、路基侧向滑移和不均匀变形等4种情况下,处治路基结构的受力特点。
将土工格栅与碎石综合使用,形成整体,以发挥各自的优良性能,将此土工格栅内包碎石的组合体命名为柔性枕梁。这2种材料价格便宜、结构简单、施工方便 ,便于规模化应用。
1 荷载位置影响分析:
对 4种荷载位置分别进行有限元分析。主要原因是柔性枕梁的设置,使处治部分的结构强度与稳定性均优于正常的路面结构,使有可能再次产生裂缝的位置转移到柔性枕梁端部。
2 裂缝宽度影响分析:
实际路基纵向裂缝宽度大小变化不一。计算时裂缝宽度取为 2 cm、 5 cm、 10 cm 及 30 cm。
基层应力及面层最大弯沉均随裂缝宽度的增加而增大 ,但增加幅度较小 ,当裂缝宽度由 2 cm 增加到 30 cm 时,基层应力及路面最大弯沉的平均增长率均小于 8%。 这说明柔性枕梁对纵向裂缝的处治效果较好,在纵向裂缝宽度条件下,柔性枕梁能在很大程度上消除裂缝对路面结构的影响,不会导致路基纵向裂缝反射到路面结构。
3 土基侧向滑移变形影响分析:
假设无任何荷载作用时,在模型裂缝线左侧,柔性枕梁底面以下所有土基结点上施加方向向左的位移边界条件,模拟土基侧向滑移。
4 路基不均匀沉降变形影响分析:
假设无任何荷载作用时,在模型裂缝线左侧,柔性枕梁底面以下所有土基结点上施加向下的位移边界条件,模拟土基不均匀沉降。柔性枕梁内应力随土基不均匀沉降量的增加线性增大,而且增大数值较大。
1 柔性枕梁模量影响分析:
柔性枕梁的模量主要取决于土工格栅的强度、变形性能和级配碎石的强度 ,但并不是两者的简单叠加。在分析柔性枕梁的模量对结构应力及变形的影响时,将柔性枕梁的模量分别取为 35Q、 70Q、 1100和 1500MPa。
2 柔性枕梁宽度影响分析:
在分析柔性枕梁宽度对结构应力及变形的影响时,柔性枕梁宽度分别取 80cm、120cm、160cm 及200cm。
基层应力及面层最大弯沉随柔性枕梁宽度的增加而减小,但数值变化相对较小,当柔性枕梁宽度由 80cm 增加到 200cm 时,基层应力及面层最大弯沉的平均减小率均小于4%。
3 枕梁厚度影响分析:
分析柔性枕梁厚度对结构应力及变形的影响时,将柔性枕梁厚度分别取为10cm、20cm、 30cm及40cm。
柔性枕梁厚度的增加对基层受力及提高结构整体强度效果非常有限。出于经济性的考虑 ,柔性枕梁厚度不宜过大。在实际处治设计时,柔性枕梁厚度不应超过40cm, 一般取为30cm 左右。
4 柔性枕梁上调整层厚度影响分析:
柔性枕梁上调整层厚度分别取 0cm、5cm、10cm、15cm及20cm,以计算柔性枕梁上调整层厚度对路面结构的影响。
单从荷载作用的角度,柔性枕梁直接铺设在基层底部时对受力及提高结构整体强度有利。但是从另外一个角度考虑,当路基存在不均匀沉降变形时,柔性枕梁上调整层厚度对基层应力有一定影响。