高速公路路堤拓宽工程中的根系锚杆加筋结构及施工方法

本发明属于路堤拓宽，涉及一种高速公路路堤拓宽工程中的根系锚杆加筋结构及施工方法。

背景技术：

1、路堤拓宽工程中涉及到新老路堤拼接关键技术，采用合理的拼接方法，可以减少新老路堤的不均匀沉降，防止路面开裂。传统高速公路路堤拼接技术是在老路路堤进行削坡、挖台阶并在台阶处铺设土工格栅，构成路堤-土工格栅协同变形体，有效减小新老路堤差异沉降。我国各种路堤土质性质各异，尤其是我国南方湿热地区，土性质受气候影响大，老路路堤开挖台阶宽度有限，且容易松散垮塌，土工格栅锚固长度不足。对于特殊土质填筑的新路堤必然会与老路堤之前产生较大的差异沉降，土工格栅也会由于锚固长度的不足产生滑动，导致加筋效果失效。

2、申请公布号为cn113846524a的中国发明专利，公开了一种锚拉式土工格栅，包括带有尖状与倒纤的锚拉格栅，锚固部位，连接部位。在土方路堤连接部位垂直开挖，挖至新填基底后，人工击入锚拉土工格栅，连接锚拉格栅和扩宽段土工格栅，回填土方，碾压密实。

3、在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：人工击入平面型锚拉格栅质量难以保障，容易出现侧向分力，导致锚拉格栅受力不均，影响路堤拼接质量，出现路堤不均匀沉降，进而导致路面开裂等一系列病害。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种高速公路路堤拓宽工程中的根系锚杆加筋结构，在改扩建老路堤台阶处锚固特定结构的根系锚杆，锚杆与土工格栅相连接，实现老路堤-新型根系锚杆-土工格栅协同变形，提升了路堤整体稳定性。

2、本发明的另一目的是，提供一种高速公路路堤拓宽工程中的根系锚杆加筋结构的施工方法。

3、本发明所采用的技术方案是，一种高速公路路堤拓宽工程中的根系锚杆加筋结构，包括新路堤和老路堤，新路堤内部从上至下分布有多组加筋层，每组所述加筋层包括两层碎石填充层和夹在中间的土工格栅；

4、所述加筋层的位置设有根系锚杆，根系锚杆垂直老路堤的坡面锚固于老路堤内部，土工格栅与根系锚杆连接。

5、进一步的，所述根系锚杆包括中空结构的第一主根锚杆，第一主根锚杆的外壁固定连接有多个中空的第一侧根锚杆，第一侧根锚杆的内部空腔与第一主根锚杆的内部空腔连通，第一侧根锚杆与第一主根锚杆的夹角为15~40°；

6、所述第一侧根锚杆端部开设侧出浆口，第一主根锚杆的锚头处开设主出浆口；从第一主根锚杆上端口注入的注浆材料从侧出浆口、主出浆口流出，使得根系锚杆与老路堤内部土体固结；

7、所述根系锚杆用于锚固挖台阶的老路堤的坡面。

8、进一步的，所述根系锚杆包括中空结构的第二主根锚杆，第二主根锚杆贯穿于套管的内部，套管的下端依次连接中空的花瓣型套管和膨胀管，第二主根锚杆的下端部处开设出浆口，膨胀管的外壁固定有第二侧根锚杆；

9、所述膨胀管自然状态下的内径小于第二主根锚杆的外径，随着第二主根锚杆的向下钻入，膨胀管被第二主根锚杆支撑径向膨胀，使得膨胀管的下端固定；

10、所述花瓣型套管的侧壁设有多个轴向的通槽，当套管上端的螺母向下旋进，花瓣型套管上端受力挤压，花瓣型套管的侧壁沿径向拱起，此时套管与螺母之间的垫板锁紧固定于削坡面；

11、从第二主根锚杆上端口注入的注浆材料从出浆口流出，使得根系锚杆与老路堤内部土体固结；所述根系锚杆用于锚固不挖台阶的老路堤的坡面。

12、进一步的，所述第一主根锚杆或第二主根锚杆均通过螺纹与爪形套筒螺纹连接，爪形套筒的爪形部穿过土工格栅插入土中，并通过绑扎固定。

13、进一步的，所述爪形套筒包括套筒，套筒的一端固定连接有爪形杆，套筒的另一端与根系锚杆螺纹连接，爪形杆中的至少两根弯折杆穿过土工格栅插入土中，并通过绑扎固定。

14、进一步的，所述膨胀管的外壁设有间隔的梯形凸起。

15、进一步的，相邻所述加筋层间隔的高度范围为3-4米，老路堤的顶部为老沥青路面，新路堤的顶部为新沥青路面。

16、进一步的，所述碎石填充层的碎石粒径为9.5~31.5 mm，包括棱角颗粒；每层碎石填充层厚度为20~40 cm；土工格栅为拉伸双向塑料格栅；土工格栅通过u形钉固定在下方的碎石填充层上。

17、一种高速公路路堤拓宽工程中的根系锚杆加筋结构的施工方法，包括以下步骤：

18、s1，清理清除老路堤边坡，确定高速公路拓宽宽度，依据路堤坡度削坡形成削坡面或削坡并挖成台阶面；

19、s2，沿老路堤的削坡面或台阶面填筑新路堤，在设计位置铺设加筋层，施工时先将下层的碎石填充层拌合均匀，压实；

20、s3，在削坡面或台阶面沿垂直边坡的方向钻孔，钻孔直径为65~80 mm，深度为3~5m，沿行车方向布置钻孔间距为2~3 m；

21、s4，钻孔内放置根系锚杆，对钻孔内注入注浆的材料，直至注满溢出，确保不留空隙，待注浆完毕，对根系锚杆进行养护；

22、s5：将双向的土工格栅铺设在下层的碎石填充层表面，并固定；

23、s6，土工格栅与根系锚杆连接为整体；

24、s7，在土工格栅上铺设上层的碎石填充层，压实；

25、s8，在加筋层上继续填筑新路堤，压实，向上填筑到需要另一加筋层时重复s2-s7步骤，直至新老路堤齐平时，施工完毕。

26、本发明的有益效果是：

27、1、传统锚杆受力不均匀，承载能力有限，本发明的根系锚杆形似植物根系，侧根与主根锚杆在老路堤土体中起到了加筋和锚固作用，有效分担土工格栅受力，提高了承载能力，减少路堤的差异沉降。

28、2、传统土工格栅加筋技术，由于含水率的提高，使得格栅与路堤土摩擦力减小，造成土工格栅加筋效果失效；本发明通过土工格栅上下层铺设碎石层构成三明治加筋结构，增大了土工格栅与路堤土的摩擦力，有效保障了土工格栅与路堤的粘结，克服了土工格栅在路堤含水率高时产生的滑移问题，减小新老路堤拓宽工程中的差异沉降。

29、3、本发明的实施例采用中空锚杆和套筒组成的根系锚杆。在锚杆旋进时，上部分套筒会展开，而下部分套筒则会在孔内膨胀，形成一个紧密的配合。相较于一般的锚杆，这种设计显著增加了其承载能力。这种机制类似于植物根系的结构，通过套筒的膨胀和配合，实现了更稳固的锚固效果。这样的设计不仅提高了锚杆的承载能力，也增强了其与周围土体的结合，从而有效地加固了路堤，减少了差异沉降的发生。该特定结构的锚杆能够适用于不开挖台阶的边坡，极大地节省了施工工期，提高了施工效率，从而更好地适应了高速公路拓宽工程的特殊要求。

30、4、本发明的注浆材料包括有机型和无机型土壤固化剂。这些固化剂针对不同的土质具有不同的固化效果，因此可以根据实际情况选择使用，以达到最佳的固结效果。相较于传统的注浆材料，这些固化剂不仅能够有效固结土壤与根系锚杆，还具有绿色环保和低碳的特点。

技术特征：

1.一种高速公路路堤拓宽工程中的根系锚杆加筋结构，包括新路堤（1）和老路堤（4），新路堤（1）内部从上至下分布有多组加筋层，其特征在于，每组所述加筋层包括两层碎石填充层（2）和夹在中间的土工格栅（3）；

2.根据权利要求1所述一种高速公路路堤拓宽工程中的根系锚杆加筋结构，其特征在于，所述根系锚杆（6）包括中空结构的第一主根锚杆（16），第一主根锚杆（16）的外壁固定连接有多个中空的第一侧根锚杆（17），第一侧根锚杆（17）的内部空腔与第一主根锚杆（16）的内部空腔连通，第一侧根锚杆（17）与第一主根锚杆（16）的夹角为15~40°；

3.根据权利要求1所述一种高速公路路堤拓宽工程中的根系锚杆加筋结构，其特征在于，所述根系锚杆（6）包括中空结构的第二主根锚杆（27），第二主根锚杆（27）贯穿于套管（26）的内部，套管（26）的下端依次连接中空的花瓣型套管（28）和膨胀管（30），第二主根锚杆（27）的下端部处开设出浆口（31），膨胀管（30）的外壁固定有第二侧根锚杆（29）；

4.根据权利要求2或3所述一种高速公路路堤拓宽工程中的根系锚杆加筋结构，其特征在于，所述第一主根锚杆（16）或第二主根锚杆（27）均通过螺纹（12）与爪形套筒螺纹连接，爪形套筒的爪形部穿过土工格栅（3）插入土中，并通过绑扎固定。

5.根据权利要求4所述一种高速公路路堤拓宽工程中的根系锚杆加筋结构，其特征在于，所述爪形套筒包括套筒（21），套筒（21）的一端固定连接有爪形杆（22），套筒（21）的另一端与根系锚杆（6）螺纹连接，爪形杆（22）中的至少两根弯折杆穿过土工格栅（3）插入土中，并通过绑扎固定。

6.根据权利要求3所述一种高速公路路堤拓宽工程中的根系锚杆加筋结构，其特征在于，所述膨胀管（30）的外壁设有间隔的梯形凸起。

7.根据权利要求1所述一种高速公路路堤拓宽工程中的根系锚杆加筋结构，其特征在于，相邻所述加筋层间隔的高度范围为3-4米，老路堤（4）的顶部为老沥青路面（7），新路堤（1）的顶部为新沥青路面（8）。

8.根据权利要求1所述一种高速公路路堤拓宽工程中的根系锚杆加筋结构，其特征在于，所述碎石填充层（2）的碎石粒径为9.5~31.5 mm，包括棱角颗粒；每层碎石填充层（2）厚度为20~40 cm；土工格栅（3）为拉伸双向塑料格栅；土工格栅（3）通过u形钉（11）固定在下方的碎石填充层（2）上。

9.如权利要求1所述一种高速公路路堤拓宽工程中的根系锚杆加筋结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种高速公路路堤拓宽工程中的根系锚杆加筋结构及施工方法，根系锚杆加筋结构包括新路堤和老路堤，新路堤内部从上至下分布有多组加筋层，每组所述加筋层包括两层碎石填充层和夹在中间的土工格栅；所述加筋层的位置设有根系锚杆，根系锚杆垂直老路堤的坡面锚固于老路堤内部，土工格栅与根系锚杆连接。本发明在改扩建老路堤台阶处锚固特定结构的根系锚杆，锚杆与土工格栅相连接，实现老路堤‑新型根系锚杆‑土工格栅协同变形，提升了路堤整体稳定性。技术研发人员：张军辉,周梦绮,杨豪,陈毅,李琛琛受保护的技术使用者：长沙理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29