張冰冰，劉 杰，阿肯江·托呼提，王 斌，艾鈺皓

(1.新疆交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 新疆 烏魯木齊 830006；2.新疆大學(xué) 建筑工程學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830047；3.長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064)

0 引言

沙漠地區(qū)自采筑路材料較為匱乏，運(yùn)輸成本較高，并且風(fēng)積沙顆粒細(xì)小、穩(wěn)定性差，建設(shè)難度大[1]。土工格室對(duì)風(fēng)積沙具有良好加固的效果，可有效提高路基穩(wěn)定性，減小不均勻沉降，可為沙漠修建公路提供一條新路徑。與以往路基結(jié)構(gòu)不同，土工格室加固風(fēng)積沙可以達(dá)到級(jí)配礫石填料強(qiáng)度性能的同時(shí)，還可以避免礫石填料高額的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸成本，降低工程造價(jià)，是一種非常有前途的路基結(jié)構(gòu)形式。目前，已有學(xué)者對(duì)以土工格室-填料復(fù)合結(jié)構(gòu)在交通荷載下的性能進(jìn)行了探討[2-4]。王炳龍等[5]通過鐵道軌下不同格室高、焊距及埋置深度條件下，動(dòng)應(yīng)力衰減布均規(guī)律進(jìn)行了研究，表明換填厚度的大小與整治方法密切相關(guān)。高昂等[6-7]通過模型試驗(yàn)探究了土工格室加筋路堤在循環(huán)荷載及靜載作用下的加筋特性，發(fā)現(xiàn)加筋增加了土體的整體性和剛度，減小了路堤的沉降量，能夠顯著提高路基極限承載力。Dash等[8]通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)土工格室可以顯著改善荷載界面的摩擦特性，從而有效地抑制荷載的側(cè)向擴(kuò)散，提高了路基的承載力及穩(wěn)定性。Leshchinsky等[9]進(jìn)行了一系列不同層數(shù)土工格室加固路堤模型的模型試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)土工格室能夠很好地約束軟弱土層，對(duì)于不良結(jié)構(gòu)土層路基處理是一種顯著的解決方案。Indraratna等[10]采用模型試驗(yàn)對(duì)循環(huán)動(dòng)荷載作用下土工格室—土復(fù)合體的動(dòng)彈性模量衰減規(guī)律進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)了土工格室加速了動(dòng)彈性模量的衰減，對(duì)降低填土層厚度有著很好的效果。楊郴等[11]通過比較模型試驗(yàn)和計(jì)算模擬在豎向動(dòng)應(yīng)力和動(dòng)位移沿深度方向的衰變規(guī)律，提出了基于豎向路基動(dòng)應(yīng)力分布規(guī)律確定路基工作區(qū)域深度的方法。但是，目前針對(duì)交通荷載下土工格室加固風(fēng)積沙路基的研究較少，因此，研究土工格室加固風(fēng)積沙路基的動(dòng)力性能具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。

S21線阿勒泰-烏魯木齊高速公路全長(zhǎng)均為新建高速公路，起點(diǎn)位于福海縣南的黃花溝，至終點(diǎn)烏魯木齊市，路線總長(zhǎng)229.19 km，其中穿越荒漠及古爾班通古特沙漠路段長(zhǎng)達(dá)150.09 km。古爾班通古特沙漠是中國的第二大沙漠，有著面積最大的固定、半固定沙漠，以古爾班通古特沙漠腹地的土工格室加固風(fēng)積沙路基試驗(yàn)段(K233+600～K233+750)作為研究對(duì)象，分別改變測(cè)試車重和速度2個(gè)變量，對(duì)不同路基深度下交通荷載作用下的動(dòng)應(yīng)力衰減規(guī)律進(jìn)行分析，得出了土工格室加固風(fēng)積沙路基等代工作區(qū)域厚度的計(jì)算方法，并采用路基工作區(qū)域厚度驗(yàn)算本試驗(yàn)段的容許承載力。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 風(fēng)積沙

試驗(yàn)段路基填料采用的是新疆古爾班通古特沙漠風(fēng)積沙及級(jí)配礫石。通過篩分比試驗(yàn)測(cè)定，沙粒粒徑主要集中在0.074～1.180 mm，級(jí)配礫石粒徑主要集中在0.096～16.30 mm。顆粒級(jí)配曲線及物理性質(zhì)指標(biāo)如圖1和表1所示。

圖1 路基填料的顆粒級(jí)配曲線

表1 路基填料的物理性質(zhì)指標(biāo)

1.1.2 土工格室

試驗(yàn)路采用的高強(qiáng)土工格室型號(hào)為TG-400-150，高度150 mm，網(wǎng)格尺寸400 mm×400 mm，性能指標(biāo)如表2所示。土工格室條帶厚度為0.57 mm的聚丙烯樹脂(PP)材質(zhì)，插焊節(jié)點(diǎn)用U型鋼釘插接編織而成，U型釘直徑≥2.5 mm，具體力學(xué)指標(biāo)詳見表2。

表2 土工格室性能指標(biāo)

1.2 傳感器布置

土工格室對(duì)路基的加固效果主要看車輛通過時(shí)，均化動(dòng)應(yīng)力峰值、減小動(dòng)應(yīng)力沿深度的傳遞、降低路床下部承受的動(dòng)應(yīng)力水平。為了探究路基下動(dòng)應(yīng)力的大小分布及衰減規(guī)律，試驗(yàn)選取應(yīng)變式動(dòng)土壓力盒(型號(hào)：JMYJ-1410)來監(jiān)測(cè)路基層中的動(dòng)應(yīng)力值，如圖2所示。將動(dòng)土壓力盒預(yù)埋進(jìn)路基指定位置中，先用跳夯將其周圍壓實(shí)，再使用壓路機(jī)將試驗(yàn)壓實(shí)，保證壓實(shí)度達(dá)到98% 以上，待路基封頂層填筑完畢后，以不同測(cè)試車速、測(cè)試車重通過時(shí)，利用16通道動(dòng)態(tài)采集模塊(型號(hào)：JMDY-1016)測(cè)出動(dòng)應(yīng)變值，通過動(dòng)土壓力盒電阻標(biāo)定系數(shù)將動(dòng)應(yīng)變值轉(zhuǎn)換為動(dòng)應(yīng)力值，如圖3所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)傳感器埋設(shè)

圖3 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集

試驗(yàn)段橫斷面動(dòng)土壓力盒主要布置在右側(cè)車道的車輪下及車道中心位置處，用于監(jiān)測(cè)交通荷載作用下路基不同深度處的水平動(dòng)土壓力及垂直動(dòng)土壓力。水平動(dòng)土壓力盒布置在兩側(cè)車輪下及車道中心的路基層頂面，0.18，0.33，0.63 m深度處，垂直動(dòng)土壓力盒布置在車道輪下路基層頂面，0.18，0.33，0.63，1.13，1.63 m深度處，如圖4所示。

圖4 路基橫斷面動(dòng)土壓力盒位置(單位:cm)

1.3 試驗(yàn)步驟

本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)共開展9組現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分別以測(cè)試車重為2.5 t(小型客車)、18 t(大型客車)、30 t(中型貨車)，測(cè)試車速為20，40，60 km/h 通過試驗(yàn)段傳感器布置車道。測(cè)試前，精確測(cè)得車輛的軸重，并在試驗(yàn)段預(yù)留足夠長(zhǎng)的加速車道，使測(cè)試車輛經(jīng)過加速車道加速后，以指定速度勻速通過試驗(yàn)段傳感器位置。每組試驗(yàn)重復(fù)采集12次，去除最大值、最小值，取路基下測(cè)得各檢測(cè)點(diǎn)平均動(dòng)應(yīng)力值數(shù)據(jù)，具體測(cè)試方案見表3。

表3 不同測(cè)試車速和車重組合的測(cè)試步驟

2 測(cè)試結(jié)果與分析

2.1 動(dòng)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

交通荷載作用下影響路基動(dòng)應(yīng)力大小的因素較多，尤其是車輛軸重、行車速度等[12]。S21線為客貨混運(yùn)線，客車車輛軸重較小，行車速度較快，因此影響路基動(dòng)應(yīng)力的最不利因素主要是由行車速度引起。對(duì)于貨車車輛，雖然行車速度引起的路基動(dòng)應(yīng)力比客車車輛小一些，但受車輛軸重引起的動(dòng)應(yīng)力較大，同時(shí)，線路狀況對(duì)路基動(dòng)應(yīng)力的影響較大，但試驗(yàn)段長(zhǎng)度僅為150 m，且線路為直線，可認(rèn)為線路狀況相似，故本次試驗(yàn)忽略線路狀況對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。采取高速公路通行量最大的車型為研究對(duì)象，即小型客車(2.5 t)、大型客車(18 t)為主，以測(cè)試車速60 km/h通過檢測(cè)端面，監(jiān)測(cè)不同深度處動(dòng)應(yīng)力的變化規(guī)律。

圖5、圖6分別是測(cè)試車重2.5 t和18 t以測(cè)試車速60 km/h通過監(jiān)測(cè)斷面時(shí)的路基動(dòng)應(yīng)力時(shí)程曲線實(shí)測(cè)值，可看出動(dòng)應(yīng)力波形接近于半正弦波，但一個(gè)周期中有2個(gè)波峰，第1個(gè)波峰略小于第2波峰，這是由于車前輪軸載略小于后輪軸載。隨著路基深度的增加，動(dòng)應(yīng)力在路基填料中衰減后不斷減??；隨著測(cè)試車重的增加，動(dòng)應(yīng)力峰值出現(xiàn)了大幅的增長(zhǎng)，測(cè)試車重2.5 t引起的動(dòng)應(yīng)力周期為0.15 s左右，測(cè)試車重18 t時(shí)動(dòng)應(yīng)力周期提高了1倍左右。此外，隨著深度的增加，動(dòng)應(yīng)力周期響應(yīng)出現(xiàn)了一定的滯后性。

圖5 2.5 t車輛以60 km/h行駛時(shí)路基動(dòng)應(yīng)力時(shí)程曲線

圖6 18 t車輛以60 km/h行駛時(shí)路基動(dòng)應(yīng)力時(shí)程曲線

2.2 路基中不同位置的動(dòng)應(yīng)力分布

2.2.1 橫向動(dòng)應(yīng)力分布

圖7為測(cè)試車重18 t(左)、2.5 t(右)以測(cè)試車速60 km/h通過試驗(yàn)段的橫斷面動(dòng)應(yīng)力分布圖?？梢钥闯觯瑑蓚?cè)車輪下的動(dòng)應(yīng)力分布規(guī)律基本一致，車道中心處動(dòng)應(yīng)力低于兩側(cè)車輪下的動(dòng)應(yīng)力，并且隨著測(cè)試車重增大車道中心處動(dòng)應(yīng)力減小越明顯。車輛通過路基頂面時(shí)動(dòng)應(yīng)力首先在18 cm厚級(jí)配礫石層出現(xiàn)衰減；當(dāng)動(dòng)應(yīng)力穿過土工格室-風(fēng)積沙加固層后，車輪下兩側(cè)動(dòng)應(yīng)力幅值出現(xiàn)了明顯的降低，說明土工格室加固下風(fēng)積沙層具有良好的耗能特性，加速了動(dòng)應(yīng)力的橫向衰減，同時(shí)土工格室-風(fēng)積沙層道路中心處動(dòng)應(yīng)力衰減變慢，說明該層整體性強(qiáng)，可促進(jìn)動(dòng)應(yīng)力值的橫向衰減和重分布；隨后動(dòng)應(yīng)力進(jìn)入風(fēng)積沙層，動(dòng)應(yīng)力的橫向衰減變得不明顯。

圖7 不同測(cè)試車重和測(cè)試車速下橫向動(dòng)應(yīng)力分布曲線

2.2.2 豎向動(dòng)應(yīng)力分布

圖8(a)為測(cè)試車重2.5 t以測(cè)試車速20，40，60 km/h通過試驗(yàn)段時(shí)豎向動(dòng)應(yīng)力分布圖?？梢钥闯?，不論何種測(cè)試車速通過，路基各深度處動(dòng)應(yīng)力分布基本一致，隨著深度的增加，動(dòng)應(yīng)力值呈現(xiàn)出了減小的趨勢(shì)。圖8(b)為測(cè)試車重2.5，18，30 t以測(cè)試車速60 km/h通過試驗(yàn)段時(shí)豎向動(dòng)應(yīng)力分布圖，可以看出隨著測(cè)試車重的增加，各深度處動(dòng)應(yīng)力值出現(xiàn)較大增長(zhǎng)，說明過大的軸載會(huì)導(dǎo)致汽車荷載在路堤內(nèi)產(chǎn)生的動(dòng)應(yīng)力超過填料的強(qiáng)度，地基產(chǎn)生較大的塑性變形，引起路面的破壞。

圖8 不同測(cè)試車重和測(cè)試車速下豎向動(dòng)應(yīng)力分布曲線

從圖8中發(fā)現(xiàn)動(dòng)應(yīng)力經(jīng)過土工格室-風(fēng)積沙層衰減后，動(dòng)應(yīng)力值的衰減率出現(xiàn)了大幅提高，說明土工格室-風(fēng)積沙加固層對(duì)動(dòng)應(yīng)力衰減效果較好，從而可以有效地降低礫類土上路床厚度和路基高度。

2.3 不同測(cè)試車重通過時(shí)動(dòng)應(yīng)力分析

王樺等[13]、盧正等[14]、Maljaars等[15]針對(duì)不同軸載對(duì)動(dòng)應(yīng)力值的影響，得出了基本類似的結(jié)論，通過車輛車重越大引起的動(dòng)應(yīng)力值越大。衡量路基承載力性能的一個(gè)關(guān)鍵因素為路基層動(dòng)應(yīng)力衰減幅度，動(dòng)應(yīng)力取值按車輛通過時(shí)的平均值來考慮，動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)為：

(1)

式中，σ上為路基層頂面動(dòng)應(yīng)力；σ下為路基層底面動(dòng)應(yīng)力；h為路基層厚度。

具體動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)如表4所示。

表4 不同軸載下各測(cè)點(diǎn)動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)

從圖9中可以看出，級(jí)配礫石層、土工格室-風(fēng)積沙層及風(fēng)積沙層各層內(nèi)單位厚度動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)基本一致，其平均值分別為1.23，1.53，0.91；相同測(cè)試車速時(shí)測(cè)試車重越大，動(dòng)應(yīng)力衰減越大，且土工格室-風(fēng)積沙層單位厚度動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)最大，說明土工格室-風(fēng)積沙層有著良好的動(dòng)應(yīng)力衰減效果，可以有效地降低路基高度；車輛軸載對(duì)路基中動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)影響不大，路基層各類填料類型對(duì)動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)起決定作用，且每種路基填料類型的動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)都趨于一個(gè)定值。

圖9 不同測(cè)試車重下動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)曲線

表5 不同車速下各測(cè)點(diǎn)動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)

2.4 不同測(cè)試車速通過時(shí)動(dòng)應(yīng)力分析

圖10為相同車重、不同車速時(shí)，路基各層動(dòng)力衰減系數(shù)計(jì)算值的分布規(guī)律。從圖10可以看出，不同測(cè)試車速的車輛通過時(shí)，土工格室-風(fēng)積沙層的動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)最大，級(jí)配礫石層次之，風(fēng)積沙層最??；各路基層內(nèi)單位厚度動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)基本一致，其平均值分別為1.18，1.50，0.91，與相同測(cè)試車重條件下的動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)基本一致，說明動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)和路基填料類型有關(guān)，車速對(duì)動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)的影響不顯著。

圖10 不同測(cè)試車速下動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)曲線

2.5 不同因素對(duì)動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)分析

Alexandra等[16]、何忠明等[17]、Behak等[18]對(duì)比了不同車速與車重對(duì)路基破壞程度，認(rèn)為車輛車重比車速的破壞更嚴(yán)重，車速的提高對(duì)路基層動(dòng)應(yīng)力影響不大，車重的提高引起路面的動(dòng)應(yīng)力會(huì)大幅增加，從而引起路基負(fù)載增加，會(huì)給路基造成不同程度破壞。

圖11為本次試驗(yàn)中不同測(cè)試車速與車重的動(dòng)應(yīng)力實(shí)測(cè)值衰減系數(shù)，測(cè)試車重分別為2.5，18，30 t，測(cè)試車速分別為20，40，60 km/h，可以看出，測(cè)試車速和測(cè)試車重的大小，對(duì)動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)有一定的影響，而路基填料的類型是動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)的關(guān)鍵影響因素，這是因?yàn)椴煌坊盍嫌兄煌淖枘?，阻尼大的路基填料?duì)路基層耗能有著較好的效果，從而加劇了動(dòng)應(yīng)力的衰減。

圖11 不同測(cè)試車速與車重動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)圖

土工格室加固風(fēng)積沙路基與傳統(tǒng)的級(jí)配礫石換填路基相比，土工格室-風(fēng)積沙組合層動(dòng)應(yīng)力衰減較快，可有效地降低動(dòng)應(yīng)力傳遞深度，從而減小路基工作區(qū)厚度。不同車速和車重通過時(shí)也對(duì)動(dòng)應(yīng)力衰減有著明顯差異，車重對(duì)動(dòng)應(yīng)力衰減影響最大，車速對(duì)動(dòng)應(yīng)力衰減也有著一定的影響，在路基設(shè)計(jì)中應(yīng)注重均勻化路基的動(dòng)應(yīng)力峰值、減小動(dòng)應(yīng)力沿深度的傳遞、降低基床下部承受的動(dòng)應(yīng)力水平，或采用土工格室加固路基工作區(qū)增加路基工作區(qū)的強(qiáng)度和剛度。

3 土工格室加固路基工作區(qū)厚度分析

當(dāng)公路路基填筑高度較低時(shí)，由于汽車動(dòng)荷載在路基本體中得不到有效的擴(kuò)散，其工作區(qū)作用深度在地基中的較大，當(dāng)路基高度小于路基工作區(qū)深度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致路基持力層承載力不滿足容許承載力要求，如圖12所示，路基工作區(qū)域厚度設(shè)計(jì)過大時(shí)會(huì)增加工程造價(jià)，導(dǎo)致浪費(fèi)。采用土工格室-風(fēng)積沙組合層相匹配的設(shè)計(jì)厚度，理論上，經(jīng)路基各工作層衰減后的動(dòng)應(yīng)力與靜應(yīng)力之和應(yīng)滿足路基持力層的容許承載力要求，即：

圖12 路基工作區(qū)域厚度示意圖

σS+σD≤[f0]，

(2)

式中，σD為持力層頂部動(dòng)應(yīng)力值；σS為持力層頂部靜應(yīng)力值；[f0]為持力層容許承載力。

3.1 動(dòng)應(yīng)力等代路基工作區(qū)域厚度設(shè)計(jì)

根據(jù)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，動(dòng)應(yīng)力取值按路基工作區(qū)域各層頂部實(shí)測(cè)動(dòng)應(yīng)力的平均值σ，單位厚度動(dòng)應(yīng)力衰減常量。

Ψ=ζ·σ，

(3)

式中，ζ為動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)；h為動(dòng)應(yīng)力衰減厚度。利用動(dòng)應(yīng)力衰減的相關(guān)參數(shù)，換算出土工格室-風(fēng)積沙組合層等代路基層厚度hx為：

hx=(Ψg·hg)/Ψx，

(4)

式中，Ψg為風(fēng)積沙層單位厚度動(dòng)應(yīng)力衰減常量；hg為土工格室-風(fēng)積沙組合層厚度；Ψx為其他路基層單位厚度動(dòng)應(yīng)力衰減常量。

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，測(cè)試車速對(duì)單位厚度動(dòng)應(yīng)力的衰減常數(shù)Ψ影響不大，表6中單位厚度動(dòng)應(yīng)力的衰減常數(shù)Ψ取同一測(cè)試車重下不同測(cè)試車速的均值。由表6可見，如若以動(dòng)應(yīng)力衰減來分析路基的性能，研究發(fā)現(xiàn)級(jí)配礫石層與土工格室-風(fēng)積沙層的單位厚度動(dòng)應(yīng)力的衰減常數(shù)Ψ基本相同，因此可以用土工格室加固風(fēng)積沙來代替級(jí)配礫石，以節(jié)省沙漠中修筑道路工程所需級(jí)配礫石的高額運(yùn)輸成本。而風(fēng)積沙層的單位厚度動(dòng)應(yīng)力的衰減常數(shù)Ψ只有土工格室-風(fēng)積沙層的一半左右，說明土工格室在均化動(dòng)應(yīng)力峰值、減小動(dòng)應(yīng)力沿深度的傳遞、降低路基下部承受的動(dòng)應(yīng)力水平等方面具有顯著的加固效果，根據(jù)動(dòng)應(yīng)力等代路基工作區(qū)域厚度法，土工格室加固風(fēng)積沙可以替代上路床礫類土。

表6 動(dòng)應(yīng)力衰減參數(shù)

3.2 路基工作區(qū)域內(nèi)應(yīng)力計(jì)算

路基持力層頂部動(dòng)應(yīng)力及靜應(yīng)力計(jì)算取值：

(1)路基持力層頂面靜應(yīng)力σS見式(5)，包括上部結(jié)構(gòu)層、土工格室-風(fēng)積沙組合層、下部路基層。

σS=σs+γg·hg+∑γi·hi,

(5)

式中,σs為上部結(jié)構(gòu)層(瀝青層、水泥穩(wěn)定層、天然礫石底基層)傳至土工格室-風(fēng)積沙組合層頂面的靜應(yīng)力；γg為土工格室-風(fēng)積沙組合層重度，取平均值16.4 kN/m；hg為土工格室-風(fēng)積沙組合層厚度；γi為其他路基層重度；∑hi為持力層以上其他路基層工作區(qū)域厚度。

(2)土工格室-風(fēng)積沙組合層頂面動(dòng)應(yīng)力經(jīng)路基工作區(qū)衰減至持力層頂面動(dòng)應(yīng)力σD為：

σD=σd-Ψg·hg-∑Ψi·hi，

(6)

式中，σd為上部結(jié)構(gòu)層處動(dòng)應(yīng)力實(shí)測(cè)值；Ψg為單位厚度土工格室-風(fēng)積沙組合層的動(dòng)應(yīng)力衰減常量;hg為土工格室-風(fēng)積沙組合層厚度；Ψi為其他路基層單位厚度動(dòng)應(yīng)力衰減常量，見表6；∑hi為持力層以上其他路基層工作區(qū)域厚度。

3.3 路基工作區(qū)域厚度設(shè)計(jì)

將式(5)、(6)代入式(1)，可得

σs+γg·hg+∑γi·hi+σd-Ψg·hg-

∑Ψi·hi≤[f0]。

(7)

結(jié)合圖12中的尺寸關(guān)系，可得路基工作區(qū)域厚度∑hi的具體表達(dá)式為：

∑hi≥[σs+σd+hg(γg-Ψg)-[f0]]/∑(Ψi-γi)。

(8)

通過土工格室-風(fēng)積沙組合層加固后，還需要填筑的路基工作區(qū)厚度∑hi，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際狀況，乘以1.1～1.2的安全系數(shù)，以提高路基安全儲(chǔ)備。土工格室加固路基的設(shè)計(jì)厚度計(jì)算方法，可為工程設(shè)計(jì)提供一定的參考價(jià)值。

3.4 路基工作區(qū)域厚度驗(yàn)算

以測(cè)試車重30 t、測(cè)試車速60 km/h為例，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得級(jí)配礫石平均重度取值22 kN/m3，土工格室-風(fēng)積沙組合及風(fēng)積沙平均重度均為16.4 kN/m3。文獻(xiàn)[19]曾實(shí)測(cè)風(fēng)積沙的臨界塑性地基承載力為68 kPa，安全起見，其容許承載力[f0]取值60 kPa，文獻(xiàn)[20-21]實(shí)測(cè)30 t車輛的后軸靜應(yīng)力σ0均值為20 kPa。

試驗(yàn)段上部結(jié)構(gòu)層未鋪設(shè)，測(cè)試傳感器埋設(shè)位置較淺，動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)更明顯，易于精確分析路基工作區(qū)域厚度。利用計(jì)算公式(7)從路基封頂層開始對(duì)試驗(yàn)段路基工作區(qū)域厚度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)值，驗(yàn)算試驗(yàn)段路基工作區(qū)域厚度是否滿足的要求，結(jié)果見表7。

表7 路基工作區(qū)域厚度驗(yàn)算

4 結(jié)論

通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究了土工格室加固風(fēng)積沙、級(jí)配礫石和風(fēng)積沙路基在交通荷載作用下動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)特性。結(jié)論如下：

(1)土工格室加固風(fēng)積沙，可促進(jìn)動(dòng)應(yīng)力值衰減和重分布，從而有效地降低動(dòng)應(yīng)力傳遞深度，減小路基工作區(qū)厚度。隨著路基深度的增加，車輛荷載在路基中傳遞出現(xiàn)了滯后性，且波峰趨于不明顯。不同測(cè)試方案的車輛通過檢車斷面時(shí)，測(cè)試車重比測(cè)試車速引起的動(dòng)應(yīng)力對(duì)路基響應(yīng)大。

(2)不同軸載和車速的車輛通過時(shí)，動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)基本都趨于與路基填料的材料類型有關(guān)的一個(gè)常量值。土工格室-風(fēng)積沙層的動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)最大，級(jí)配礫石層次之，風(fēng)積沙層最小。

(3)根據(jù)動(dòng)應(yīng)力衰減系數(shù)提出了等代路基層厚度計(jì)算方法，可換算出土工格室加固風(fēng)積沙與礫石土填筑層之間的厚度關(guān)系，利用路基工作區(qū)域厚度承載力驗(yàn)算法，以本試驗(yàn)為例進(jìn)行計(jì)算分析，路基動(dòng)應(yīng)力傳遞到風(fēng)積沙層時(shí)即滿足風(fēng)積沙承載力要求。