废旧整胎-土工格栅复合加筋路基变形特性研究

3.0 第一文库 2026-03-27 22 4 7.56MB 14 页免费

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土工格栅复合加筋路基变形特性研究"

中国公路学报!

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"作者简介!张!军$

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废旧整胎

土工格栅复合加筋路基变形特性研究

张!军"

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#!郑烨炜!!谢明星P!郑俊杰!!刘汉龙#

;,山西交通科学研究院集团有限公司黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室 !山西

太原!

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#,重庆大学土木工程学院 !重庆 !

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!,武汉大学土木建筑工程学院 !

湖北武汉!

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P,太原理工大学土木工程学院 !山西太原 !

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摘要!为破解废旧轮胎固废资源化再生利用难题!解决半填半挖路基不均匀沉降问题!提出废旧整

胎

土工格栅复合加筋路基结构体系!通过现场试验与理论分析系统研究该结构体系在半填半挖路

基中的沉降演化规律与应力分布特性"依托汾石高速公路工程开展现场试验研究!监测路基施工

期及工后的沉降和应力响应规律"结果表明&路基沉降主要集中于施工阶段 !工后沉降幅度显著减

小!在车辆荷载作用下路基沉降变化趋缓并逐渐稳定"与土工格栅加筋路基相比!复合加筋段沉降

量明显减小!应力峰值低于布辛奈斯克弹性解!表明废旧整胎的环向约束作用与土工格栅的抗拉加

筋协同作用!可实现荷载横向扩散!改善应力分布均匀性 "同时 !将废旧整胎#土工格栅分别等效为

抗压单元和抗拉单元!提出了基于双参数弹性地基梁模型的废旧整胎

土工格栅复合加筋路基沉降

计算方法 "经验证!该方法所得沉降规律与现场实测结果吻合!充分验证了模型的合理性与适用

性"参数分析进一步表明&轮胎拉伸模量对沉降影响有限!其主要作用在于提供横向约束'土工格

栅拉伸刚度越大!对路基沉降改善作用越好'地基土参数影响最为显著 !变形模量越大!路基沉降越

小!泊松比增大有助于增强横向扩散并改善沉降均匀性"

关键词!路基工程'沉降变形 '现场试验 '废旧整胎 '土工格栅

中图分类号!

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A引!言

废旧轮胎引发的环境污染已成为全球性生态挑

战!其不可降解特性导致长期土地占用,火灾隐患及

重金属渗漏等环境风险*当前!主流的再生处理技

术主要包括机械研磨法制备胶粉和热分解提取燃料

油等途径"

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*然而!此类工艺普遍存在能耗高,二

次污染显著以及再生产品附加值较低等问题!制约

了废旧轮胎的大宗消纳效能*相比之下!废旧整胎

的直接工程应用因具备低成本,高耐久性及低环境

负荷等优势!逐渐被视为一种更具潜力的替代方

案"

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*整胎利用避免了破碎过程中的能耗与污染!

同时依托轮胎固有的高强度,良好韧性,耐磨性与抗

老化性能!在工程建设领域中展现出显著潜力 *已

有研究表明废旧整胎在挡土墙填筑,边坡加固,铁路

道床加筋以及减隔震层铺设等方面具备良好的力学

性能与工程适应性"

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*其优异的抗震缓冲与变形

协调能力!尤其适用于承受循环动荷载或差异沉降

显著的道路与轨道工程 *

废旧整胎加筋土可形成立体约束结构!有效限

制土体侧向变形!增强结构的整体稳定性"

*试

验与数值分析结果表明!整胎对土体的约束效应可

等效为附加围压!从而提高其包裹范围内土体的强

度与变形模量"

*然而!独立布置的整胎之间缺

乏连续性 !限制了整体加筋效果*将废旧整胎与土

工合成材料$如土工格栅 %复合使用!可充分发挥前

者在抗压与抗剪方面的优势与后者的高抗拉性能!

形成协同增强机制!改善加筋体系的连续性与整体

工作性能"

*现有研究仍以室内试验与数值模拟

为主!实际工程应用尤其是公路路基中的实践仍较

为有限!因此缺乏足尺现场试验数据的支持!致使理

论模型及其参数标定难以验证!限制了该技术在大

规模工程中的推广 *

另一方面 !半填半挖路基作为山区及丘陵公路

常见结构形式!因其填挖交界区土体力学性质,压实

度与模量存在显著差异 !易引起刚度突变 !进而诱发

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差异沉降与纵向裂缝!严重影响路面结构耐久性与

行车安全"

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*该类路段已成为道路早期病害的高

发区域!工后沉降控制不足是导致不均匀变形及相

关病害$如反射裂缝,车辙等%的主要原因"

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*传

统处治措施如挖台阶,分层压实及土工格栅加筋等!

虽有一定效果!但仍受材料刚度不足与结构协同性

有限的制约*土工格栅加筋技术在半填半挖路基,

差异沉降处理方面取得了一定进展*其加筋机制主

要依赖于筋

土界面摩擦与格栅的嵌锁效应!可简化

为平面抗拉单元!实现荷载扩散与沉降控制"

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然而!在填挖界面刚度差异明显的条件下!单一格栅

加筋仍难以完全协调变形!沉降控制效果有待进一

步提升*因此!将废旧整胎引入半填半挖路基结构!

结合其环向约束能力与土工格栅的抗拉性能!可形

成废旧整胎

土工格栅复合加筋体系*从理论建模

角度!该复合体系可被等效为设置于地基上的柔性

梁结构&整胎加筋层提供等效附加刚度!土工格栅提

供拉伸刚度!从而建立可用于沉降分析的梁

地基相

互作用模型*该模型为揭示复合加筋路基工作机制

提供了理论框架!也为参数反演与沉降预测奠定了

基础*然而!该类模型在实际工程尤其是半填半挖

复杂条件下的适用性与可靠性!仍缺乏系统性的现

场试验验证*

基于此 !本文依托黄土地区新建高速公路的典

型半填半挖路段!开展了废旧整胎

土工格栅复合加

筋路基的现场试验*通过布设土压力盒与单点沉降

计!系统监测路基施工期与工后的竖向应力分布及

沉降发展规律!并结合双参数弹性地基梁理论建立

沉降预测模型*通过对比实测数据与理论结果!验

证了复合加筋层的沉降控制效果与该理论方法的工

程适用性*研究结果不仅为废旧轮胎的资源化利用

提供了新技术路径!也为半填半挖路基的沉降控制

与加筋结构设计提供了理论依据与实践参考*

B试验概况

BKB 工程背景

本研究依托山西汾阳/石楼高速公路$简称(汾

石高速)%典型半填半挖路段开展现场试验研究*该

区域地处湿陷性黄土覆盖区!地形起伏显著!填挖交

界处刚度突变明显!为路基差异沉降与早期病害的

高发部位*同时!汾石高速公路途经的汾阳地区是

中国华北地区最大的废旧轮胎转运集散地!缓解废

旧轮胎堆存带来的环境压力!开展废旧轮胎就地资

源化利用意义重大*基于此!本文提出了废旧整胎

土工格栅复合加筋路基结构体系!现场试验段选取

在汾石高速 \!RjP;$"\!RjP!$ 横向填挖交界

处*该试验段黄土结构松散 !天然含水率低 !压缩性

强!湿陷敏感性突出!易产生不均匀沉降!具备开展

半填半挖路基沉降控制研究的典型性和代表性*为

保证对比分析的可靠性 !选取汾石高速 \!Qj$"$

\!Qj;;$路段作为对比段 !仅使用土工格栅加筋

处理*

试验段和对比段均位于典型湿陷性黄土覆盖

区!场地表层主要为稍密湿陷性黄土,第四系中更新

统粉质黏土!厚度 #$

Q$ J!压实后强度与刚度均

能满足路基填筑要求!但存在湿陷敏感性及压缩性

大等特点*试验段的地形及地质条件如图;所示!

填方区土体以压实黄土为主!其模量高于挖方区原

状黄土!形成刚度突变边界!对上覆路面结构极易产

生不利影响*此外!该地区地下水埋深较大!施工期

及试验期均未发现明显的地下水影响 *

图B废旧整胎

土工格栅复合加筋路基

试验段地形及地质条件

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BKE 结构设计

试验段按双向四车道高速公路标准建设!纵向

长度#$J!路基顶宽#%J!边坡坡率;i;,Q

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构总厚度$,RJ*如图 #所示 !废旧整胎

土工格栅

复合加筋路基由两部分构成 &土工格栅铺设于路床

顶面下$,RJ 处!通过筋

土界面相互作用增强路基

的整体性'以及布设在土工格栅层上方的废旧整胎

加筋层!层顶距路床顶面 $,% J*整胎沿路基横向

水平排布 !内部填充级配碎石*其作用机理在于利

用轮胎环向刚度提供额外的横向约束!并与下方格

栅形成受压

受拉协同体系*

废旧整胎

土工格栅复合加筋路基的施工过程

第#期!!!!!!!张!军!等&废旧整胎

土工格栅复合加筋路基变形特性研究

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标签： #土工格栅 #加筋 #路基

摘要：

为破解废旧轮胎固废资源化再生利用难题，解决半填半挖路基不均匀沉降问题，提出废旧整胎-土工格栅复合加筋路基结构体系，通过现场试验与理论分析系统研究该结构体系在半填半挖路基中的沉降演化规律与应力分布特性。依托汾石高速公路工程开展现场试验研究，监测路基施工期及工后的沉降和应力响应规律。结果表明:路基沉降主要集中于施工阶段，工后沉降幅度显著减小，在车辆荷载作用下路基沉降变化趋缓并逐渐稳定。与土工格栅加筋路基相比，复合加筋段沉降量明显减小，应力峰值低于布辛奈斯克弹性解，表明废旧整胎的环向约束作用与土工格栅的抗拉加筋协同作用，可实现荷载横向扩散，改善应力分布均匀性。（中国公路学报2026年2月刊）

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