高速公路改擴建項目中錨固加筋技術的應用探討

李威

（廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引言

以往我國在高速公路建設中主要設計為雙向4車道或者6車道，在社會經濟不斷發展的過程中，交通流量也迅速增加，很多高速公路已不能滿足新時期交通運輸需求，急需加寬改造。而在高速公路加寬改造項目中，新路基面臨較大沉降變形問題，此時老路基已基本完成沉降，在改造工程投用后，隨著時間的推移新路基和老路基沉降的差異會不斷加大。為改善此狀況，提出在高速公路改擴建的路基加寬施工中應用錨固加筋技術，即先在老路基邊坡上固定錨桿，使錨桿的固定鋼筋和土工格柵相互連接，讓土工格柵、老路基兩者形成相對穩定的整體，盡量減少土工格柵滑動位移，增強加筋效果，并對路基不均勻沉降加以控制。

1 錨桿錨固和土工格柵拼接機理

1.1 錨桿錨固機理

錨桿錨固系統主要包含3種介質，分別是被錨固巖土體、膠結材料或者灌漿體、錨桿桿體。錨桿桿體和膠結材料的兩者界面以及巖土體和膠結材料的兩者界面屬于不同介質過渡區域，相應區域會較大程度地對錨固系統的承載力產生影響。通過分析錨固技術特點，發現錨固系統承載力的因素主要包括灌漿體強度、巖土體強度、錨孔、錨桿直徑、錨固類型及錨固段長度等。在灌漿體和錨桿兩者黏結沒有受到破壞前，主要由結合力發揮作用，如果灌漿體和錨桿兩者出現相對位移，那么連接界面就會受到破壞，此時主要由灌漿體和錨桿兩者間的摩擦力發揮作用，所以機械作用是影響表面帶螺紋錨桿結合力的關鍵因素，而且相比于表面光滑的錨桿，此類錨桿具有更高的抗剪承載力。

1.2 土工格柵拼接應用的作用機理

在新老路基結合部位拼接應用土工格柵，其作用機理主要體現在以下3個方面：①可使路基結合部位的水平應力更低，并能增強土體抗剪強度，使新老路基相互之間的約束力變大，保證在路基加寬之后的結構整體具有更高穩定性。新老路基結合部位的土體會產生水平應力，主要由土工格柵予以承受，有效改善結合部位的應力分布情況，使結合部位的土體具有更高抗剪強度，延緩或避免出現路基裂縫以及滑動破壞情況。②新老路基結合部位的差異沉降會更加均勻。受到土工格柵的加筋作用影響，新老路基具有更高整體性，共同承受荷載土體范圍更大，全面抵抗變形，使新老路基頂面所產生的橫向沉降差異減小。③新路基填料和土工格柵會產生一定相互作用，對新路基側向變形予以約束，降低新填路基順著基底發生滑動破壞的概率，使新加寬路基具有更高穩定性。

結合上述機理表現，可發現在土體和土工格柵兩者相互作用力發揮下，能優化結構整體抗拉性能，使新老路基變形問題得到改善。但在實際施工中，土工格柵往往不能充分發揮抗拉性能。為充分發揮土工格柵的優勢，使新老路基變形問題得到改善，有必要為其提供強大的錨固力，使其抗拉性能充分發揮出來。高速公路在改擴建項目中加寬路基，可在開挖臺階尺寸不符合格柵錨固長度的時候，聯合運用錨固加筋組合結構，提升加筋效果，合理控制新老路基的沉降差異，并有效控制不協調變形，使新老路基具有更好的整體性、穩定性。

2 工程概述

廣西濱海公路是連接北部灣沿海城市的一條高等級公路，項目路線全長為5.03 km，其中大風江大橋橋長為1 386.00 m，引道長為3 644.00 m。主橋采用（85＋2×160＋85）m預應力混凝土連續剛構橋，橋長為490 m；引橋均采用預應力混凝土（后張）先簡支后連續T梁橋，欽州側引橋橋跨布置為9×40 m，北海側引橋橋跨布置為13×40 m，引橋全長為896.00 m。橋梁寬度為33 m，雙向6車道，橋梁設計荷載為公路-Ⅰ級，設計時速100km；引道為整體式路基，路基標準寬度為33.50 m，雙向6車道，設計時速100 km。經勘查，該項目場地軟土分布較廣，厚度變化較大，主要分布著水田、蝦塘、河床、潮間帶及溝谷等低洼地段，以飽和淤泥、淤泥質黏土、粉質黏土為主，多呈流～軟塑狀，具有承載力低、壓縮性高、靈敏度高、易觸變、易變形沉降等特點，工程性質差若不采取有效的處理措施，將對公路工程地基穩定和沉降產生不利影響。該項目擴建施工中特采取錨固加筋技術，對高填方加寬路基的不均勻沉降加以控制，以提升施工質量。

3 錨固加筋結構設計

在該高速公路擴建期間，通過應用土工合成材料減少新老路基存在的不協調變形問題，必須設置一個堅實的錨固力，以增強其抗拉性能。在高填方路基加寬設計中，若臺階開挖規格達不到格柵錨固長度要求，通過設計加筋錨固組合式結構，以提升加筋效果，縮小新路基和老路基之間的沉降差，并對不協調變形情況加強控制，使加寬路基具有更高的穩定性[1]。

在該擴建工程高填方路基加寬施工中設計錨固加筋組合式結構，關鍵是要合理確定錨桿拉力設計值。在路基加寬中沿筋材長向拉應力分布中，其中筋材（第i層）向新路基產生了Ti的拉力，有Puoi受到臺階拉拔力影響而消散，錨桿承擔剩余的Treari，算式為

式（1）中，Treari指筋材最大拉力值，若保持極限平衡狀態，取Tltds；Pupi指筋材（第i層）抗拉力；σni'指在筋材（第i層） 上發揮作用的豎向壓應力，且σni'=γhi+ws，ws指車輛及路面的附加荷載；b指筋材寬度，本工程設計為土工格柵加筋土的結構，所以b取1 m；Lei指土筋材（第i層）錨固長度，和臺階寬度相等[2]。

按照公式（2）所示，計算在錨桿上發揮作用的拉力，即

式（2）中，Pani指在錨桿（第i層）中發揮作用的拉力，Shi指在水平方向上相鄰的錨桿間距，w指錨桿和水平方向之間的夾角。

根據相關公式計算錨桿拉力設計值之后，可結合原路基土體的物理性質設計長度及錨孔直徑，并在綜合考慮多項因素基礎上合理選擇錨桿材料。

4 技術應用要點

設該高速公路改擴建路基加寬施工中所使用的新路基填料和原路基一致，施工中以通鋪的方式在路基的基底鋪設一層土工格柵，在老路基中的伸入長度是1.5 m，和臺階寬度相等；在路基填高分別是2 m、4 m和6 m的部位再各鋪設一層，在老路基中的伸入長度是1.0 m，而后鋪設于新加寬路基當中，長度是6 m，在相應高度原路基的臺階上方設置錨桿，錨桿長為4 m，和水平面保持30°角，施工中聯合應用開挖臺階、土工格柵加筋以及錨桿加固技術。

錨固加筋技術應用中，主要涉及以下施工工序：①清表，即徹底清除坡面的雜物，比如表皮土、腐殖土等。②臺階開挖，主要結合工程實際情況確定臺階高度和寬度。③預制錨樁，此工程中所用鋼筋混凝土錨樁長度為2 m、直徑為20 cm，并按照施工設計要求在端頭部位設置成特定子彈頭形狀，從而為后續打樁施工提供便利。④布設錨樁，在此環節主要將間距控制在約2 m，并在樁上端設置鋼筋頭，以便后續固定土工格柵。⑤打樁，此環節注意錨樁和臺階相應開挖轉角應保持10 cm的間距，而后錘擊，利用錘擊動力確保其進入原路基土體中。⑥布設格柵，在臺階高度和待填筑加寬路基相應高度一致后鋪設土工格柵，同時在橫向肋條和朝上折起的外露鋼筋順利連接之后，就可拉緊土工格柵，同步采取固定措施。⑦填土碾壓，在以上作業結束之后，就可對土工格柵上方所覆蓋的填土進行碾壓作業，進而進行下一層的填筑作業[3]。

另外，在土工格柵鋪設施工中，要注意：①鋪設期間需先全面整平經過碾壓且和壓實標準相符的填土，將堅硬突出物全面清除，以防格柵被刺破，確保格柵鋪設密貼與平整后再填土。②鋪設格柵期間不可有褶皺，盡量把格柵拉緊拉直。③鋪設格柵之后，嚴禁機械設備在上方直接運行，以防格柵受損或者過度拉伸。④為避免格柵外露并便于護坡施工，需要在外緣邊坡的表面設置＞1m的間隔距離。⑤格柵存放和運輸期間需采取遮蓋措施，防止因長時間暴露而影響格柵材料質量，完成鋪設工作后需盡快填筑。⑥施工中要盡量減少切割以及縫合格柵，避免材料浪費。⑦低洼部位在不能順暢排出地表水情況下，為攔截地表水，以防滲入施工場地，需合理設置排水溝等設施，并注意根據現場實際情況做好臨時排水工作。⑧土工格柵材料鋪設中要做好質量檢驗工作，具體允許偏差和檢查方法與數量見表1。

表1 土工格柵材料鋪設中的允許偏差和檢查方法與數量

5 技術應用效果

為了分析錨固加筋技術高速公路改擴建路基加寬施工中的應用效果，特選取廣西濱海公路某路段斷面展開數值分析。結合計算斷面搭建有限元計算幾何模型，土層計算參數見表2。土工格柵不承受壓力，只承受拉力，屬于柔性材料，無抗彎剛度，所以模型建立中選擇格柵單元模擬[4]。其中，格柵單元屬于線彈性體，為一維單元，只可順著軸的方向變形。經過綜合分析，決定通過點對點形式的錨桿拉桿單元來模擬錨桿，由高強度格柵模擬錨桿系統注漿體[5]。

表2 土層計算參數

經加寬處理和分析，發現和只開挖臺階的處理方式相比，運用錨固加筋技術使得加寬后的新路表沉降明顯減少，約減少7.2%，使基底應力相對均化；同時使地表水平位移減少約41.2%，施工之后路基表面沉降控制效果顯著，減少約13.0%，并有效控制了不均勻沉降，坡面坡率變化幅度達到0.33%，符合設計要求；運用錨固加筋組合式結構使得格柵增強了受力性能，抗拉性能也更好；運用此技術對高填方路基進行加寬處理，整體路基的穩定性明顯提升。

6 結語

在廣西濱海公路改擴建加寬施工中，為了防止新老路基出現嚴重的不均勻沉降問題，保證新老路基可靠銜接，提出在施工中應用路基加寬錨固加筋技術。通過分析技術應用機理，探討組合式結構的設計方法，經有限元模擬，證明在高填方路基加寬施工中應用錨固加筋技術，可促進老路基和新鋪設土工格柵全面連成一體，防止老路基臺階上所鋪設的土工格柵發生滑動位移，使新老路基更加穩定，減少不均勻沉降。此技術在該工程中的應用可為軟土路基以及高填方路基相關項目加寬施工提供一定參考。