准平原地区软弱地基土高路堤装配式修筑方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明准平原地区软弱地基土高路堤装配式修筑方法，包括：（1）预制挡土板和挡土桩；（2）确定拉结索尺寸和锚具型号；（3）确定路堤修筑的占地范围；（4）清理植被和耕植土层，确定路堤两侧挡土桩的坐标位置；（5）打或压入挡土桩；（6）装配拉结索和锚具；（7）自地面向上逐块装配挡土板，两侧挡土板对称装配，同时填筑路堤填料并碾压密实，直至路堤顶面；（8）实时调节锚具螺栓；（9）重复步骤（5）至（8）；（10）对锚具螺栓进行终调；（11）高路堤修筑成后，适当静置。本发明占用土地少，环境影响不大，工厂式生产，现场快速装配，施工迅速，沉降变形可控，易于更新及修复，投资低廉。本发明还提供了准平原地区软弱地基土高路堤装配式修筑装置。
【专利说明】准平原地区软弱地基土高路堤装配式修筑方法及装置
[0001]【技术领域】:
本发明涉及一种软弱地基土分布的准平原地区高路堤修筑方法，特别涉及的是一种准平原地区软弱地基土高路堤装配式修筑方法及装置。
[0002]【背景技术】:
高速公路及高速铁路因线型纵坡设计或防洪要求，以及防洪标准要求较高或特殊要求的其它线状建筑物或构筑物，需要修筑较高的路堤。至今，国内外解决的方法多为高架和修筑高路堤技术；高架包括架桥和修建高架基础，修筑高堤包括事先对软弱地基土进行加固处理，再在其上放坡逐层填筑土石料形成高路堤，或者两侧坡脚修建挡土脚墙后逐层填筑土石料形成高路堤，或者在两侧修建悬臂桩板墙后逐层填筑土石料形成高路堤。这些技术在国际上很早就应用了，美国Mississippi河三角洲地区的N0.10和N0.12等国家高速公路，加拿大的Superior湖西北部的N0.11和N0.17等国家高速公路，国内上世纪八十年代修建的广州至深圳高速公路，后来在珠江三角洲、长江三角洲和黄河三角洲等地区修建的大量高速公路；华南地区、华东地区和渤海湾地区近年修建的多条高速铁路工程中都进行了应用，积累了丰富的经验和技术。但随着高速公路建设标准的提高，高速铁路线路经过地区的软弱土工程特性及其环境越来越复杂，高路堤修建的现有技术越来越不能适应其发展。
[0003]现有高路堤修筑技术面临的难题:当前解决道路纵坡或防洪要求问题的高架技术，存在着工后地基沉降较大，难以修复和修建费用高昂的技术经济难题；全部放坡或脚墙+部分放坡的高路堤修筑技术，需要占用大量的土地资源，损毁较多的植被，恶化生态环境，因填筑体和地基土需要充分固结才能稳定使修筑工期大大延长，土石料等天然建材资源消耗量较大，建成的路堤工后沉降较大，修复难度大，修建及维护费用高等问题；桩板墙高路堤修筑技术可以大大降低土地资源占用量，但因桩体需要现场施工而使工期加长，路堤土体产生的土压力只能通过悬臂桩转递到地基土中，这就使悬臂桩长度大大加长，桩体截面加大，配筋量也成倍增加；另外，因软弱地基土流变特性使悬臂桩及挡土板容易产生水平位移，进而导致路堤工后沉降变形加大，出现此类问题后其修复难度和费用都很高。随着路堤高度的增加，软弱地基土特性越来越差，高速公路和高速铁路对路堤沉降变形要求越来越严格，土地资源有限等因素，工程建筑单价不断攀升，维修维护费用急剧增加，对于工程建筑成本和投资效益备受关注的今天，上述问题急需得到解决。
[0004]
【发明内容】
:
针对上述存在的问题，本发明的目的是为了提供一种占用土地少，环境影响不大，工厂式生产，现场快速装配，施工迅速，沉降变形可控，易于更新及修复，投资低廉，适用于软弱地基土分布的准平原地区软弱地基土高路堤装配式修筑方法。
[0005]本发明的另一个目的是为了提供一种结构简单，可进行标准化、规模化生产的准平原地区软弱地基土高路堤装配式修筑装置。
[0006]本发明的目的是这样来实现的:
本发明准平原地区软弱地基土高路堤装配式修筑方法，包括以下步骤: (1)根据路堤几何尺寸设计确定的弧形挡土板和挡土桩参数，预制弧形挡土板和挡土
桩；
(2)根据路堤尺寸设计确定的拉结索尺寸和锚具型号，截断加工拉结索；
(3)根据道路线形设计或线状建筑物平面布局确定的坐标进行中线放线，根据路堤设计宽度确定路堤修筑的占地范围；
(4)清理路堤修筑占地范围内的植被和耕植土层，确定路堤两侧挡土桩的坐标位置；
(5)将挡土板和挡土桩运至现场，根据确定的路堤两侧挡土桩坐标位置打或压入挡土桩，两侧对榀挡土桩连线与线路路堤中线垂直；
(6)装配拉结索和锚具，调节好位置；
(7)自地面向上逐块装配挡土板，两侧挡土板对称装配，同时填筑路堤填料并碾压密实，直至路堤顶面；
(8)根据挡土板装配和路堤填筑过程中的变形情况，实时调节锚具螺栓，达到设计要求的尺寸；
(9)重复步骤(5)?(8)，打或压入挡土桩和装配挡土板并填筑土石料碾压；
(10)路堤填筑到设计高程后，对锚具螺栓进行终调，达到设计要求的尺寸；
(11)高路堤修筑成后，适当静置短暂时间，待其基本沉降变形稳定后再施做路面工程或上部结构，在此过程中根据路堤沉降变形情况随时调节锚具，实现对路基和路面沉降的控制。
[0007]本发明准平原地区软弱地基土高路堤装配式修筑装置，包括多组挡土传力桩组，每组挡土传力桩组中有位于地基两侧对应位置上的两挡土桩，两对应挡土桩沿竖直方向的对应位置分别有多个拉结索孔，多条拉结索的两端分别穿过对应挡土桩上的对应拉结索孔与固定式锚具、带螺母的可调节式锚具连接从而被固定在两挡土桩上，在地基同一侧的相邻挡土桩上装有插入地基中的挡土板。
[0008]上述的挡土桩下部有耳板而上部有弧形安装槽，挡土板上有与挡土桩上的弧形安装槽配合的弧形部。
[0009]上述的挡土板的矢跨比为0.04—0.20，长度为3 — 6m，高度为0.5 — 1.0m，厚度为
0.2—0.5mο
[0010]上述的挡土桩为变截面挡土桩。
[0011]软弱土地基为全新世以来新近沉积的欠固结或正常固结的松软土地基。高路堤是指地面以上高度大于等于Im而小于等于15m，宽度大于等于2m而小于等于35m的填筑路堤。
[0012]本发明高路堤修筑方法适用于厚度较大的软弱地基土分布的平原地区，也适用于地面不大于5°的倾斜场地，其坡面倾向与线路轴向夹角不大于10°，填筑前地面需进行台阶化处理，也就是先将地面处理成台阶状。
[0013]本发明是提供了一种结构力学上自平衡的系统结构。该结构中的弧形挡土板与挡土桩连接，挡土桩一部分露出地面，一部分插入地基土中地基土中，两侧挡土桩通过可调节锚具和拉结索相互连接。当填筑的高路堤土体对弧形挡土板产生土压力时，弧形挡土板将土压力传递到挡土桩地面以上部分，挡土桩通过自身的抗弯能力和拉结索提供的反力，与地基土对插入其中的桩段产生的被动土压力平衡，实现结构系统的平衡。弧形挡土板及挡土桩可工厂化预制，拉结索及锚具有现成的产品。该高路堤结构能通过可调节锚具对高路堤的沉降变形实现控制。
[0014]本发明对路堤挡土结构采用可调节位移的对拉连接方式基础上的高路堤修筑方法，该方法修筑的路堤，能使路堤由挡土板、挡土桩、可调节位移的对拉锚索、堤体填土和地基土五个单元构成了一个闭合性受力体系，实现了构成路堤各单元之间相互制约并可人工干预的受力-变形的协调系统。其中，挡土桩嵌入地基段带有耳板，因其抗弯能力和杠杆作用可以限制地基土向路堤两侧的变形，可大大减小地基土因路堤填土形成的附加应力产生的变形；拉结索的约束作用既降低了挡土桩对嵌入段地基土抗力的要求，也避免了挡土桩和挡土板过大的倾斜变形，因侧向的强约束进而大大减小了路堤填土和地基土的沉降变形，并且通过可调节锚具的调节作用还可以使挡土桩和挡土板向路堤内变形，补偿路堤填土和地基土固结产生的沉降变形，最终使路面高程保持基本不变；同时使得挡土桩与悬臂桩相比弯矩大大降低。另外，本发明实现了路堤修筑的工厂化，机械化程度大大提高，使得道路工程建设占用土地量大大减少，使得施工中对植被的破坏或影响范围大大降低；加快了道路建设速度，解决了路堤工后沉降带来的运营病害问题，维修方便。
[0015]【专利附图】
【附图说明】:
图1为本发明结构示意图。
[0016]图2为图1的俯视图。
[0017]图3为图2中的A— A剖视图(即路堤断面图)。
[0018]图4为挡土桩结构示意图。
[0019]图5为图4的俯视图。
[0020]图6为图4中的B— B剖视图。
[0021]图7为图4的左视图。
[0022]图8为挡土桩立体示意图。
[0023]图9为挡土板结构示意图。
[0024]图10为图9的俯视图。
[0025]图11为挡土板立体图。
[0026]图12为拉结索结构示意图。
[0027]图13为图12中的C-C剖视图。
[0028]图14为固定锚具结构示意图。
[0029]图15为图14中的D— D剖视图。
[0030]图16为可调节式锚具中主体结构示意图。
[0031]图17为与图16中主体结构配合的螺母结构示意图。
[0032]图18为修筑完成的路堤纵向立面示意图。
[0033]图19为装配及路堤填筑步骤及过程纵向立面示意图。
[0034]【具体实施方式】:
参见图1?图17，本实施例软弱地基土高路堤装配式修筑装置，包括多组挡土传力桩组。每组挡土传力桩组中有位于地基两侧对应位置上的两变截面挡土桩I。两对应挡土桩沿竖直方向的对应位置分别有多个拉结索孔2。多条拉结索3的两端分别穿过对应挡土桩上的对应拉结索孔与固定式锚具4、带螺母的可调节式锚具5连接从而被固定在两挡土桩上。在地基同一侧的相邻挡土桩上装有插入地基中的挡土板6。图中序号7、8、9、10、15、16分别为地基土、基底面、路堤填筑土、路肩线、路面、路中线。
[0035]参见图4?图11，挡土桩下部有耳板11而上部有弧形安装槽12。挡土板上有与挡土桩上的弧形安装槽配合的弧形部13。挡土板的矢跨比可为0.04—0.20，长度可为3—6m,高度可为0.5一 1.0m,厚度可为0.2一0.5m。
[0036]图4?图8是挡土桩示意图。挡土桩为钢筋混凝土结构桩。采用变截面桩可更节省材料，桩长可为2m?30m,高度可为0.5m?1.0m,厚度可为0.2m?0.5m。钢筋配置，垂直线路中线并位于线路两侧的两根挡土桩构成一“榀”。露出地表以上桩段的作用，是通过自身的抗弯性能将挡土板传递来的土压力和直接与路堤填土接触部分的土压力传递到拉结索处，该段有两个弧形槽是用于装配挡土板的；插入软弱地基土内桩段的作用，是通过自身的抗弯性能将地基土对桩产生的被动土压力传递到拉结索处，最终与路堤对侧相同挡土桩通过拉结索连接形成闭合的平衡。插入地基土段桩的两侧设计“耳板”的目的是使挡土桩与地基土的接触面积尽可能大，以免地基土从桩间挤出路堤之外，达到限制或调控路堤沉降量的目的。
[0037]图9?图11是位于挡土桩之间的挡土板示意图。弧形挡土板为钢筋混凝土结构板，弧形挡土板的矢跨比可为0.04—0.20,长度可为3—6m,高度可为0.5—1.0m,厚度可为
0.2-0.5m。其作用是利用自身的抗弯或抗压性能，将路堤填筑土体对其产生的分布式土压力传递到挡土桩上，该挡土板可为平板型式，也可弧形板型式；平板式挡土板方便工厂制作，也方便运输和现场装配，但相比之下其厚度会比较大，配筋较多，弧形挡土板可通过结构拱效应和本身受压缩将横向的路堤填土压力传递到挡土桩上，可充分发挥混凝土的高抗压性能，相比之下其厚度较小，配筋较少。挡土板尺寸和配筋可根据路堤宽窄和高低等因素计算确定。
[0038]图12、图13是拉结索示意图，其材料是高强低变形碳素钢丝缠绕形成，每7根为一组，可用7束直径15.2mm (其又由7根直径5_的钢丝缠绕而成)缠绕而成的一端有外螺纹的拉结索。拉结索可在市场上买到。
[0039]图14、图15是固定式锚具示意图，是一种楔形自锁钢结构构件，其作用是将挡土桩与拉结索连接并固定。可在市场上买到。
[0040]图16、图17是可调节式锚具示意图，如图16所示主体结构与固定式锚具基本相同，是一种楔形自锁钢结构构件，只是其周围有外螺纹，外侧配置如图17所示的螺母14，用于调节路堤两侧挡土桩的距离。
[0041]图3是装配式高路堤修筑完成后的剖面示意图(一段)。
[0042]图18是装配式高路堤修筑完成后的纵向正面图(一段)。
[0043]图19是装配式高路堤修筑过程纵向正面图(一段)。
[0044]参见图1?图19，本实施例软弱地基土高路堤装配式修筑方法包括以下步骤:
(1)路堤由地基土7和路堤填筑土 9构成，根据拟设计的路堤闻度和地基土的承载力和变形参数，选取挡土桩间距和长度，以及桩间挡土板的尺寸，预制挡土板和挡土桩；
(2)选取拉结索型号，固定锚具和可调节式锚具型号；
(3)根据线路设计的坐标、高程和参数分段平整地面，清除植被和耕植层，根据挡土桩间距测放桩位坐标并逐一编号和标记；(4)利用动力沉桩机将挡土桩垂直打入软弱地基土中，或利用静力压桩机将挡土桩垂直压入软弱地基土中，一榀一榀的打入施工，校正距离和垂直度；
(5 )每榀挡土桩打入校正后，安装下排拉结索和固定型式及可调节式锚具，调整好挡土桩位置；
(6)安装桩间挡土板，填筑路堤土并压实，挡土板逐块逐块向上安装并填筑路堤土；
(7)安装第二排拉结索和锚具，并调节好一榀挡土桩之间位置和距离，安装桩间挡土板，填筑路堤土，直到路面设计高程；
(8)通过可调节式锚具对每榀挡土桩及上、下拉结索进行综合调节，使其满足设计要
求；
(9)根据图19中箭头指示的方向循环进行步骤(3)至(8)，逐榀逐板地安装挡土桩、拉结索、锚具、挡土板、填筑路堤土和综合调节，最终达到设计要求。
[0045]效果推算:
(I)按照15m高路堤和1:1放坡测算，每公里道路可节省土地占用面积45亩。
[0046](2)每公里可节省土石料22.5万m3和相应开挖土石料占用的土地。
[0047](3)相应节约工期50%。
[0048]本发明针对可用于在我国珠江三角洲地区、长江三角洲地区、黄河三角洲地区和湖泊与草泽地区广泛分布的软弱地基土上，以及其它类似软弱地基土上修筑高速公路及高速铁路路堤；软弱地基土的变形1?量小于12MPa而大于4MPa的情况。本实施例的路堤闻速公路路基宽度2.0m~35.0m,路堤高度1.0m~15.0m。按照传统方式在软弱地基土上修筑路堤使其加载，事先需要对软弱地基土进行加固处理并且处理深度很大，放坡高路堤占用大量的土地，过程沉降和工后沉降量较大，运行期病害多，修复难度大；桩板墙高路堤需要插入软土地基中的桩长很大，工后因桩体侧向变形产生的沉降变形较大，控制难度大。本发明利用闭合结构系统自稳定能力和可调节性能，工厂化制作和现场机械化装配施工，力求节约了土地，降低施工劳动强度，保护环境，节约建筑成本。
[0049]上述实施例是对本发明的上述内容作进一步的说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限 于上述实施例。凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
【权利要求】
1.准平原地区软弱地基土高路堤装配式修筑方法，包括以下步骤: (1)根据路堤几何尺寸设计确定的弧形挡土板和挡土桩参数，预制弧形挡土板和挡土桩； (2)根据路堤尺寸设计确定的拉结索尺寸和固定锚具、可调式锚具型号，截断加工拉结索； (3)根据道路线形设计或线状建筑物平面布局确定的坐标进行中线放线，根据路堤设计宽度确定路堤修筑的占地范围； (4)清理路堤修筑占地范围内的植被和耕植土层，确定路堤两侧挡土桩的坐标位置； (5)将挡土板和挡土桩运至现场，根据确定的路堤两侧挡土桩坐标位置打或压入挡土桩，两侧对榀挡土桩连线与线路路堤中线垂直； (6)装配拉结索和锚具，调节好位置； (7)自地面向上逐块装配挡土板，两侧挡土板对称装配，同时填筑路堤填料并碾压密实，直至路堤顶面； (8)根据弧形挡土板装配和路堤填筑过程中的变形情况，实时调节可调式锚具螺母，达到设计要求的尺寸； (9)重复前述(5)至(8)，打或压入挡土桩和装配挡土板并填筑土石料碾压； (10)路堤填筑到设计高程后，对锚具螺栓进行终调，达到设计要求的尺寸； (11)高路堤修筑成后，适当静置短暂时间，待其基本沉降变形稳定后再施做路面工程或上部结构，在此过程中根据路堤沉降变形情况随时调节锚具，实现对路基和路面沉降的控制。
2.准平原地区软弱地基土高路堤装配式修筑装置，其特征在于包括多组挡土传力桩组，每组挡土传力桩组中有位于地基两侧对应位置上的两挡土桩，两对应挡土桩沿竖直方向的对应位置分别有多个拉结索孔，多条拉结索的两端分别穿过对应挡土桩上的对应拉结索孔与固定式锚具、带螺母的可调节式锚具连接从而被固定在两挡土桩上，在地基同一侧的相邻挡土桩上装有插入地基中的挡土板。
3.如权利要求2所述的准平原地区软弱地基土高路堤装配式修筑装置，其特征在于挡土桩下部有耳板而上部有弧形安装槽，挡土板上有与挡土桩上的弧形安装槽配合的弧形部。
4.如权利要求3所述的准平原地区软弱地基土高路堤装配式修筑装置，其特征在于挡土板的矢跨比为0.04—0.20，长度为3 — 6m，高度为0.5—1.0m，厚度为0.2—0.5m。
5.如权利要求2?4之一所述的准平原地区软弱地基土高路堤装配式修筑装置，其特征在于挡土桩为变截面挡土桩。
【文档编号】E01C21/00GK103821071SQ201410076066
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】邓荣贵, 付小敏, 尹静, 郑兴军, 钟志彬, 邵康, 张志伟 申请人:西南交通大学