CN102605699A - 高等级路堤深厚软土地基工后沉降控制空心刚性板技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高等级路堤深厚软土地基工后沉降控制空心刚性板技术，包括以下步骤：平整路基，填筑碎石垫层；在现场进行模板安装；拌合与运送混凝土；摊铺与振捣混凝土；设置接缝；修整表面；混凝土的养护和填缝；填筑路堤。所述模板为带孔模板，孔洞在模板上呈线形排列。两侧孔洞的方向垂直于道路行车方向，平行于道路横断面方向。孔洞的直径是逐渐变化的，在路堤的中心处孔洞直径比路堤边缘小30%~50%。空心混凝土板底布有两层横向钢筋和纵向钢筋,可以有效的减小路堤中心和边缘的不均匀沉降。

Description

高等级路堤深厚软土地基工后沉降控制空心刚性板技术

 

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，特别涉及高等级路堤深厚软土地基工后沉降控制空心刚性板技术。

背景技术

我国高速公路建设飞速发展，而我国大部分高速公路位于东部沿海地区，在沿海地区修建高速公路，存在大量软土地基处理的问题。在软土地区修建高速公路，需要解决路基的不均匀沉降问题，这在工后沉降的控制尤为重要。我国《公路路基设计规范》(JTG D30—2004)规定一般路段的工后沉降小于30 cm。

近年来我国高速公路建设发展迅猛，相对而言，对高速公路路基加固处理技术的研究、沉降控制理论的研究及路基质量检测技术等方面的研究远不能满足公路发展的速度和需要。我国国土辽阔，软土地基及其它不良地基，如膨胀土、湿陷性黄土、冻土、盐渍土、地震区液化土分布较广，已有技术虽可在一定范围内解决问题，但因技术和建设速度过快等因素往往难以达到满意的预期效果。路基处理的工程造价和处理效果严重制约着高速公路的建设速度和建设质量，研究高速公路软基处理及不良地基处理新方法有着极其重要的意义。因此，研究处理时间短、沉降稳定速度快的高效率的工后沉降控制技术，乃当前路基工程中的重要任务。

本发明之前，处理高等级路堤深厚软土地基工后沉降常用的方法主要有PVC排水版（袋装砂井）堆载预压、PVC排水板（袋装砂井）真空预压、水泥喷粉桩（搅拌庄）、碎石桩、CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）、动力排水固结法等。而各种处理方法均有明显优缺点，其中，PVC排水版（袋装砂井）堆载预压的缺点为工期长，若堆载高度太大则会显著增加造价；PVC排水板（袋装砂井）真空预压的缺点为工序要求高，尤其是止水帷幕和真空封膜要保证密封，造价稍高于堆载预压；水泥喷粉桩（搅拌庄）的缺点为淤泥有机质含量较大时，处理效果不好，含水量较大时影响单桩强度，造价较高；碎石桩的缺点为造价昂贵，且工后沉降较大；对于淤泥质土，成桩困难，桩径较难控制，承载力提高幅度较小等。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，提供一种高等级路堤深厚软土地基工后沉降控制空心刚性板技术，在满足强度要求的前提下，最大程度上减少混凝土等材料的用量。空心孔洞的直径可以是不变的或者渐变的，对于孔洞直径是渐变的情况，孔洞上部的混凝土可以用来承受路堤底部的压力，孔洞下部的钢筋可以有效的承受路堤底部的拉力，最终可以有效的减小路堤中心和边缘的不均匀沉降。施工后混凝土板上的孔洞不会影响公路两侧土壤中动物的穿越，尽可能的维护当地生态系统的平衡，达到减少由于修路对当地生态系统的破坏的目的。

本发明高等级路堤深厚软土地基工后沉降控制空心刚性板技术，其特征是：在传统道路结构的碎石垫层与路面层之间加入空心刚性板。所述的空心刚性板为空心钢筋混凝土板。空心钢筋混凝土板带有孔洞，孔洞呈线形排列，孔洞的方向垂直于道路行车方向，平行于道路横断面方向；孔洞为变孔径孔洞，路堤中心处孔洞直径比路堤边缘小30%-50%，最大孔径为空心钢筋混凝土板厚度的一半。空心钢筋混凝土板厚大于800 mm；钢筋铺设在空心钢筋混凝土板的底层，钢筋铺设时设定纵横两层，横向钢筋间距为10 mm~25 mm，纵向钢筋间距为300 mm~400 mm 。

高等级路堤深厚软土地基工后沉降控制空心刚性板技术包括以下技术步骤：

1、平整施工场地，在土层表面填筑10~50 cm厚度的碎石垫层。

2、在现场进行侧面模板安装，模板连接牢固可靠，模板在整个长度完全紧压在碎石垫层上，并正确地按完成后的路面边缘要求的坡度和纵向安置。用于混凝土板孔洞处的模板，根据孔洞位置及孔径放样钻孔。

3、在模板底部铺设钢筋，钢筋为两层，横向钢筋间距为10 mm~25 mm，纵向钢筋间距为300 mm~400 mm。

4、浇筑混凝土，混凝土浇筑到需预留孔洞的位置，并安置同孔径的PVC管以预留所浇筑混凝土板上的孔洞的位置。

5、继续浇筑混凝土到设计厚度。

6、振捣混凝土。

7、设置施工缝。每天工作结束或当浇注工序中断超过30分钟时，则应设置垂直于路中线的平接施工缝。施工缝的位置尽可能与胀缝或缩缝相吻合，设在胀缝处按胀缝形式施工；铺筑邻板时，对已浇注混凝土面板的缝壁应涂沥青。

8、混凝土的养护和填缝。

9、在混凝土板上填筑路堤。灌缝作业在高温季节使填缝料灌至混凝土板齐平，在低温季节则稍低于混凝土板表面。填缝随工程的进度，使在填筑路堤前，填缝料要有充分时间的硬结。

本发明的优点和效果在于：

（1）软土地基之上、路堤填土之下设置刚性钢筋混凝土空心板，刚性钢筋混凝土空心板（板厚要求大于800 mm）本身的抗弯刚度很大，因此变形小，消除了路堤边缘和路堤中心的差异沉降，使路堤整体均匀下沉，避免了路基产生纵向裂缝。

（2）采用空心板，路堤重量大大减轻，从而减小了路堤荷载作用产生的附加应力，减小了地基工后沉降。

（3）钢筋的使用可以增加加筋混凝土板的抗弯刚度，有效地减小路堤中心和边缘的不均匀沉降。

（4）混凝土板为空心的，在满足强度要求的前提下大大节省了材料的使用量，从而降低了造价。

（5）混凝土板为空心的，便于路基两侧土壤中小动物穿过，减小对当地生态系统破坏。

（6）不仅可以在卵石路堤施工，也可在软土地基中施工，应用范围广。

本发明施工工序简明，在传统施工技术的基础上，将模板替换为带孔的，浇筑空心混凝土刚性板，操作方便、设备简单、经济高效。

本发明的优点和效果还将在具体实施方式中进一步描述。

附图说明：

图1——本发明路基横断面示意图；

图2——本发明路基纵断面示意图；

图3——本发明所用模板纵断面示意图；

图4——本发明所用模板横断面示意图；

图5——本发明与加排水板方法沉降随时间变化曲线比较；

图6——本发明与加排水板方法在软土固结1年时的地表沉降比较；

图7——本发明与加排水板方法在软土固结16年时的地表沉降比较；

图8 ——本发明与加排水板方法在软土完全固结时的地表总沉降比较。

图中：1为路面；2为混凝土板；3为混凝土板孔洞；4为碎石垫层；5为地基土体；6为施工缝；7为带孔模板；8为同孔径的PVC管；9为模板上侧向支撑；10为模板固定钉；11为板底配筋。

本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。

具体实施方式

如图1~2所示，本发明采用高等级路堤深厚软土地基工后沉降控制空心刚性板技术，其特征是：在传统道路结构的碎石垫层与路面层之间加入空心刚性板。所述的空心刚性板为空心钢筋混凝土板。空心钢筋混凝土板带有孔洞，孔洞呈线形排列，孔洞的方向垂直于道路行车方向，平行于道路横断面方向；孔洞为变孔径孔洞，路堤中心处孔洞直径比路堤边缘小30%-50%；最大孔径为空心钢筋混凝土板厚度的一半；空心钢筋混凝土板厚大于800 mm；钢筋铺设在空心钢筋混凝土板的底层，钢筋铺设时设定纵横两层，横向钢筋间距为10 mm~25 mm，纵向钢筋间距为300 mm~400 mm 。

本发明实施的具体技术步骤包括：

步骤1，平整路基，填筑碎石垫层。

（1）在铺筑水泥混凝土板前，应先将铺筑在地基土体（5）上碎石垫层（4）进行清理，对浮石、杂物、尘土等全部清除，并整理排水设施。

（2）基层如有车辙、松软及其他不符规定要求的部位。均应翻挖、清除，并以同类混合料填补，其压实厚度不得小于8 cm，重新整型、碾压，并符合密实度的要求。

步骤2，在现场进行模板安装。

（1）模板以钢板材料制成，并配有如模板上侧向支撑（9）和模板固定钉（10）等装置以保证模板连接牢固可靠，使在浇注混凝土时能经受捣实和饰面设备的冲击和振动。

（2）模板（7）安装应顺直，无扭曲；相邻钢模应平头锁接方式紧密联接，不得漏浆；模板接缝在任何方向都应不能活动。模板高度应与混凝土板厚度相同，误差为0.5 mm。

（3）安装模板（7）时应在模板底部铺设纵横两层钢筋（11）。

（4）用于混凝土板孔洞处的模板（7），并根据孔洞（3）位置及孔径放样钻孔，并安置同孔径的PVC管（8）以预留所浇筑混凝土板（2）上的孔洞（3）的位置，其中最大孔径应为板厚一半，单位截面上孔洞的面积占25%-35%。

（5）模板（7）在整个长度完全紧压在碎石垫层（4）上，并正确地按完成后的路面边缘要求的坡度和纵向安置。

（6）模板（7）要彻底清扫干净，并在每次浇注混凝土之前涂隔离剂。

步骤3，拌合与运送混凝土。

（1）拌和与运输符合规范要求。

（2）混凝土混合料从拌和机出料后至浇注完毕的允许最长时间，由试验室根据水泥初凝时间及施工气温确定，并报监理工程师认可。

步骤4，摊铺与振捣混凝土。

（1）混凝土混合料摊铺前，对模板（7）的间距、高度、润滑、支撑稳固情况进行全面检查，配筋应满足承载力要求以及构造要求；横向钢筋的间距为10 mm~25 mm，纵向钢筋的间距为300 mm~400 mm。

（2）混凝土采用批准的摊铺机具进行摊铺，摊铺连续进行，如因任何原因发生中途停工，应按监理工程师指示设置施工缝（6）。

（3）拌好后的混凝土，用插入式振捣器沿模板各表面在模板整个长度内及所有胀缝装置两边加以充分振捣。振捣器不许接触接缝装置及边模，并不得触及钢筋网，在任一位置上，振捣时间不宜小于规范要求，再用平板振捣器振捣，然后用振动整平梁振动整平，振动梁应平行移动，往返振平2—3遍。

步骤5，设置施工缝（6）。

需根据规范要求设置相应的缩缝和涨缝；为了施工方便，应设置纵横施工缝，其中纵缝间距应为3 m~4.5 m，每天工作结束或当浇筑工序中断超过30分钟时，应设置垂直于路中线的平接施工缝（6）；施工缝的位置尽可能与胀缝或缩缝相吻合，设在胀缝处按胀缝形式施工；铺筑邻板时，对已浇注混凝土面板的缝壁应涂沥青。 

步骤6，修整表面。

步骤7，混凝土的养护和填缝。

（1）灌缝作业在高温季节使填缝料灌至混凝土板齐平，在低温季节则稍低于混凝土板（2）表面。

（2）填缝随工程的进度，使在填筑路堤（1）前，填缝料要有充分时间的硬结。

步骤8，填筑路堤（1）。

 

以下通过与加排水板方法的对比计算结果分析，进一步说明本发明的实施效果。

图5 给出了三种方法沉降随时间变化曲线。

图中结果表明：

（1）从沉降大小看，在工后15年基准期内，天然地基的沉降量最小，混凝土空心板方案次之，排水板方案最大。

（2）从沉降速率看，排水板方案土体固结较快，5年后的固结度就达到95%以上；其余两种种无排水板方案的固结稳定时间较长，固结度达到95%的时间在8000d以上，这与太沙基一维固结理论公式计算结果基本相符。

图6~8分别给出了三种方法在软土固结1年、16年、完全固结的地表沉降。从图中结果可以看出：

（1）施工期1年结束时，混凝土空心板方案处理后路堤边缘与路堤中心差异沉降最小，天然地基方案次之，排水板方案最大。

（2）固结16年及完全固结时，混凝土空心板方案处理后路堤边缘与路堤中心差异沉降最小，天然地基方案次之，排水板方案差异沉降最大。 

从以上分析中不难发现以下结论:

（1）固结1年、16年以及最终固结的差异沉降比较表明：混凝土空心板方案可以有效的减小地表总沉降和差异沉降，比较可以看出当地表基本上没有不均匀沉降存在。

（2）加排水板与无混凝土板比较表明：在排水板作用下，固结的时间缩短，但固结时间相同时沉降较大。由于排水板施工期较长（本算例为1年），在工期较短的工程不适应。

（3）混凝土空心板方案与其它方法比较表明：混凝土空心板方案的沉降随时间发展缓慢，地表的总沉降稳定时间由软土的性质和厚度决定。在混凝土空心板的加固作用下，总沉降比其它方法小30％以上，且路堤中心和路堤边缘的差异沉降很小。

综上所述，混凝土空心板加固方法利于减小路堤不均匀沉降，且整个固结过程中的差异沉降都较小，不需要施工期预压，工期短。

Claims (3)

1.高等级路堤深厚软土地基工后沉降控制空心刚性板技术，包括：路面、混凝土板、混凝土板孔洞、碎石垫层、地基土体、施工缝；其特征是：在传统道路结构的碎石垫层与路面层之间加入空心刚性板，所述的空心刚性板为空心钢筋混凝土板，空心钢筋混凝土板带有孔洞，孔洞呈线形排列，孔洞的方向垂直于道路行车方向，平行于道路横断面方向，孔洞为变孔径孔洞，路堤中心处孔洞直径比路堤边缘小30%-50%；钢筋铺设在空心钢筋混凝土板的底层；空心钢筋混凝土板厚度大于800 mm。

2.根据权利要求1所述的高等级路堤深厚软土地基工后沉降控制空心刚性板技术，其特征是：所述空心钢筋混凝土板上的孔洞最大孔径为空心钢筋混凝土板厚度的一半。

3.根据权利要求1所述的高等级路堤深厚软土地基工后沉降控制空心刚性板技术，其特征是：所述空心钢筋混凝土板的底层钢筋铺设时设定纵横两层，横向钢筋间距为10 mm~25 mm，纵向钢筋间距为300 mm~400 mm。

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