公路改擴(kuò)建路基加寬錨樁—格柵體系加固技術(shù)的分析

周艷琴

摘 要：伴隨經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展及交通量的日益增多，道路已無法滿足當(dāng)前交通事業(yè)發(fā)展需求，如何加寬改造公路已經(jīng)成為人們普遍關(guān)注的問題。公路改造工程涉及到新路路基搭接問題，一般采取臺階開挖+土工格柵的方式，實(shí)現(xiàn)新舊路基相互結(jié)合的目的。但這種方式差異沉降較大。為實(shí)現(xiàn)高填方路基加寬效果的有效提升，本文提出了“錨樁-格柵體系加固法”。該方式的合理應(yīng)用，可提升公路工程施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：公路工程；改擴(kuò)建施工；路基加寬；錨固加筋技術(shù)

中圖分類號：U416 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）12-0110-02

自改革開放以后，我國公路建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大。高填方路基作為公路工程施工的重要內(nèi)容，加寬施工中，因堤身存在壓密變形及地基沉降等因素，導(dǎo)致新加寬路基沉降變形情況較為嚴(yán)重，在基本完成老路沉降后，新舊路基之間側(cè)差異沉降將大大增加。因原路基臺階開挖寬度受到制約，且原路基鋪設(shè)土工格柵時(shí)，其錨固長度不足，無法增加筋土界面摩擦力，同時(shí)因差異沉降較大，導(dǎo)致原路基臺階上土工格柵極易出現(xiàn)滑動問題，進(jìn)而影響土工格柵加筋效果的充分發(fā)揮，致使新路基順著新舊路基接觸面不斷移動，最終出現(xiàn)新路基失穩(wěn)現(xiàn)象。為實(shí)現(xiàn)高填方路基加寬效果，筆者認(rèn)為可選取路基錨樁-格柵體系法進(jìn)行施工。該技術(shù)的應(yīng)用能夠有效防止原路基臺階上土工格柵出現(xiàn)滑動現(xiàn)象，還能將其加筋效果充分發(fā)揮出現(xiàn)，穩(wěn)定新舊路基，并對新舊路基的不均勻沉降加以嚴(yán)控。

1 作用機(jī)理

當(dāng)前，加筋錨固技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，因錨固位置、材質(zhì)不同，加固方式也所有不同，主要包含錨樁加固、錨索加固、土工格柵等。原路基邊坡開挖施工后，加固時(shí)可選取土工格柵施工，同時(shí)，向原路基內(nèi)部設(shè)置錨樁，進(jìn)行錨樁-格柵加固體系的建立，保證原路基能夠充分連接土工格柵，確保該結(jié)構(gòu)具有良好整體性、穩(wěn)定性及抗變形能力。錨樁和土工格柵之間相互作用、相互影響，才能將土工格柵的加筋效果充分發(fā)揮出現(xiàn)，才能對新舊路基不均勻沉降加以嚴(yán)格控制。

2 錨樁-格柵加固體系施工工藝

（1）清表。要求將坡面雜物清理干凈，如腐殖土、表皮土等。（2）臺階開挖。按照工程實(shí)際情況，對臺階寬度及高度加以準(zhǔn)確確定。（3）預(yù)制錨樁。鋼筋混凝土錨樁的直徑為20cm、長度為2m。根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求，需將一定子彈頭形狀設(shè)置到端頭位置，為打樁施工提供便利。（4）錨樁布置。錨樁布設(shè)時(shí)，其間距需控制在2m左右，需將一定鋼筋頭設(shè)置到樁上端，為土工格柵固定提供便利。（5）打樁。錨樁與臺階開挖轉(zhuǎn)角位置距離10cm位置設(shè)置，隨后進(jìn)行錘擊施工，待錘擊動力作用下，保證其向原路基土體內(nèi)進(jìn)入。（6）格柵布設(shè)。待填筑加寬路基高度等同于臺階高度后，即可進(jìn)行土工格柵鋪設(shè)。且將橫向肋條和錨樁外露鋼筋斗或向樁身套入待其連接后，即可將格柵拉緊、固定。（7）填土碾壓。完成上述作業(yè)后，即可碾壓土工格柵上的填土，隨后填筑下一層。

3 錨樁-格柵加固體系數(shù)值分析

3.1 參數(shù)設(shè)置與基本假定

為對錨樁-格柵加固體系進(jìn)行充分了解，應(yīng)通過PLAXIS軟件進(jìn)行路基加寬模型的建立。該結(jié)構(gòu)模型的依據(jù)為摩爾-庫倫理論，所有土層計(jì)算參數(shù)如表1所示。8m為公路路基高度，1：1.5為邊坡坡度，26m為原路基寬度。模型內(nèi)8m為兩側(cè)加寬的寬度，30m為地基設(shè)計(jì)深度，按照表1遵循從上到下的順序?qū)崿F(xiàn)土層分布。80m為計(jì)算寬度值，20kpa為路面自重和車輛荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力值。因土工格柵無抗彎剛度，因能受拉，選取該軟件模擬格柵單元時(shí)，可以線彈性體作為各個單元，荷載影響下，土工格柵僅能產(chǎn)生一維變形，達(dá)到抗拉功能。選取點(diǎn)對點(diǎn)模擬錨樁，加固錨樁可選取高強(qiáng)度格柵模擬，土工格柵的剛度參數(shù)為500kN.m-1；錨樁剛度參數(shù)為10000kN.m-1。

3.2 建立模型

因模型選取有限元軟件分析具備對稱性，因此，可按照工程現(xiàn)場具體狀況，研究對象以結(jié)構(gòu)50%為主，對稱面為原路基中心線。設(shè)置模型位移邊界條件如下：

左右側(cè)豎直邊界水平位移加以約束；

底部邊界豎向、水平位移加以約束；

除地表邊界透水，其他都設(shè)為不透水邊界。

3.3 路基變形效果分析

基底位置進(jìn)行一層土工格柵鋪設(shè)，1.5m為新舊路基結(jié)合位置的長度，土工格柵可鋪設(shè)到新路基2m高、4m高及6m高位置，1m為結(jié)合長度，6m為新路基內(nèi)部鋪設(shè)的土工格柵。錨樁和水平方向之間的夾角為90°，即垂直狀態(tài)，2m為長度。

據(jù)相關(guān)試驗(yàn)分析，路基沉降控制時(shí)，僅使用格柵加固施工效果不佳，8.33%為沉降量減少量。而選取錨樁-格柵加固體系后，沉降控制效果良好，沉降減少了26.67%左右。也就是說，一定程度上，錨樁-格柵加固體系能夠?qū)β坊鶅?nèi)部應(yīng)力進(jìn)行擴(kuò)散，進(jìn)而達(dá)到地表附加沉降量有效控制的目的。如圖1所示。

3.4 受力情況分析

與其他位置相比，結(jié)合部周圍土工格柵的受拉程度較高，與連接位置相距1.5m部位具有最大拉力，每米10.5kN為拉應(yīng)力最大值。該數(shù)值與土工格柵設(shè)計(jì)強(qiáng)度不符，也就是說土工格柵抗拉性能并沒有充分發(fā)揮出來。如僅選取土工格柵加筋處理新舊路基，土工格柵拉力情況上下層也存有差異性，如位于上層的土工格柵要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于下層抗拉性能的發(fā)揮，與地表相距6m的部位，每米拉應(yīng)力最大值僅為4.2kN。而與地表位置相距2m、4m的格柵最大拉應(yīng)力分別為每米9.8kN、9.6kN，差異較小且具有變化規(guī)律基本一致。伴隨臺階端部與土工格柵間距的拉大，其拉應(yīng)力也會有所變化，變化過程為前期快速增加—后期緩慢降低—最后為“0”。

選取錨樁-格柵加固體系加固新舊路基后，土工格柵具地表距離不同，拉應(yīng)力也隨之改變。具體分析如下：與地表距離2m時(shí)，土工格柵受拉應(yīng)力最大，可達(dá)到每米42.4 kN，臺階位置為拉應(yīng)力最大值部位，也就是錨樁連接土工格柵的位置。與地表距離4m時(shí)，土工格柵每米最大拉應(yīng)力為28.6kN，同樣結(jié)合部位置為最大拉應(yīng)力值部位。與地表距離6m時(shí)，拉應(yīng)力較小，但相比僅選用土工格柵加固方案，其拉應(yīng)力依然較大。通過上述分析，可以看出選取錨樁-格柵加固體系加固新舊路基后，能夠?qū)⑵淇估阅苋姘l(fā)揮出來。

3.5 整體穩(wěn)定性評價(jià)

路基加寬模型選取PLAXIS軟件建立，與工程具體情況相結(jié)合，數(shù)值分析時(shí)選取有限元強(qiáng)度折減原理進(jìn)行研究，利用數(shù)值模擬分析的方式，將三種處理方案的安全系數(shù)準(zhǔn)確計(jì)算出來，分別為未加固的安全系數(shù)為2.408、僅使用土工格柵的安全系數(shù)為2.562、錨樁-格柵加固體系3.047。

由此可見，選取錨樁-格柵加固體系施工，可保證土工格柵密切連接原路基，保證兩者形成的結(jié)構(gòu)體具有良好整體性?？蓽p少原路基土工格柵在鋪設(shè)位置出現(xiàn)滑移破壞，能夠?qū)⑼凉じ駯趴估阅艹浞职l(fā)揮出來，以此達(dá)到新舊路基穩(wěn)定性的全面提升。

4 結(jié)語

綜上所述，路基作為公路工程建設(shè)的重要組成部分，能夠有效的保證公路的承載能力和使用年限，在公路工程擴(kuò)建的過程中，對于加寬路基的的質(zhì)量也有著更高的要求，它直接影響著公路工程改擴(kuò)建之后的穩(wěn)定性能和使用壽命。因此在加寬路基施工過程中，應(yīng)采取有效的措施減少沉降，如錨樁-格柵體系加固施工技術(shù)，其施工技術(shù)水平的高低直接影響到了工程建設(shè)質(zhì)量，通過規(guī)范施工工藝，可提高公路工程的通行能力。

參考文獻(xiàn)

[1]尉紅彬.高速公路改擴(kuò)建路基加寬錨固加筋技術(shù)研究[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2013（02）.