公路改扩建路基加宽锚桩—格栅体系加固技术的分析

周艳琴

摘 要：伴随经济社会的快速发展及交通量的日益增多，道路已无法满足当前交通事业发展需求，如何加宽改造公路已经成为人们普遍关注的问题。公路改造工程涉及到新路路基搭接问题，一般采取台阶开挖+土工格栅的方式，实现新旧路基相互结合的目的。但这种方式差异沉降较大。为实现高填方路基加宽效果的有效提升，本文提出了“锚桩-格栅体系加固法”。该方式的合理应用，可提升公路工程施工质量。

关键词：公路工程；改扩建施工；路基加宽；锚固加筋技术

中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）12-0110-02

自改革开放以后，我国公路建设规模逐步扩大。高填方路基作为公路工程施工的重要内容，加宽施工中，因堤身存在压密变形及地基沉降等因素，导致新加宽路基沉降变形情况较为严重，在基本完成老路沉降后，新旧路基之间侧差异沉降将大大增加。因原路基台阶开挖宽度受到制约，且原路基铺设土工格栅时，其锚固长度不足，无法增加筋土界面摩擦力，同时因差异沉降较大，导致原路基台阶上土工格栅极易出现滑动问题，进而影响土工格栅加筋效果的充分发挥，致使新路基顺着新旧路基接触面不断移动，最终出现新路基失稳现象。为实现高填方路基加宽效果，笔者认为可选取路基锚桩-格栅体系法进行施工。该技术的应用能够有效防止原路基台阶上土工格栅出现滑动现象，还能将其加筋效果充分发挥出现，稳定新旧路基，并对新旧路基的不均匀沉降加以严控。

1 作用机理

当前，加筋锚固技术应用较为广泛，因锚固位置、材质不同，加固方式也所有不同，主要包含锚桩加固、锚索加固、土工格栅等。原路基边坡开挖施工后，加固时可选取土工格栅施工，同时，向原路基内部设置锚桩，进行锚桩-格栅加固体系的建立，保证原路基能够充分连接土工格栅，确保该结构具有良好整体性、稳定性及抗变形能力。锚桩和土工格栅之间相互作用、相互影响，才能将土工格栅的加筋效果充分发挥出现，才能对新旧路基不均匀沉降加以严格控制。

2 锚桩-格栅加固体系施工工艺

（1）清表。要求将坡面杂物清理干净，如腐殖土、表皮土等。（2）台阶开挖。按照工程实际情况，对台阶宽度及高度加以准确确定。（3）预制锚桩。钢筋混凝土锚桩的直径为20cm、长度为2m。根据施工设计要求，需将一定子弹头形状设置到端头位置，为打桩施工提供便利。（4）锚桩布置。锚桩布设时，其间距需控制在2m左右，需将一定钢筋头设置到桩上端，为土工格栅固定提供便利。（5）打桩。锚桩与台阶开挖转角位置距离10cm位置设置，随后进行锤击施工，待锤击动力作用下，保证其向原路基土体内进入。（6）格栅布设。待填筑加宽路基高度等同于台阶高度后，即可进行土工格栅铺设。且将横向肋条和锚桩外露钢筋斗或向桩身套入待其连接后，即可将格栅拉紧、固定。（7）填土碾压。完成上述作业后，即可碾压土工格栅上的填土，随后填筑下一层。

3 锚桩-格栅加固体系数值分析

3.1 参数设置与基本假定

为对锚桩-格栅加固体系进行充分了解，应通过PLAXIS软件进行路基加宽模型的建立。该结构模型的依据为摩尔-库伦理论，所有土层计算参数如表1所示。8m为公路路基高度，1：1.5为边坡坡度，26m为原路基宽度。模型内8m为两侧加宽的宽度，30m为地基设计深度，按照表1遵循从上到下的顺序实现土层分布。80m为计算宽度值，20kpa为路面自重和车辆荷载产生的附加应力值。因土工格栅无抗弯刚度，因能受拉，选取该软件模拟格栅单元时，可以线弹性体作为各个单元，荷载影响下，土工格栅仅能产生一维变形，达到抗拉功能。选取点对点模拟锚桩，加固锚桩可选取高强度格栅模拟，土工格栅的刚度参数为500kN.m-1；錨桩刚度参数为10000kN.m-1。

3.2 建立模型

因模型选取有限元软件分析具备对称性，因此，可按照工程现场具体状况，研究对象以结构50%为主，对称面为原路基中心线。设置模型位移边界条件如下：

左右侧竖直边界水平位移加以约束；

底部边界竖向、水平位移加以约束；

除地表边界透水，其他都设为不透水边界。

3.3 路基变形效果分析

基底位置进行一层土工格栅铺设，1.5m为新旧路基结合位置的长度，土工格栅可铺设到新路基2m高、4m高及6m高位置，1m为结合长度，6m为新路基内部铺设的土工格栅。锚桩和水平方向之间的夹角为90°，即垂直状态，2m为长度。

据相关试验分析，路基沉降控制时，仅使用格栅加固施工效果不佳，8.33%为沉降量减少量。而选取锚桩-格栅加固体系后，沉降控制效果良好，沉降减少了26.67%左右。也就是说，一定程度上，锚桩-格栅加固体系能够对路基内部应力进行扩散，进而达到地表附加沉降量有效控制的目的。如图1所示。

3.4 受力情况分析

与其他位置相比，结合部周围土工格栅的受拉程度较高，与连接位置相距1.5m部位具有最大拉力，每米10.5kN为拉应力最大值。该数值与土工格栅设计强度不符，也就是说土工格栅抗拉性能并没有充分发挥出来。如仅选取土工格栅加筋处理新旧路基，土工格栅拉力情况上下层也存有差异性，如位于上层的土工格栅要远远低于下层抗拉性能的发挥，与地表相距6m的部位，每米拉应力最大值仅为4.2kN。而与地表位置相距2m、4m的格栅最大拉应力分别为每米9.8kN、9.6kN，差异较小且具有变化规律基本一致。伴随台阶端部与土工格栅间距的拉大，其拉应力也会有所变化，变化过程为前期快速增加—后期缓慢降低—最后为“0”。

选取锚桩-格栅加固体系加固新旧路基后，土工格栅具地表距离不同，拉应力也随之改变。具体分析如下：与地表距离2m时，土工格栅受拉应力最大，可达到每米42.4 kN，台阶位置为拉应力最大值部位，也就是锚桩连接土工格栅的位置。与地表距离4m时，土工格栅每米最大拉应力为28.6kN，同样结合部位置为最大拉应力值部位。与地表距离6m时，拉应力较小，但相比仅选用土工格栅加固方案，其拉应力依然较大。通过上述分析，可以看出选取锚桩-格栅加固体系加固新旧路基后，能够将其抗拉性能全面发挥出来。

3.5 整体稳定性评价

路基加宽模型选取PLAXIS软件建立，与工程具体情况相结合，数值分析时选取有限元强度折减原理进行研究，利用数值模拟分析的方式，将三种处理方案的安全系数准确计算出来，分别为未加固的安全系数为2.408、仅使用土工格栅的安全系数为2.562、锚桩-格栅加固体系3.047。

由此可见，选取锚桩-格栅加固体系施工，可保证土工格栅密切连接原路基，保证两者形成的结构体具有良好整体性。可减少原路基土工格栅在铺设位置出现滑移破坏，能够将土工格栅抗拉性能充分发挥出来，以此达到新旧路基稳定性的全面提升。

4 结语

综上所述，路基作为公路工程建设的重要组成部分，能够有效的保证公路的承载能力和使用年限，在公路工程扩建的过程中，对于加宽路基的的质量也有着更高的要求，它直接影响着公路工程改扩建之后的稳定性能和使用寿命。因此在加宽路基施工过程中，应采取有效的措施减少沉降，如锚桩-格栅体系加固施工技术，其施工技术水平的高低直接影响到了工程建设质量，通过规范施工工艺，可提高公路工程的通行能力。

参考文献

[1]尉红彬.高速公路改扩建路基加宽锚固加筋技术研究[J].公路交通科技（应用技术版），2013（02）.