基于Midas-GTS综合管沟及土工格栅对路堤沉降的影响分析

徐 江 平

(广州市市政工程设计研究总院,广东 广州 510060)



基于Midas-GTS综合管沟及土工格栅对路堤沉降的影响分析

徐 江 平

(广州市市政工程设计研究总院,广东 广州 510060)

结合南沙某道路工程实例，采用Midas-GTS软件建立有限元模型，分析综合管沟及加筋体对路堤上部荷载的分担作用及路堤沉降作用的影响，结果表明地下构筑物起到固定作用，土工格栅能够发挥抗拉效果，综合改善路堤的受力状况，从而限制土体变形。

路堤沉降，有限元分析，综合管沟，土工格栅

0 引言

综合管沟，也叫地下管线共同沟，是指可以容纳两种或两种以上市政公用设施管线(包括给水、中水、热力、电力、电信等)的一种集约化、集成化的市政公用基础设施。具有一次性综合投入，避免重复开挖地面；统一管理，方便维修，减少管理成本；改观城市环境、容貌等优点。传统的市政公用管线的直埋敷设方法必须反复开挖路面进行施工，严重影响城市的交通与市容，干扰了居民的正常生活和工作秩序。相比传统的市政公用管线单埋方式，城市综合管沟具有明显优势。

土工格栅加筋体能有效改善土体的工程性能，起到加固和稳定土体的作用，是一种有发展前途的土工合成材料。在软土路堤下新修综合管沟，地下构筑物起到固定作用，土工格栅能够发挥抗拉效果，综合改善路堤的受力状况，从而限制土体变形，具有良好经济效益。本文基于Midas-GTS软件分析地下构筑物、加筋体对路堤沉降的影响。

1 工程概况

确保道路及综合管沟正常运营要求，对该路段路堤采用土工格栅进行加固。

2 有限元模型

2.1 土体本构模型

由于粘性土体具有明显的流变特性和非线性塑性，在实际分析中土体单元多采用弹塑性本构关系，屈服函数采用Mohr-Coulomb屈服准则(M-C准则)。M-C弹塑性本构模型具有表达简单、模型参数少、通过试验易获取等优点，在实际工程计算分析中经常采用。

2.2 其他结构本构模型

土工格栅是一种只能受拉不能受压的柔性材料，它具有高抗拉强度，良好的柔性、延展性和高抗疲劳性能。本文中土工格栅的本构关系取为线弹性材料。综合管沟为混凝土结构，强度高，变形小，采用梁单元模拟。

2.3 有限元模型

本次数值模拟基于Midas-GTS平台采用二维地层结构模型进行计算，考虑到路堤的实际受力情况，将模型作适当简化。计算几何模型：公路路堤宽64 m，路堤本体高9 m，地基深度为35 m，线路纵向取1 m。路堤模型分3种情况进行模拟分析：1)原状土路堤；2)管沟作用下的路堤；3)管沟+格栅作用下的路堤。

计算模型的侧面受X轴方向位移约束，地层下部边界受到Y轴方向位移约束。格栅作用下，边界条件为格栅上部土体有一个竖向自由度,其余部位自由度不变。计算模型见图2。

为量化管沟、格栅对路堤沉降作用影响，设计对比模拟：先分析原状土的路堤沉降作用，再者对管沟和格栅作用后路堤沉降情况进行分析。

2.4 计算参数的选取

土工格栅铺设于管沟上方路堤边坡下，土工格栅的弹性模量为4 320 MPa，泊松比为0.1，容重为0.03 kN/m3，厚度为0.002 m。模型计算参数及材料属性见表1。

表1 材料属性参数

土层弹性模量为经过真空联合堆载预压处理后土层参数。管沟结构采用混凝土参数。

3 模拟计算结果及分析

3.1 路堤沉降云图

1)原状土体情况下道路沉降两边低中间高，差异沉降(路中与路缘位置沉降差值)大(见图3)。

2)管沟和管沟及格栅体情况下路堤最大沉降位于管沟与路堤中间中点附近，沉降曲线为“W”形，与理论分析较为吻合(见图

4，图5)。

3.2 管沟对路堤沉降的影响

管沟结构类似刚性基础，起到固定作用，能明显降低路中沉降值。对比原状土路堤及管沟路堤沉降云图，管沟路堤路中最大沉降值为13.3 cm，原状土路堤路中最大沉降值为21.7 cm，下降40%。且沉降变化更均匀，管沟路堤差异沉降(路中与路缘位置沉降差值)为6.7 cm，原状土路堤差异沉降为14.7 cm。

3.3 加筋体对路堤沉降的影响

对比管沟路堤和管沟结构加筋体路堤沉降模拟计算结果分析得出，加筋体能有效降低路堤沉降，路中最大沉降值从13.3 cm降低至10.4 cm，路堤外边缘沉降值从6.6 cm降至5.1 cm。

土工格栅能有效地抑制路堤的竖向和侧向变形，对地基沉降起到均化作用，并能有效传递荷载至路堤坡脚及管沟处，提高路堤的稳定性。

4 结语

结合南沙市政道路项目的设计分析，可得出以下结论：管沟结构及加筋体对路堤沉降调节作用明显。结构物的存在能有效分担路堤上部荷载，加筋体使路堤荷载分布更加均衡，从而降低路堤沉降和差异沉降。在路堤沉降治理中，采用管沟加加筋体的分担组合能取得明显经济效益。

[1] GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].

[2] JTG D30—2014，公路路堤设计规范[S].

[3] 张 丽，李雅琦.基于midas/GTS的土工格栅加筋路堤边坡的有限元分析[J].城市建设理论研究(电子版)，2012(35)：11.

[4] GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].

Analysis on the impact of utility tunnel and geogrid upon embankment settlement on the basis of Midas-GTS

Xu Jiangping

(GuangzhouMunicipalEngineeringDesignAcademyHeadquarter,Guangzhou510060,China)

By the Nansha road project, using Midas-GTS software establish the finite element model to analyze influence of utility tunnel and geogrid-reinforced embankment, indicate that the utility tunnel to take the effect of fixation, the geogrid can exert the tensile effect to reduce soil deformation.

embankment settlement, finite element analysis, utility tunnel, geogrid

1009-6825(2016)11-0159-02

2016-01-25

徐江平(1989- )，男，助理工程师

U416.12

A