中新天津生态城道路中固化土的应用.pdf

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1、增刊(总第161期)2012年9月中国亏跋?宿CHINAMUNICIPALENGINEERINGS1(SerialNo．161)Sep．2012DOI：10．3969／j．issn．1004—4655．2012．S1．009中新天津生态城道路中固化土的应用丁良跃(上海市城市建设设计研究总院天津分院，天津300073)摘要：土壤固化剂可以用来固化各类土壤。通过与{：壤混合后的一系列物理化学反应来改变土壤的工程性质，提高土体的强度及密实度。结合固化t在中滨大道中的应用效果，以路面设计理论和有限元理论为依托，采用ANSYS有限元软件分析固化t：x,t路面整体强度的影响。关键词：道路；路基：固化土

2、；有限元；整体强度中图分类号：U414．11文献标志码：B文章编号：1004—4655(2012)S1—0030-02土壤固化是在土壤中加入土壤固化剂，通过离子交换、絮凝、水化、碳化等一系列物理化学反应，产生胶结土粒、填充孑L隙等作用，改善土体的物理力学性质，将松散软弱的土体变成整体性且强度较大的土：【建筑材料。这一技术以来源广泛、廉价的当地原土取代传统的砂石等土工建筑材料，在工程应用中体现出良好的经济效益和引人注目的环境效益。本文针对固化土在中新天津生态城道路路基中的使用情况，结合现场检测情况，应用有限元分析软件，对固化土作用下路面结构的整体强度进行分析，并与石灰土等传统路基填料进行力学

3、比较，以期为固化土在天津地区乃至全国其他地区的应用提供参考。1模型建立1．1基本假定1)路面体系层间接触为完全连续体系；2)本文以线弹性作为沥青材料的本构模型，基层采用65号混凝土单元，实常数为零(素混凝土)，土基采用Drucker—Prager材料。3)轴载采用瞽轴双轮的轴载模型，使用ANSYS瞬态分析模块。1．2有限元模型以巾滨大道建设工程为背景，路面结构组成、材料参数等与中滨大道一致。简化的有限元模型具体资料如表1所示。本次分析模型如图1所示。假定路面各层的层间界面在受到荷载作用过程中始终处于完全连续状态。路而结构体系约束路面延伸方向的自由度，路面体两侧不受约束，路基约束其底面所有自

4、由度，整个模型30表1结构层参数表路面结构厚度／m模量／MPa泊松比面层0．121000O．30拭层0．541300O．25固化土层0．407000．35石灰土O20500O．30碎彳i垫层0．40400O．35土基350．20路面长度为30m，宽度为41m，纵向路基坡度模拟路基边坡，嵌向坡噬乃rjfjJ川j侵删的隐jt图1路面结构有限兀模型1．3轴载模型路面设计规范中规定的标准轴载BZZ一100的轮载F=100／4=25kN，P=700kPa。当采用单圆轴载模型时可得到相应的当量直径为6=0．302m。2车辆荷载作用下路面结构层受力分析2．1力学分析指标1)路面结构各层层底弯拉应力or：

5、。矿。是评价路面动力性能的主要指标，or。是能较好地反映路面体系半刚性基层是否开裂、破坏的直接指标。2)路面结构各层翦应力丁，。剪应力可以反映路面结构在车辆荷载作用下的抵抗竖向抗剪切的能力，是破坏的间接指标。中国亏放工柱丁良跃：中新天津生态城道路中固化土的应用2012年增刊3)弯拉应变、剪切应变。2．2力学分析1)路面结构各层层底弯拉应力变化趋势。通过对路面结构各层的层底弯拉应力分析，沥青面层层底主要为压应力(应力值为负值)。弯拉应力随深度的变化受力形式也随之发生变化，在基层则呈现为压应力(应力值为正值)。根据图2所示，在深度0．66m位置(基层底部)压应力值最大，为0．021MPa，之后

6、呈递减趋势。因固化土的作用，故在深度1．26m位置压应力值最小，为0．007MPa．‘0．03O．02日0．01山羔0-R一0．01是-002钟一0．03-o．04-o05：⋯厂-．；。．；；j／9“。·6葵釜；三1·21·41·61·图2路面结构各层层底弯拉应力变化趋势2)路面结构各层弯拉应变的变化趋势。通过对路面结构各层内弯拉应变的分析(见图3)，可见固化土层的弯拉应变最小，在深度1．26m位置为0．0127mm。由于固化土对减少弯拉应变起到积极作用，故可以减少弯拉变形引起路面破裂的概率。图3路面结构各层层底弯拉应变变化趋势3)路面结构各层剪应力变化趋势。路面结构各层内剪应力随路面深度

7、的增加而呈递减趋势(见图4)。在固化土层(深度1．26m位置)为拐点，之前递减变化率为4％，之后的变化率为0．1％。通过设置固化土层，可以有效地降低剪应力对路基的破坏，避免路面应剪切破坏而产生裂缝。图4路面结构各层剪应力变化趋势4)路面结构各层剪应变变化趋势。剪切应变可以反映出在车辆荷载的作用下，路面结构各层的变形情况。由图5可见，位于固化土层的剪应变值最小，为0．015mm。路面结构各层内剪应变随深度变化呈递减趋势，但