一种预应力式加筋路堤结构

本发明涉及差异沉降灾害防治与低碳发展，具体指一种预应力式加筋路堤复合结构，属于路堤。

背景技术：

1、差异沉降作为路堤工程常见的工程病害，具有规模大、落差高和不可修复性的特点，造成的危害轻则使路堤高低不平，影响行车舒适性，重则导致路堤严重破坏，引发交通事故，阻碍紧急救援，威胁生命财产安全。

2、针对差异沉降灾害致使路堤工程难以正常运营的问题，常见的治理和预防措施有换土垫层法和加筋法。但是，换土垫层法和加筋法用于治理路堤沉降灾害时存在缺陷，其中，换土垫层法存在以下缺陷：

3、(1). 施工投资较高。用于回填的轻质土价格昂贵，工程造价比较高，难以被广泛应用于差异沉降灾害的治理工程中。

4、(2).材料稳定性较差。回填料主要为粉煤灰等粉性材料，其渗透性较大，极易被雨水冲淋而流失，造成垫层结构的稳定性较差。

5、(3).施工工艺较繁琐。施工前需挖除浅层软弱土或不良土，然后分层碾压或夯实土。而且，回填料的种类和用量需经过严格计算进行设计，并需从特定场所进行制备和运输。

6、而加筋法存在的缺陷表现为：

7、(1).材料抗拉较弱。筋材对填料具有包裹性并能够增强填料间的黏聚力，然而这种特性需要筋材发生一定变形后得以发挥。但往往筋材的变形较小，导致加筋效果未能充分发挥，对填料的加筋包裹作用较弱。

8、(2).结构强度低。加筋土路堤的柔性变形特性较突出，导致难以达到工程所需的高强度和高刚度要求。在公路运营期间，常发生路堤不协调变形、差异沉降和开裂等失稳情况。

9、(3).易发生大幅度跨越式沉降。由于填土的压实不足、结构高度过高、地基土固结、排水不良、软土地基的压缩及填土的摩擦角和表观内聚力较低等原因，常常发生大幅度跨越式沉降。这种差异沉降虽不会像普通未加筋道路那样发生阶梯状断崖式沉降，但也会因沉降幅度大而影响行车舒适度甚至无法正常通车的情况。

10、(4). 预应力加筋效果不显著。该方法是直接对筋材进行预张拉，并将两端固定在侧向约束结构上，然后填土并夯实后松开固定端，以此来实现预应力加筋。这种横向施加预应力的施工方式，不仅施工繁琐，对于提高路堤结构整体稳定性的贡献有限。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种沉降变形控制性能突出的，能够避免应力集中的，同时具有较好抗弯刚度的整体化预应力式加筋路堤结构。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种预应力式加筋路堤结构，其特征在于，包括多层平铺设置的土工格栅，相邻两层所述土工格栅之间铺设有按施工要求压实的填料层；还包括整体成柱状的预应力构件，所述预应力构件竖向贯穿所述土工格栅和填料层，所述预应力构件的下端设置有锚接件，所述锚接件位于底层的所述土工格栅的下方；所述预应力构件的上端穿过顶层的所述土工格栅，并具有可向下移动并挤压所述土工格栅的锁紧机构；所述预应力构件均布设置在所述土工格栅和填料层中。

4、上述结构中，通过锁紧机构和锚接件沿竖向对顶层和底层的土工格栅施加应力，而在填料中铺设土工格栅，可利用填料和土工格栅之间的相互作用传递拉应力，在差异沉降发生后分担土体应力，增加土体的变形模量，使格栅的抗拉强度和土体的抗压强度紧密结合，达到提高路堤结构强度和稳定性的目的。受压后的土工格栅可发挥自身抗拉性能，提高该整体化复合结构的抗变形性能。在具有潜在差异沉降灾害发生路段或施工场地有限、施工条件苛刻区段，通过铺设土工格栅并辅以预应力构件的方式，可保证该复合结构的整体稳定性，避免差异沉降造成通车受阻情况的发生。当差异沉降灾害发生且修复工期紧迫时，由于预应力式加筋路堤结构显著的抗变形性能和施工简易性，可将原有路堤填料整平，铺设土工格栅和预应力构件，达到临时通车的目的。

5、进一步的，所述土工格栅采用玻璃纤维或聚酯纤维制成。

6、进一步的，所述预应力构件包括拉杆，所述锚接件包括固定连接在所述拉杆下端的锚接座和套设在所述拉杆上的套管，所述套管和所述锚接座之间连接有沿所述拉杆的轴向设置的伞杆，所述伞杆沿所述拉杆的周向均布设置有多个；所述锁紧机构连接在所述拉杆上。

7、这样，将预应力构件穿过土工格栅和填料层时，伞杆受到拉力，仍然保持沿拉杆的轴向设置，一旦拉杆在锁紧机构沿拉杆向下挤压土工格栅时，拉杆受到锁紧机构向上的拉力，带动下端固定的锚接座向上移动，此时，套管受到填料层的阻力，保持固定，锚接座与套管相对靠近，伞杆受到两端向中部的压力，最终弯曲后沿径向背离拉杆的方向张开呈伞状，形成锚接部。

8、进一步的，所述拉杆的上端具有外螺纹，所述锁紧机构为配合在所述拉杆上的螺母。

9、进一步的，所述拉杆上套设有垫片，所述垫片位于顶层所述土工格栅和所述锁紧机构之间。

10、进一步的，所述套管的长度与顶层所述土工格栅和底层所述土工格栅的距离相匹配。

11、这样，锁紧机构向下压顶层的土工格栅时，拉杆受到反向作用力上拔，套管虽然受到填料层的阻力，但仍然可能会一同上拔，直到锁紧机构抵接在套管的上端，此时，套管的下端刚好位于底层的土工格栅处。通过锁紧机构继续下压，由于此时套管已经抵在锁紧机构上，拉杆相对套管拔出，就让锚接座向上挤压伞杆，最终让伞杆可靠撑开形成伞状。

12、进一步的，所述拉杆上还套设有支撑环，所述支撑环位于所述套管和锚接座之间，所述支撑环的外径大于多个所述伞杆的内切圆直径。

13、由于支撑环位于伞杆与拉杆之间，且外径大于伞杆的内切圆直径，使得伞杆的中部在支撑环的作用下沿径向向外突出，形成预弯曲，一旦伞杆两端受到压力时，伞杆能够更好地向外撑开。

14、进一步的，相邻两层所述土工格栅由同一土工格栅翻折返包而成。

15、相对于现有技术，本发明具有如下优点：

16、1、本发明的预应力式加筋路堤结构，可对填料施加二次围压，预先消除填料的压缩沉降，增强格栅对填料的约束作用，充分发挥格栅的抗拉性能，显著增加路堤结构的整体稳定性和抗弯性能。施加预应力前的加筋路堤可以扩散土体的应力，增加土体模量和限制土体侧向位移。由于预应力构件装置的应用充分发挥了其预压效应，使施加预应力后的路堤填料被进一步压缩，路堤结构的抗弯性能显著体现。在加筋路堤结构的基础上施加预应力可以增加结构的刚度，将其所受的上覆载荷分散到更大的区域，从而在沉降不同的区域之间形成更平滑的过渡区，满足差异沉降灾害下的通车需求。

17、2、本发明采用一种将预应力构件装置和加筋路堤结构进行整合连接的方法，可以实现填料就地取材，材料质地较轻，用料运输方便，工艺清晰简便，可用于公路、铁路、桥梁及隧道等领域。

技术特征：

1.一种预应力式加筋路堤结构，其特征在于，包括多层平铺设置的土工格栅（1），相邻两层所述土工格栅（1）之间铺设有按施工要求压实的填料层（2）；还包括整体成柱状的预应力构件（3），所述预应力构件（3）竖向贯穿所述土工格栅（1）和填料层（2），所述预应力构件（3）的下端设置有锚接件（31），所述锚接件（31）位于底层的所述土工格栅（1）的下方；所述预应力构件（3）的上端穿过顶层的所述土工格栅（1），并具有可向下移动并挤压所述土工格栅（1）的锁紧机构（32）；所述预应力构件（3）均布设置在所述土工格栅（1）和填料层（2）中。

2.如权利要求1所述的预应力式加筋路堤结构，其特征在于，所述土工格栅（1）采用玻璃纤维或聚酯纤维制成。

3.如权利要求1所述的预应力式加筋路堤结构，其特征在于，所述预应力构件（3）包括拉杆（33），所述锚接件（31）包括固定连接在所述拉杆（33）下端的锚接座（311）和套设在所述拉杆（33）上的套管（312），所述套管（312）和所述锚接座（311）之间连接有沿所述拉杆（33）的轴向设置的伞杆（313），所述伞杆（313）沿所述拉杆（33）的周向均布设置有多个；所述锁紧机构（32）连接在所述拉杆（33）上。

4.如权利要求3所述的预应力式加筋路堤结构，其特征在于，所述拉杆（33）的上端具有外螺纹，所述锁紧机构（32）为配合在所述拉杆（33）上的螺母。

5.如权利要求3所述的预应力式加筋路堤结构，其特征在于，所述拉杆（33）上套设有垫片（4），所述垫片（4）位于顶层所述土工格栅和所述锁紧机构（32）之间。

6.如权利要求3所述的预应力式加筋路堤结构，其特征在于，所述套管（312）的长度与顶层所述土工格栅（1）和底层所述土工格栅（1）的距离相匹配。

7.如权利要求3所述的预应力式加筋路堤结构，其特征在于，所述拉杆（33）上还套设有支撑环，所述支撑环位于所述套管（312）和锚接座（311）之间，所述支撑环的外径大于多个所述伞杆（313）的内切圆直径。

8.如权利要求1所述的预应力式加筋路堤结构，其特征在于，相邻两层所述土工格栅（1）由同一土工格栅翻折返包而成。

技术总结
本发明公开了一种预应力式加筋路堤结构，包括多层平铺设置的土工格栅，相邻两层土工格栅之间铺设有按施工要求压实的填料层；还包括整体成柱状的预应力构件，预应力构件竖向贯穿土工格栅和填料层，预应力构件的下端设置有锚接件，锚接件位于底层的土工格栅的下方；预应力构件的上端穿过顶层的土工格栅，并具有可向下移动并挤压土工格栅的锁紧机构；预应力构件均布设置在土工格栅和填料层中。本发明的预应力式加筋路堤结构具有沉降变形控制性能突出的，能够避免应力集中的，同时具有较好抗弯刚度等优点，本发明的预应力式加筋路堤结构施工方法具有易操作，能够尽快修复路堤以满足通行需求等优点。

技术研发人员：马书文,唐闻生,杨京东,李炼,卢谅,王宗建,何雪梅,刁吉美
受保护的技术使用者：重庆工业职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13