[發明專利]一種山區公路生態型半挖半填路基結構及施工方法

在審

• 申請號: 202210997025.8
• 申請日: 2022-08-19
• 公開（公告）號: CN115341425A
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 郭康;謝旭輝;賀挺挺;王建;謝杰;黃耀斌;林紫嫣;杜雨波;勵斌
• 申請（專利權）人: 寧波交通工程建設集團有限公司
• 主分類號: E01C3/04
• 分類號: E01C3/04;E02D29/02;E02D3/00;E02D3/10;G06F30/13;G06F30/20
• 代理公司: 寧波天一專利代理有限公司 33207
• 代理人: 張晨

1.一種山區公路生態型半挖半填路基結構，包括在山地自然坡度的地面線（1）上依次開挖出開挖線（2）、半挖半填結合部開挖成多級臺階（21）和路肩部分砌筑擋土墻（3），其特征在于所述的多級臺階（21）上鋪設多層土工格室（4），該多層土工格室內澆筑半流質膠結料（5），并形成土工格室和膠結料的復合體，該復合體與擋土墻（3）之間填筑填方（6），在擋土墻（3）內的復合體和填方（6）上依次鋪筑道路基層（7）和路面（8），并形成土工格室（4）加固的、供車輛通行的生態型半挖半填路基路面穩固結構；所述的復合體、填方（6）和擋土墻（3）內埋設多根排水管（31），每根排水管均伸出擋土墻（3）外排泄滲透水。

2.根據權利要求1所述的一種山區公路生態型半挖半填路基結構，其特征在于所述的多層土工格室（4）由下而上鋪筑在開挖線的多級臺階（21）上，該多層土工格室（4）向擋土墻（3）方向延伸一定長度，同時沿半挖半填路基結構的縱向延伸；所述的土工格室（4）和膠結料（5）的復合體與開挖線（2）的多級臺階（21）形成由下而上、從橫向至縱向的整體斜向復合體，該復合體斷面的總體為斜向上端、下端不等厚梯形，梯形的中心線斜向長度為，與水平線的夾角為，下端水平向厚度為、上端水平向厚度為，變截面的夾角為，以梯形下端中心線起點至上端中心線中點為軸；假設復合體沿半挖半填路基結構的縱向長度遠大于斜向長度，故取縱向長度作為斜向梯形的復合體寬度，將該復合體視為一維變厚度彈性地基梁，彈性地基梁兩端彈性鉸接，根據Winkler假定，彈性地基梁地基反力為，車輛重量等效填方豎向荷載強度為；由庫倫土壓力理論和彈性力學以及力的平衡原理得到如下計算公式：

公式一、

在車輛荷載和路面（8）、基層（7）、填方（6）主動土壓力作用下擋土墻（3）向外產生微小位移，假設破裂面（9）為復合體的梯形截面的上緣頂面即破裂面Ⅱ（92），以非粘性填方為例，作用在復合體的分力分布荷載為

式中，庫倫主動土壓力系數和與水平線的夾角分別為

由于復合體與其上下接觸面之間的作用有摩阻力和軸方向的荷載分力產生剪切變形，軸方向任意處的軸向荷載強度為

垂直于軸方向任意處的荷載強度為

為簡化計算，假定復合體作用的摩阻力和軸方向的荷載分力與軸方向撓曲變形無關，取復合體的微元分析，對微元體右側中心取矩，由，有

略去二階微量，得

由軸方向的合力等于可得

由彈性地基梁的彎矩與撓度的關系

由以上各式得到彈性地基梁的微分方程為

式中

公式二、

公式一中微分方程為變系數常微分方程，用冪級數求解，但求解過程十分繁雜，現用五次冪級數擬合，設，得

這里假設彈性地基梁的兩端點、也符合Winkler假定，兩端點、的位移由剪力引起，則由邊界條件和荷載條件得

由邊界條件得五次冪級數系數和彈性地基梁的兩端點、的為

代入可求出和

將以上五個系數代入公式二得到的彈性地基梁擬合的解；

在公式二中，當彈性地基梁的變截面速率或較小時，取簡化等截面梁計算，或將彈性地基梁的變截面簡化為階梯梁分段計算，各段取為等截面，根據連續條件列出微分方程組計算，但分段數不宜過多，以免增加計算工程量；

公式三、

為了求得彈性地基梁彎矩的最大值，令，即

如能在上述方程求出區間內的實數根，則可得到彈性地基梁彎矩的極大值和最大值，并結合實際問題分析最大值是否合理，舍棄不合理的最大值，再按取值應用；

同理，為了求得彈性地基梁剪力的最大值，令，即

如能在上述方程求出區間內的實數根，則可得到彈性地基梁剪力的極大值和最大值，并結合實際問題分析最大值是否合理，舍棄不合理的最大值，再按

取值應用；

公式四、

公式一、公式二、公式三和公式四中的各符號定義為：

——分別為彈性地基梁的寬度、彈性地基梁上端的水平厚度、彈性地基梁下端的水平厚度、彈性地基梁任意處的截面高度、彈性地基梁斜向的長度、車輛荷載的寬度、車輛荷載的長度，；

——分別為擋土墻（3）的高度即彈性地基梁下端至上端的豎向高度、基層（7）的厚度、路面（8）的厚度，；

——分別為車輛重量、車輛等效填方（6）豎向荷載強度，；

——在車輛荷載和路面（8）、基層（7）、填方（6）主動土壓力作用在復合體任意處的分力分布荷載，；

——在車輛荷載和路面（8）、基層（7）、填方（6）主動土壓力作用在復合體中心線任意處的軸向分布荷載，；

——在車輛荷載和路面（8）、基層（7）、填方（6）主動土壓力作用在復合體中心線任意處的垂向分布荷載，；

——彈性地基梁的地基反力，；

——彈性地基梁的地基反力系數，由查閱資料或實測得到，無量綱、；

——彈性地基梁頂面以上車輛荷載和結構荷載之和對彈性地基梁頂面的總壓力、填方（6）的內摩擦角、擋土墻（3）墻背的摩擦角，；

——分別為復合體組成的彈性地基梁的泊松比、彈性地基梁頂面以上車輛荷載和結構荷載的庫倫土壓力系數，無量綱；

——分別為復合體的彈性地基梁彈性模量、土工格室（4）的彈性模量、膠結料（5）的彈性模量、彈性地基梁的任意處截面的慣性矩、彈性地基梁下端截面的慣性矩、彈性地基梁上端截面的慣性矩、彈性地基梁復合體中土工格室的彈性模量比例系數、彈性地基梁復合體中膠結料的彈性模量比例系數，其中由試驗確定，、無量綱；

——彈性地基梁變形引起的方向單位長度摩阻力，；

——彈性地基梁變形引起的方向拉力，；

——分別為斜向彈性地基梁下端中心原點的軸、與軸垂直的軸，；

——分別為彈性地基梁與水平線的夾角、線性變截面彈性地基梁的截面變化率的夾角，；

——編號1,2,3....；

——分別為彈性地基梁在荷載作用下的撓曲線、五次冪級數擬合的撓曲線、五次冪級數擬合的彈性地基梁下端處的撓度、五次冪級數擬合的彈性地基梁上端處的撓度，；

——分別為的路面（8）的重度、基層（7）的重度、填方（6）的重度、復合體的重度，；

——分別為彈性地基梁在荷載作用下任意處的彎矩、彈性地基梁在五次冪級數擬合的任意處的彎矩、彈性地基梁在五次冪級數擬合下端處的彎矩、彈性地基梁在五次冪級數擬合上端處的彎矩，；

——分別為彈性地基梁在荷載作用下任意處的剪力、彈性地基梁在五次冪級數擬合的任意處的剪力、彈性地基梁在五次冪級數擬合下端處的剪力、彈性地基梁在五次冪級數擬合上端處的剪力，；

——分別為彈性地基梁在五次冪級數擬合的待定系數，。