土工格栅加筋优化工艺在路基加宽工程中的应用

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摘要：随着国家经济的发展和交通量的增大，拓宽传统公路路基已经势在必行。本文通过分析公路扩建工程中出现的新老路基沉降差异的原因，结合具体的工程项目，分析了土工格栅加筋新路基技术的各项控制因素，获得了最优的参数控制量，提高了技术方案的质量，为之后的同类工程建设提供参考。

关键词：公路加宽；路基沉降；土工格栅；最优技术

0 引言

随着社会经济的发展，交通量的不断加大，传统的双向四车道已经不能够满足现代交通量的需求，拓宽传统的路基已经势在必行。老地基经过长时间的沉降，剩下的沉降量比较小，但是新路基的成型过程中必然会出现较大沉降，因此，新老路基之间存在较大沉降差异，将会引起路面纵向裂缝，对于沉降差异较大的部分路面将会引起交通隐患。因此，解决好新老路基沉降差异问题是拓宽车道的关键问题。

1 降低新老路基的沉降差异

路基和地基的沉降共同决定了整个路基的沉降量，路基荷载和地基填充材料以及填充技术均会影响地基的沉降，软土沉降量较大，路基自身沉降与自身荷载和行车荷载有关，所以可以从下面几个方面减小路基沉降量，缩小新老路基沉降差异量，提高公路服务质量，保证行车安全。

1.1 控制地基固结沉降量，减小新老路基沉降差异

路基下的地基沉降与地基自身土质和路基荷载密切相关，所以改善地基土质质量，选用性能良好的填充材料和施工技术可以有效减小地基沉降量。

1.2 提高新老路基拼接，控制路基变形，减小路面结构破坏

⑴开挖台阶，提高新老地基衔接质量

开挖台阶的施工意义在于，清坡、填土提高压实度，增大新老地基接触面积以提高路基抗剪能力，为铺设土工格栅加筋提供锚固位置。

⑵结合部铺设土工格栅，提高新老路基的有效衔接。

1.3 公路路基拓宽工程质量控制标准

加宽后的路基总沉降量不超过10cm，工后的新老路基的路拱横坡比增大值小于0.5%。

2 工程概况

现有某段长为165.01km的高速公路段需由双向四车道扩建成双向八车道。本文以该段改扩建工程K442+110断面位置5.0m高路基为例进行数值模拟。具体的勘察资料见表1。

3 数值模拟

3.1 计算假定

（1）路基足够长，在二维空间内处理问题。

（2）新老路基衔接完美。

（3）采用Mohr-Coulomb模型分析地基、路基的填土结构。

（4）老路基已经完成固结沉降。

（5）加宽路基之后，新老地基土自重形成地基和路基的初始应力场。

（6）路面承受均布荷载。

3.2模型构建

选用由路基面宽度为26m加宽至42m的公路横断面的对称轴半结构建立模型，边坡斜率均为1：1.5，土层分布、计算参数以及模型坐标系统和网格划分分别如图1、表1和图2所示。

从图3、图4可以分别看出，新路基从填土高1m至5m时，随着路基高度的增加，新老路基的沉降系数均逐渐增大，只是在不同的位置沉降系数增加具有差异性，加宽后的地表的附加水平位移逐渐增大，并且增大速率越来越快。

3.3横坡比对路面的影响

较小的路基横坡比可以避免路面开裂，防止公路变形，保证行车安全。对比完工前后的横坡比，如表2。

由表2可以看出，如果不采取任何措施控制路基横坡比，路面加宽之后，路基沉降量明显超过路基沉降标准，影响行车安全。

4 土工格栅加筋效果分析

土工格栅加筋能够显著提高拓宽公路的路基整体性，有效控制公路路基整体沉降量，提高公路服务质量。下面采用ADINA中的杆（truss）单元模拟分析该项施工技术的主要控制参数与路基沉降量之间的关系。

4.1 土工格栅弹性模量分析

选用不同的拉伸模量分析对应的路基表面最大沉降量，如图5所示。横坡比与土工格栅弹性模量之间的关系如表3所示。

结合图表5和表3可见，1GPa的土工格栅弹性模量可以最大限度的改善路基沉降差异，若是继续增加土工格栅弹性模量，加筋效果不明显。

4.2土工格栅加筋层数分析

在土工格栅弹性模量为1GPa的基础下，分析加筋层数与路基表面沉降量、横坡比的关系。

由图6和表4可见，最佳的加筋层数为3层，可以最有效的改善路基沉降量，减小横坡比。

4.3 土工格栅长度分析

在均匀铺设3层土工格栅的基础下，研究逐渐减小拉筋长度与路基沉降量之间的关系，布置方式如图7所示，土工格栅长度与路基沉降量和横坡比的关系分别如图8和表5所示。

依据图8和表5可见，采用土工格栅全铺的方式可以实现最小的路基沉降量和横坡比，提高公路服务质量，保证行车安全。

5 结语

综上所述，对于该段公路扩建工程适应选用1GPa的土工格栅弹性模量、3层加筋层数、土工格栅全铺的方式的施工方案，加宽后的路基最大沉降为4.6cm，新老路基横坡比为2.3‰，完全符合相关规范要求。

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