陳碧云

（莆田市交通投資集團(tuán)有限公司，福建 莆田 351200）

0 引言

在道路改造工程施工中不可避免地會(huì)遇到新舊路基銜接的情況，最常用的施工方式便是對(duì)原有舊路基邊坡實(shí)施階梯處理，并在臺(tái)階上方設(shè)置土工格柵，使新舊路基形成一個(gè)整體。因原始路基寬度的限制，導(dǎo)致臺(tái)階分級(jí)寬度不足，大大縮短土工格柵在舊路基中的搭接寬度，進(jìn)而顯著降低筋土界面摩擦力，使新舊結(jié)合處出現(xiàn)嚴(yán)重的不均勻沉降，導(dǎo)致土工格柵在原始舊路基臺(tái)階位置出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，進(jìn)而造成新路基失穩(wěn)。為有效增強(qiáng)高填方路基拓寬的性能，本文提出一項(xiàng)新的路基加寬錨固加筋技術(shù)，能夠有效展現(xiàn)加筋性能，確保新舊路基的完美結(jié)合，避免結(jié)合部位不均勻沉降的產(chǎn)生。

1 路基加寬錨固加筋法作用機(jī)理

1.1 錨桿錨固機(jī)理分析

錨桿錨固體系是由錨桿桿體、膠結(jié)材料以及被錨固結(jié)構(gòu)三部分組成。其承載性能的高低是由錨固技術(shù)自身特征決定的，具體包括：錨固體強(qiáng)度、錨固端長(zhǎng)度、錨固形式、錨桿規(guī)格以及灌漿料強(qiáng)度等。錨桿的抗拔性能取決于錨桿和灌漿體之間的作用力。當(dāng)二者之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)后，錨固區(qū)域內(nèi)的部分位置便會(huì)出現(xiàn)破壞，這種情況下二者之間的摩擦阻力便最大程度地發(fā)揮效用。

1.2 土工格柵在新老路基結(jié)合部拼接中的作用機(jī)理

土工格柵在新舊路基結(jié)合位置的作用機(jī)理，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

第一，通過對(duì)結(jié)合位置水平應(yīng)力的約束，最大程度地增大土體的抗剪能力，使新舊路基之間的相互作用增大，進(jìn)而全面提升加寬路基整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

第二，降低新舊路基和結(jié)合位置的不均勻沉降。土工格柵加筋能有效增強(qiáng)新舊路基之間的整體性能，從而有效降低二者之間的不均勻沉降。

第三，土工格柵和新路基填料之間相互融合，一定程度上阻止了新路基的側(cè)向位移，全面提升了加寬路基的穩(wěn)定性。

1.3 錨固加筋組合結(jié)構(gòu)機(jī)理分析

因各層次筋材在抵抗新路基變形時(shí)提供的作用力存在顯著差異，選取第i 層筋材進(jìn)行研究，它所提供的拉力為T

式（1）中：T為筋材的長(zhǎng)期設(shè)計(jì)強(qiáng)度；P為第i 層筋材錨固在臺(tái)階上的抗拔力。

在臺(tái)階寬度不足，筋材搭接長(zhǎng)度較短時(shí)，其抗拔力也較小，因此新舊路基所產(chǎn)生的不均勻沉降不易控制。如圖1所示，筋材連接舊路基邊坡錨桿后，T可升至T，全面展示筋材對(duì)高填方路基不均勻沉降變形的約束性能。

圖1 錨固加筋組合結(jié)構(gòu)筋材拉應(yīng)力分布曲線示意圖

2 錨固加筋組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)

進(jìn)行高填方路基加寬錨固加筋組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是確定錨桿拉力的設(shè)計(jì)值。當(dāng)?shù)趇 層筋材所供給的拉力為T時(shí)，通過臺(tái)階的約束作用抵消掉一部分P后，剩余T全部由錨桿來承受，即：

式（2）中：T為筋材展示的極限拉力，當(dāng)處于極限平衡狀態(tài)時(shí)，其值為T；P為第i 層筋材的抗拔力；σ′為第i 層筋材上部的縱向壓應(yīng)力；L為第i 層土筋材錨固長(zhǎng)度，大小等同臺(tái)階寬；b 為筋材實(shí)際寬度，在土工格柵加筋土結(jié)構(gòu)中b=lm。

式（3）中：W為路面及車輛作用的荷載；γ 為錨固范圍折減系數(shù)；h為錨固厚度。

錨桿中的拉力：

式（4）中：P為錨桿承受的第i 層拉力；S為相鄰錨桿間的橫向間距；ω 為錨桿和水平方向的夾角。

通過計(jì)算得出錨桿中拉力設(shè)計(jì)值，便能結(jié)合舊路基土質(zhì)的力學(xué)性能指標(biāo)，確定錨桿的材質(zhì)、長(zhǎng)度及桿徑等。

3 錨固加筋技術(shù)控制高填方路基加寬的效果分析

為探究錨固加筋技術(shù)在高填方加寬路基中的應(yīng)用效果，選取某高速公路拓寬的實(shí)際工程案例實(shí)施數(shù)值分析。

3.1 工程概況

某高速公路改擴(kuò)建工程總長(zhǎng)度43.5km，設(shè)計(jì)將原始雙向四車道拓展為雙向八車道。原始路基寬度26m，高度8m，沿原始路基左右兩側(cè)分別加寬8m。地表下方土層分布為粉質(zhì)黏土（厚10.0m）、黏土（厚10.2m）、粉土(厚10.5m)。

3.2 模型建立與參數(shù)選取

因影響高速公路路基加寬的因素較多，為便于計(jì)算，做出如下假設(shè)：

第一，將其作為平面，實(shí)施二維有限元模擬；

第二，應(yīng)用M-C 理想彈塑性模型；

第四，舊路基與地基之間的原始應(yīng)力由其二者自身荷載產(chǎn)生。

結(jié)合運(yùn)算斷面構(gòu)建有限元分析模型。土層相關(guān)計(jì)算參數(shù)見表1，格柵及錨桿相關(guān)參數(shù)指標(biāo)見表2。

表1 土層計(jì)算參數(shù)

表2 格柵計(jì)算參數(shù)

拉筋和土體間的應(yīng)力傳遞和界面的力學(xué)性能密切相關(guān)，地層分布情況如圖2所示。

圖2 地基土層分布

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

為了解該方案的實(shí)際效果，通過三種拓寬方式進(jìn)行比較。具體方案如下：

第一，開挖臺(tái)階；

第二，開挖臺(tái)階+土工格柵加筋；

第三，開挖臺(tái)階+土工格柵加筋+錨桿加固。

3.1.2 二次壓縮結(jié)構(gòu) 在完成一次壓縮后，枝丫材捆被間歇式帶入二次壓縮料倉(cāng)中，再由二次壓縮機(jī)構(gòu)對(duì)枝丫材進(jìn)行二次壓縮，完成枝丫材的整體壓縮成型程序，并為下步的打捆程序做好準(zhǔn)備。該系統(tǒng)主要由半圓型壓板、二次壓縮油缸、機(jī)架、移動(dòng)橫梁、轉(zhuǎn)軸等部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖6。

3.3.1 地基變形效果分析

（1）地表豎向沉降

通過有限元模擬結(jié)果能夠看出，采用土工格柵的治理效果不太理想，與僅開挖臺(tái)階的處理方式相比，新路面沉降量降低了0.3%。而在采用錨固加筋技術(shù)后新路表的沉降量降低了7.1%，有效分散了基底應(yīng)力。

（2）地表水平位移

通過有限元模擬結(jié)果能夠看出，采用土工格柵的治理效果與僅開挖臺(tái)階的處理方式相比，新路地表水平位移降低了14.0%，而在采用錨固加筋技術(shù)后新路地表水平位移降低了40.5%。

3.3.2 路基面沉降效果分析

圖3表示采用不同方案處理后新舊路基面工后附加沉降曲線。通過圖中曲線能夠看出，方案二對(duì)新路基面的工后沉降和差異沉降有輕微改變，最嚴(yán)重的沉降部位仍處于新舊路基交接部位，路面坡比改變量為0.56%，高于現(xiàn)行規(guī)范允許值。而通過方案三處理后路基表面工后沉降得到明顯改善，降低了12.8%，同時(shí)不均勻沉降現(xiàn)象也有效改善，路面坡比改變量?jī)H為0.35%，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖3 不同方式處治后路基面工后附加沉降

3.3.3 格柵受力分析

圖4表示通過方案二治理后格柵的實(shí)際受力狀況。整體來看，格柵拉力嚴(yán)重不足，極限拉力為16.2kN/m。圖5表示通過方案三處理后格柵實(shí)際受力狀況。當(dāng)高度為2m 時(shí)格柵所承受的拉力最大，最大值為84.6kN/m，高度為4m 時(shí)格柵承受拉力為57.1kN/m，均位于新舊路基結(jié)合處，當(dāng)高度為6m 時(shí)，格柵受力較低，但相對(duì)于方案二處理效果，效果依然可觀?？傮w來講，錨固加筋組合結(jié)構(gòu)有效提升了格柵的抗拉性能，更加科學(xué)有效地提升新舊路基結(jié)合處整體穩(wěn)定性。

圖4 方案二處治時(shí)各層格柵受力大小

圖5 方案三處治時(shí)各層格柵受力大小

3.3.4 高填方路基加寬的穩(wěn)定性分析

通過有限元強(qiáng)度折減法分別得出了三種治理工況的安全系數(shù)，依次為：2.408、2.562、3.047。通過數(shù)據(jù)能夠看出，在高填方路基加寬施工中應(yīng)用錨固加筋組合結(jié)構(gòu)，能有效提升其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和可靠性。

4 結(jié)語

公路改擴(kuò)建施工中，科學(xué)有效地完成新舊路基之間的結(jié)合，從根本上防止結(jié)合部位產(chǎn)生不均勻沉降，成為公路路基加寬施工的難題。本文引入了路基加寬錨固加筋技術(shù)，利用錨桿施工原理對(duì)開挖后的舊路基邊坡實(shí)施加固，通過錨桿中固定的鋼筋與土工格柵之間的連接，使土工格柵和舊路基形成整體，大大增加其整體穩(wěn)定性。同時(shí)，采用有限元計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，對(duì)三種方案加寬路基產(chǎn)生的地基沉降與水平位移、路基表面沉降和格柵受力情況進(jìn)行了全面分析。數(shù)據(jù)顯示，在高填方路基加寬施工中應(yīng)用錨固加筋法，可大幅度提升格柵的抗拉性能，有效控制新舊路基不均勻沉降，從根本上提升新舊路基結(jié)合處整體穩(wěn)定性。