某高速公路路基汽车动荷载下的动响应测试初探Word文件下载.docx

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（d）在行车速度为30km/h强的状态下，动土压力影响深度在2.Im左右•.

关键词：

高速公路；

动荷载；

动响应；

动土压力

中图分类号：

TU434 文献标识码：

A 文章编号:

1000-1980（2005）07-0107-04

对高等级公路软弱地基的加固处理，人们往往针对不同的土质条件和加固处理目的，通过设计计算和现场试验研究，找到与之相适应的地基处理方法.高等级公路路基在使用年限内'

酌工后沉降量要满足文献[1]规定的小于或等于30cm的要求.但是，有些高等级公路在修建通车后不久路面就产生了较大的沉降和差异沉降,致使路面开裂，行车颠簸不平,影响行车质量.导致这一结果的原因是除修建公路时的质量控制外，还有一个重要的因素就是车流量及汽车超载之动应力影响的增加.目前，国内对铁路路基动态特性室内外研究有少量报道'

2,3】，而高等级公路汽车动荷载对路基的影响到目前为止还未见报道.本文以珠江三角洲某高等级公路试验段为例，通过在砂性路堤底部埋设动土压力盒,测试在汽车动荷载的影响下路基的动响应（动土压力）.

1动态测试仪器简介

1.1动态土压力数据采集系统

数据测量是一个多路动态数据采集装置,其核心部件是ATMEL公司开发的89C51单片微型计算机和高精度模数转换器，通过配置的系统软件对传感器信号进行采集、处理、传输及网络通信工作.数据采集频率可根据测试要求配置，本工程数据采集频率为每秒采10个数据.本采集系统用户可在配置的最高采集频率内通过系统软件调配所需的采集频率.本系统采用蓄电池供电，充电一次可连续工作8h以上，适合野外无电源供应的环境下使用.

1.2动态土压力盒（YZ200型）

YZ200型动态土压力盒是一种可以测量动态土压力的新型传感器.仪器主要由一次膜、二次膜、硅油和压力传感器以及电缆组成，内部压力传感器采用陶瓷电容式压力传感器,电缆为通气信号电缆，该仪器工作原理是经一次膜承压后通过硅油传递给二次承压膜上，使压力传感器发生变化，用数据采集仪测读数据.该仪器具有动态性能好、分辨率高等优点.

2工程概况及动态土压力盒的埋设

2.1试验段工程概况

该公路工程试验段位于珠江三角洲地区佛山市境内，为环城公路主干线，兼城市快速通道，路面设计为主路行车道和辅路行车道,路面总宽度为120-150m,路堤设计最高填土为4.0m,且为中细砂填料.软土地

收稿日期：

2005-01-11

作者简介：

崔伯华（1953—），男，高级工程师，主要从事软基处理、地基工程检测、土工原位观测等方面的工程实践与研究.基土性具有含水量高、压缩性大、渗透性小、天然地基抗剪强度低的特点，是典型的珠江三角洲地区软土特性.试验路段地基设计采用多种加固处理方案：

（a）排水板加土工格栅排水预压法；

（b）袋装砂井加土工格栅排水预压法；

（c）水泥搅拌桩加土工格栅加固法；

（d）预应力管桩加土工格栅加固法；

（e）电渗加固法；

（f）动力强夯法.在上述多种方案中同时设计埋设了多种应力应变原观监测仪器，目的是通过试验找到一种多、快、好、省的加固处理软基的方法，以指导该城市快速通道的全线施工.在汽车动荷载作用下，测试地基土的动响应（动土压力）也是研究内容之一.

2.2动态土压力盒的埋设

选择有排水板和袋装砂井加固处理的两个区进行动态土压力盒的埋设与测试工作.动态土压力盒的埋设方法是：

先在路基上填筑路堤，采用挖坑式埋设的方法，挖坑时，注意坑底面必须压实找平，然后放入中细砂，找平后将土压力盒一次膜上、下表面涂上凡士林或稀薄淤泥贴在找平的中细砂上，并柔平，注意平整度，承压膜的上方也用中细砂充填.这样做的目的就是尽量让受力的一次膜紧贴砂层，防止膜面受力不均或产生拱效应.需要说明的是，土压力盒的埋设应尽量请专业技术人员埋设，否则由于埋设效应可能会引起测试误差.为了防止在动荷载作用下的应力叠加，压力盒在垂直向不要埋在一条线上.

本工程动态土压力盒的埋设见图1.

3路基动力响应测试成果

在成果分析之前，需要说明的是，由于该试验段路堤填筑料为中细砂，中细砂通过压路机的碾压，也只能达到稍密程度，故汽车在砂面上行驶速度不快，而且每次测试时汽车行驶速度也不尽一致.本次大、小汽车的行驶速度在30km/h左右，而压路机的行驶速度约8.0km/h.故本次路基动响应测试成果不对行车速度快慢进行分析探讨一

3.114.0t汽车前进与后退时垂直向动土压力变化分析

图2绘出了14.0t汽车前进和后退时垂直向动土压力的变化曲线.由图2可见，汽车前进或后退行驶时动土压力的最大值均为17kPa左右，且动土压力盒的埋深均为0.97m,前进时动土压力由小变大，后退时动土压力由大变小.分析其原因可知,14.0t的汽车车箱装的是砂，汽车的荷载重量主要由后轮承担，汽车前进时前轮先到动土压力盒的正上方，后退时正好相返，反映出地基土的动响应随荷载的大小变化而变化.图2中还可以看出动土压力值随填土高度的增加而减小，测试时埋深2.27m处的动土压力盒没有测到动响应曲线，可能是动土压力盒埋设位置出现了偏差.

图214.0t汽车垂直向动土压力变化曲线

Fig.2Changingcurvesoftheverticaldynamicsoilpressurewhenthe14.0tcar

3.2不同吨位汽车随填砂厚度不同垂直向动响应变化规律

图3、图4、图5绘出了不同吨位汽车动荷载随填砂厚度不同的变化情况.可以得到以下规律：

a.当填砂厚度小于1.0m时，对于2.0t的汽车动荷载，动土压力增量随填砂厚度增加变化不大；

对于5.5t汽车动荷载，动土压力增量随填砂厚度增加显著；

对于10.0t,14.0t的汽车和压路机动荷载，动土压力值

图32.0t和5.5t汽车行驶时动土压力随填砂厚度变化关系

Curvesofthedynamicsoilpressurevs.thesandfillingheightwhen2.0tand5.51carruimingthrough

图410.0~14.0t汽车行驶时幼土压力随填砂厚度变化关系

Fig.4Curvesofthedynamicsoilpressurevs.thesand

fillingheightwhen10.0~14.01carrunningthrough

图5不同填砂厚度下车直与动土压力变化关系Fig.5Changingcurvesofthedifferentsandfillingheightvs.thedynamicsoilpressure

随填砂厚度增加而显著衰减.

b.当填砂厚度大于1.0m时,不管是小吨位的汽车动荷载，还是大吨位的汽车动荷载，动土压力都随填砂厚度的增加而减小.在14.0t汽车动荷载作用下填砂小于1.0m时，动土压力衰减较快，大于1.0m的填砂时，动土压力还是在衰减，只是衰减的速率减慢了许多.以14.0t汽车动荷载为例，填砂厚为0.5m时,动土压力值为80kPa,当填砂厚度为1.7m时，动土压力值只剩10kPa左右.上述情况填砂厚度增加了1.2m,而动土压力值却减小了87.5%.在动荷载不变的情况下，动土压力随填砂厚度的增加而减小,分析认为这与砂密度下的阻尼比、砂的厚度自重压力，以及土压力随填砂厚度的扩散有很大的关系，这方面的问题,还有待于今后进一步试验研究.

c.动土压力随动荷载的增加成正比增加，动荷载越大，动土压力增加幅度越显著，因此，可以认为现有高速公路交通汽车超载对地基的动响应有一定的影响.

4认识与讨论

a.关于汽车动荷载对测点动响应影响（汽车前进方向）距离.由于现场条件的限制未能进行多测点间距的试验比较，但从本文测试资料曲线分析可以看出，只有当汽车动荷载到达动态土压力盒垂直向时，才测到动土压力的最大值，动土压力值从开始有反映到达到最大值，汽车轮所需行驶的时间约为2s左右.对于汽车动荷载对测点动响应影响（汽车前进方向）距离,本文中汽车行驶的速度约为30km/h,经计算汽车动荷载行驶距测试点的正上方约有17.0m时,动土压力开始有反映，而汽车动荷载距测试点5.0m左右，经0.6s后,开始出现动响应最大值.动荷载引起的地基动响应最大值是在瞬间发生的.对于一般高速公路汽车安全行驶速度约为120km/h时，动荷载对测点动响应影响的距离变化如何呢？

遗憾的是由于场地条件限制，没有得到这方面的资料，不过在文献［3］中可以看到，在高速列车运行中，过渡段路基动响应距测点近20.0m都存在，只是随测距的增加，动响应增量有所减小.因此笔者认为，高速公路车辆行驶时，除会发生垂直向的最大动响应，汽车动力源周围土体也有动响应存在，车辆并排行驶时会产生动响应的应力叠加现象.

b.关于动土压力传感器对动响应值的影响.本次试验动土压力盒是自行研制的，理论上讲，动土压力盒（一次膜）钢板弹模与被测土体的弹模和不同的动荷载配匹要恰到好处（事实上很难做到），当动荷载传递时,由于传感器一次膜的刚度变化会引起动响应大小的变化和压力传递滞后变化，故动响应的影响深度与动土压力值的大小是值得认真研究的.本次试验得到动土压力影响深度在2.1m左右，这一数值大小除与砂的阻尼作用吸收能量以及压力扩散、路基砂的密度程度、汽车行驶速度、路面平整状态等因素有关外，与动态传感

器本身与砂及动荷载的匹配也有一定的关系.所以本次测试动响应影响深度只是初步的，还需通过大量工程实践，才能进一步得到论证.

5结语

a.汽车动荷载对地基的动响应随荷载的大小成正比变化，并且动荷载越大，动响应增量越显著.

b.在动荷载作用下，动土压力值随填砂高度的增加而减少，填砂小于1.0m厚度时，尤以10.0-14.0t动荷载作用下动响应衰减显著；

填砂大于1.0m厚度时，不管是大吨位或是小吨位汽车动荷载，动土压力值衰减变缓.动土压力值随填砂厚度的增加而衰减与砂的阻尼作用、砂的压力扩散、砂的密实度、行车速度、路面平整度等因素有关.

C.动荷载引起的动响应不但路基垂直向有，且最大，路基周围土体也产生动响应，汽车双向行驶或并排行驶时，设计人员必须考虑动应力叠加对路基沉降的影响.

d.本次在砂面上车速约30km/h强，测得的动响应影响深度在2.1m左右.由于条件的限制本次试验测试结果只是初步的，对于在不同试验车速下，受不同的土质条件和路面状况等因素影响，路基动响应情况以及影响深度还有待进一步证论.

参考文献：

[1]JTJ017—96公路软土地基路堤设计与施工技术规范[S].

[2]贾新文，蔡英.铁路路基动态特性的模型试验研究[J].西南交通大学学报，1996,31

（1）:

36-41.

[3]李献民.高速下过渡段路基动响应特性研究[J].岩土工程学报,2004,26

（1）:

100—104.

Dynamicresponsetestofsomeexpresswayworkingroadbed

indynamicloadofthecar

CUIBo-hua1,YANZhi-ping2,TANXiang-shao2

（1.NanjingHydraulicResearchInstitute,Nanjing210024,China;

2.GuangdongProvinceHangshengEngineeringCo.Ltd,Guangzhou511442,China）

Abstract:

Thetestresultsofdynamicresponse（dynamicsoilpressure）ofsomeexpresswayworkingroadbedindynamicloadofthecararegiven.Theresultsshowthat:

（a）dynamicsoilpressurechangesindirectproportiontodynamicload.（b）dynamicsoilpressurechangesininverseproportiontotheheighto£

sandfilling.Whentheheightofsandfillingislessthan1.0m,aratherlargedynamicload（Thecarweightis10.0-14.01）decaysmorequickerthanarathersmalldynamicloaddoes（Thecarweightis2.0~5.5t）.Whentheheightofsandfillingisgreaterthan1.0m,thedecayingratiosofdynamicsoilpressureoftheabovetwoaresimilarandaretobeslow.（c）thelargestdynamicsoilpressureisgeneratedintheverticaldirectionofdynamicload,（d）theaffectingdepthofdynamicsoilpressureisabout2.1mwhentherunningspeedisabove30km/h.

Keywords:

expressway;

dynamicload;

dynamicresponse;

dynamicsoilpressure