[发明专利]一种山区公路生态型半挖半填路基结构及施工方法

权利要求书

1.一种山区公路生态型半挖半填路基结构，包括在山地自然坡度的地面线（1）上依次开挖出开挖线（2）、半挖半填结合部开挖成多级台阶（21）和路肩部分砌筑挡土墙（3），其特征在于所述的多级台阶（21）上铺设多层土工格室（4），该多层土工格室内浇筑半流质胶结料（5），并形成土工格室和胶结料的复合体，该复合体与挡土墙（3）之间填筑填方（6），在挡土墙（3）内的复合体和填方（6）上依次铺筑道路基层（7）和路面（8），并形成土工格室（4）加固的、供车辆通行的生态型半挖半填路基路面稳固结构；所述的复合体、填方（6）和挡土墙（3）内埋设多根排水管（31），每根排水管均伸出挡土墙（3）外排泄渗透水。

2.根据权利要求1所述的一种山区公路生态型半挖半填路基结构，其特征在于所述的多层土工格室（4）由下而上铺筑在开挖线的多级台阶（21）上，该多层土工格室（4）向挡土墙（3）方向延伸一定长度，同时沿半挖半填路基结构的纵向延伸；所述的土工格室（4）和胶结料（5）的复合体与开挖线（2）的多级台阶（21）形成由下而上、从横向至纵向的整体斜向复合体，该复合体断面的总体为斜向上端、下端不等厚梯形，梯形的中心线斜向长度为，与水平线的夹角为，下端水平向厚度为、上端水平向厚度为，变截面的夹角为，以梯形下端中心线起点至上端中心线中点为轴；假设复合体沿半挖半填路基结构的纵向长度远大于斜向长度，故取纵向长度作为斜向梯形的复合体宽度，将该复合体视为一维变厚度弹性地基梁，弹性地基梁两端弹性铰接，根据Winkler假定，弹性地基梁地基反力为，车辆重量等效填方竖向荷载强度为；由库伦土压力理论和弹性力学以及力的平衡原理得到如下计算公式：

公式一、

在车辆荷载和路面（8）、基层（7）、填方（6）主动土压力作用下挡土墙（3）向外产生微小位移，假设破裂面（9）为复合体的梯形截面的上缘顶面即破裂面Ⅱ（92），以非粘性填方为例，作用在复合体的分力分布荷载为

式中，库伦主动土压力系数和与水平线的夹角分别为

由于复合体与其上下接触面之间的作用有摩阻力和轴方向的荷载分力产生剪切变形，轴方向任意处的轴向荷载强度为

垂直于轴方向任意处的荷载强度为

为简化计算，假定复合体作用的摩阻力和轴方向的荷载分力与轴方向挠曲变形无关，取复合体的微元分析，对微元体右侧中心取矩，由，有

略去二阶微量，得

由轴方向的合力等于可得

由弹性地基梁的弯矩与挠度的关系

由以上各式得到弹性地基梁的微分方程为

式中

公式二、

公式一中微分方程为变系数常微分方程，用幂级数求解，但求解过程十分繁杂，现用五次幂级数拟合，设，得

这里假设弹性地基梁的两端点、也符合Winkler假定，两端点、的位移由剪力引起，则由边界条件和荷载条件得

由边界条件得五次幂级数系数和弹性地基梁的两端点、的为

代入可求出和

将以上五个系数代入公式二得到的弹性地基梁拟合的解；

在公式二中，当弹性地基梁的变截面速率或较小时，取简化等截面梁计算，或将弹性地基梁的变截面简化为阶梯梁分段计算，各段取为等截面，根据连续条件列出微分方程组计算，但分段数不宜过多，以免增加计算工程量；

公式三、

为了求得弹性地基梁弯矩的最大值，令，即

如能在上述方程求出区间内的实数根，则可得到弹性地基梁弯矩的极大值和最大值，并结合实际问题分析最大值是否合理，舍弃不合理的最大值，再按取值应用；

同理，为了求得弹性地基梁剪力的最大值，令，即

如能在上述方程求出区间内的实数根，则可得到弹性地基梁剪力的极大值和最大值，并结合实际问题分析最大值是否合理，舍弃不合理的最大值，再按

取值应用；

公式四、

公式一、公式二、公式三和公式四中的各符号定义为：

——分别为弹性地基梁的宽度、弹性地基梁上端的水平厚度、弹性地基梁下端的水平厚度、弹性地基梁任意处的截面高度、弹性地基梁斜向的长度、车辆荷载的宽度、车辆荷载的长度，；

——分别为挡土墙（3）的高度即弹性地基梁下端至上端的竖向高度、基层（7）的厚度、路面（8）的厚度，；

——分别为车辆重量、车辆等效填方（6）竖向荷载强度，；

——在车辆荷载和路面（8）、基层（7）、填方（6）主动土压力作用在复合体任意处的分力分布荷载，；

——在车辆荷载和路面（8）、基层（7）、填方（6）主动土压力作用在复合体中心线任意处的轴向分布荷载，；

——在车辆荷载和路面（8）、基层（7）、填方（6）主动土压力作用在复合体中心线任意处的垂向分布荷载，；

——弹性地基梁的地基反力，；

——弹性地基梁的地基反力系数，由查阅资料或实测得到，无量纲、；

——弹性地基梁顶面以上车辆荷载和结构荷载之和对弹性地基梁顶面的总压力、填方（6）的内摩擦角、挡土墙（3）墙背的摩擦角，；

——分别为复合体组成的弹性地基梁的泊松比、弹性地基梁顶面以上车辆荷载和结构荷载的库伦土压力系数，无量纲；

——分别为复合体的弹性地基梁弹性模量、土工格室（4）的弹性模量、胶结料（5）的弹性模量、弹性地基梁的任意处截面的惯性矩、弹性地基梁下端截面的惯性矩、弹性地基梁上端截面的惯性矩、弹性地基梁复合体中土工格室的弹性模量比例系数、弹性地基梁复合体中胶结料的弹性模量比例系数，其中由试验确定，、无量纲；

——弹性地基梁变形引起的方向单位长度摩阻力，；

——弹性地基梁变形引起的方向拉力，；

——分别为斜向弹性地基梁下端中心原点的轴、与轴垂直的轴，；

——分别为弹性地基梁与水平线的夹角、线性变截面弹性地基梁的截面变化率的夹角，；

——编号1,2,3....；

——分别为弹性地基梁在荷载作用下的挠曲线、五次幂级数拟合的挠曲线、五次幂级数拟合的弹性地基梁下端处的挠度、五次幂级数拟合的弹性地基梁上端处的挠度，；

——分别为的路面（8）的重度、基层（7）的重度、填方（6）的重度、复合体的重度，；

——分别为弹性地基梁在荷载作用下任意处的弯矩、弹性地基梁在五次幂级数拟合的任意处的弯矩、弹性地基梁在五次幂级数拟合下端处的弯矩、弹性地基梁在五次幂级数拟合上端处的弯矩，；

——分别为弹性地基梁在荷载作用下任意处的剪力、弹性地基梁在五次幂级数拟合的任意处的剪力、弹性地基梁在五次幂级数拟合下端处的剪力、弹性地基梁在五次幂级数拟合上端处的剪力，；

——分别为弹性地基梁在五次幂级数拟合的待定系数，。