一种超轻复合式路基结构及其施工方法 |
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| 申请号 | CN202410055884.4 | 申请日 | 2024-01-15 | 公开(公告)号 | CN117721685A | 公开(公告)日 | 2024-03-19 |
| 申请人 | 广州市北二环交通科技有限公司; 中交(广州)建设有限公司; | 发明人 | 曾利文; 龙翔; 陈敬松; 李嘉明; 庞立果; 陈付雷; 杨林; 张小明; 孙滔; 臧骏; 许奎; 邬良玉; 李洋; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种超轻复合式路基结构及其施工方法，该路基结构，包括地基，地基上设有砂垫层，砂垫层上均匀分布有EPS桩，EPS桩之间设有气泡轻质土，EPS桩顶端设有路面结构层，路面结构层侧部设有护栏，采用本发明的超轻复合式路基结构及其施工方法，可提高路基结构的整体性和 稳定性 ，具有安全性高和施工成本低的优点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种超轻复合式路基结构，其特征在于：包括地基，所述地基上设有砂垫层，所述砂垫层上均匀分布有EPS桩，所述EPS桩之间设有气泡轻质土，所述EPS桩顶端设有路面结构层，所述路面结构层侧部设有护栏。 |
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| 说明书全文 | 一种超轻复合式路基结构及其施工方法技术领域[0001] 本发明属于建筑施工技术领域，具体地说，本发明涉及一种超轻复合式路基结构及其施工方法。 背景技术[0002] 随着我国经济社会高速发展，车流量持续增长，诸多地区的高速公路通行能力和服务水平难以满足日益增长的交通量和社会经济发展需要。特别是2000年前后建成运营的一批高速公路，紧邻城建区域，路网通道相对唯一，在长期交通拥堵已成常态的情况下，对公路安全、大通道通畅带来了严峻挑战，无法持续高效为社会经济快速发展提供有力支撑，改扩建势在必行。 [0003] 然而，在城市化进程中，下穿高速公路的浅埋地铁运营后，沿地铁路线划定了控制保护区，并对地铁隧道的位移及隧道结构外壁附加荷载进行了严苛规定，高速公路改扩建采用普通填土或轻质土拼宽方案均无法满足地铁相关规定，影响地铁结构安全和运营安全，而采用桥梁跨越方案也存在诸多不足：跨径大、造价高、施工扰动大、安全风险高、桥梁拼接路基产生不均匀沉降影响高速公路运营安全等。 [0004] 如何在保证地铁结构及运营安全的情况下，有效降低高速公路改扩建成本，提升高速公路施工及运营安全，是目前本行业同类型项目亟需解决的技术难题。因此需要迫切寻求一种快速且安全的高速公路路基设计结构。 [0005] 公告号为CN116516776A的发明专利，于2023年8月1日公开了名称为一种气泡混合轻质土路堤施工方法，该方法包括以下步骤：对待施工区域进行开挖形成水平施工面；填筑、整平、压实水平施工面；在水平施工面靠近坡底的一侧表面开挖形成台阶结构；压实台阶结构的表面并在台阶结构的顶面上施工形成路堤基础；在路堤基础上施工形成面板基础；在面板基础上安装预制面板形成浇筑腔；在浇筑腔内浇筑气泡混合轻质土，形成气泡混合轻质土层；在水平施工面及气泡混合轻质土层的顶面上铺设形成路面，获得路堤。该气泡混合轻质土路堤施工方法不能适用于附加荷载严重受限区域，且不能增强路基结构的整体稳定性和安全性。 发明内容[0006] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种提高路基结构的整体性和稳定性、安全性高、施工成本低的超轻复合式路基结构及其施工方法。 [0007] 为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为： [0008] 该超轻复合式路基结构，包括地基，所述地基上设有砂垫层，所述砂垫层上均匀分布有EPS桩，所述EPS桩之间设有气泡轻质土，所述EPS桩顶端设有路面结构层，所述路面结构层侧部设有护栏。 [0010] 所述钢筋混凝土板在路面结构层下方分层设置。 [0011] 所述砂垫层顶部设有反滤土工布，所述砂垫层内设有硬塑透水管，所述硬塑透水管横向设置。 [0012] 所述EPS桩直径为75cm，所述EPS桩等间距设置，所述EPS桩中心间距为110cm。 [0013] 所述EPS桩底端设有铁丝网，所述铁丝网包括铁丝网单体，所述铁丝网单体呈正六边形结构，所述铁丝网单体的间距与EPS桩的间距相适配，所述EPS桩底部通过铁丝与铁丝网连接。 [0014] 该超轻复合式路基结构的施工方法，包括以下步骤： [0015] S1、对施工场地进行清表和整平压实，回填砂垫层； [0016] S2、在砂垫层上铺设钢筋网； [0017] S3、在砂垫层上部高度10cm或每次预计浇筑高度下10cm设置铁丝网，采用施工边界模板固定，在填筑区内采用锚杆打设深入基底固定，铁丝网的特定孔洞用于埋设EPS桩； [0018] S4、埋设并固定EPS桩，相邻两节EPS桩之间通过粘结砂浆薄层满粘法进行粘贴，安装施工边界区域的支护面板； [0019] S5、通过泵送方式浇筑气泡轻质土，确保出料口埋入气泡轻质土中或靠近气泡轻质土表面； [0020] S7、浇筑完成后，气泡轻质土固化后进行遮盖保护； [0021] S8、视填筑高度设置钢筋混凝土板，重复S3～S7步骤，确保浇筑过程中整体水平分层进行； [0022] S9、气泡轻质土最终浇筑完成后，在气泡轻质土顶部设置土工膜； [0023] S10、施工路面结构层、排水设施及路侧护栏，用碎石垫层或底基层材料调整纵向和横向坡度。 [0024] 所述步骤S1中，包括以下步骤：对地基清表土层厚度30cm，旧路边坡削坡至1:1.0坡率后开挖台阶；对场地进行整平压实；在基底铺设0.3m厚砂垫层；在坡面和砂垫层中布置硬塑透水管，砂垫层顶面铺设反滤土工布。 [0025] 所述步骤S4中，沿路基纵向全断面设置沉降缝并填塞。 [0026] 所述步骤S5中，气泡轻质土每次浇筑最大厚度为1m，每层浇筑时间间隔至少24小时。 [0027] 本发明的技术效果为：采用本发明的超轻复合式路基结构及其施工方法，从根本上解决上跨浅埋地铁附加荷载严重受限和因此引起的地铁结构位移变形控制难题，该结构建设成本相对较低、施工工艺简单成熟、施工质量易于控制且耐久性好、运营安全有保障。对于上跨浅埋地铁隧道施工区域，采用气泡轻质土+EPS桩的超轻复合式路基结构，可以将施工对地铁结构的位移及附加荷载影响降至最低，确保施工和地铁运营安全，具有很强的适应性和应用前景。在气泡轻质土内部或路面底部设置的钢筋混凝土板可增强结构的整体性和稳定性，确保路基结构安全稳定，并通过设置透水管构成排水垫层，可避免路基出现上浮问题。 [0028] 该超轻复合式路基结构采用气泡轻质土完全包裹EPS桩的结构方案，可避免紫外线照射从而大大提升EPS材料的使用寿命，延长了EPS群桩复合材料的耐久性。其中EPS桩为可量产化、标准化的化工产品，其运输存放便捷，固定方式简单，气泡轻质土施工工艺成熟，安全可靠、质量可控，可加快施工进度，极大降低施工成本。附图说明 [0030] 图1是本发明超轻复合式路基结构的结构示意图； [0031] 图2‑1和图2‑2是本发明的钢筋混凝土板的布置示意图； [0032] 图3‑1和图3‑2是本发明应用后的路基横断面示意图； [0033] 图4是本发明中气泡轻质土与EPS桩的断面布置示意图； [0034] 图5是本发明的铁丝网断面图。 具体实施方式[0035] 下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。 [0036] 如图1至图5所示，该超轻复合式路基结构，包括地基，地基上设有砂垫层，砂垫层上均匀分布有EPS桩，EPS桩之间设有气泡轻质土，EPS桩顶端设有路面结构层，路面结构层侧部设有护栏。 [0037] EPS(聚苯乙烯泡沫塑料)桩作为超轻复合式路基结构的材料组成部分，具有自立性、耐压缩性、易于施工等方面的优点，在国内外道路工程中有广泛的应用。采用气泡轻质土完全包裹EPS桩的方案，不仅可置换部分气泡轻质土达到减轻路基结构的重量的效果，还可有效避免EPS材料长期暴露在紫外线(UV)的照射下发生表面颜色逐渐变黄，抗压缩性能呈现下降的问题，从而提升EPS材料的耐久性能和使用寿命。因此，气泡轻质土+EPS群桩复合材料的耐久性基本等同于气泡轻质土的耐久性。通过EPS置换部分气泡轻质土来减轻路基结构重量，1立方米的气泡轻质土各组分配制用量为：水泥180kg、水234kg、气泡群646L、3 3 矿物掺180kg，湿容重约4.0～6.0kN/m；EPS桩的成形直径为75cm圆柱体，容重0.2kN/m。复 3 合后的路基结构整体容重约2.4kN/m ，是普通气泡轻质土容重的40％～60％，是普通填土路基容重的13％。 [0038] 气泡轻质土是由水泥、水、气泡群、矿物掺和物按一定比例配制而成的流动度高的流体经发泡凝固而成的路基结构体，无侧限抗压强度、回弹模量、剪切强度等力学性能均能满足道路应用需求，且在干湿交替、循环荷载、冻融交替及腐蚀性物等外界因素的长期作用下，仍能保持力学稳定性，具有良好的耐久性，能够满足公路工程设计使用年限的要求；EPS桩是由可发性聚苯乙烯珠粒经加热预发泡后，在模具中加热成型制成的具有闭孔结构的使用温度不超过75℃的聚苯乙烯塑料圆柱桩，具有较强的水稳定性和化学稳定性，EPS桩按一定间距均匀分布在地基垫层上，下端固定，桩间通过浇筑配制好的气泡轻质土进行填充，使得气泡轻质土和EPS桩形成一个复合式的路基结构体系，共同承担路面及通行车辆产生的荷载。 [0039] 如图2‑2所示，路面结构层底部与EPS桩顶部之间设有钢筋混凝土板。根据路基结构的高度，钢筋混凝土板具有不同的设置方式，当高度小于等于6.5m时，在超轻复合式路基结构顶部和路面结构层之间，增设一道厚约15cm的钢筋混凝土板。 [0040] 如图2‑1所示，所述钢筋混凝土板在路面结构层下方分层设置。当高度大于6.5m时，在路面结构层底部及间距5m位置，各增设一道厚约15cm的钢筋混凝土板，确保超轻复合式路基结构在建设及运营过程中的安全稳定。上述根据路基结构的高度进行针对性设计，可增强该路基结构的整体稳定性，形成一个良好的整体，使行车荷载和上部路面结构荷载均匀扩散，防止由于应力集中而造成气泡轻质土和EPS桩的破坏，并防止有害物质侵入EPS桩材料。 [0041] 砂垫层顶部设有反滤土工布，砂垫层内设有硬塑透水管，硬塑透水管横向设置。采用反滤土工布可使水流通过，在渗透压力的作用下，同时防止土层流失，该路基结构置于30cm厚的砂垫层之上，砂垫层之中设置有横向的直径为7.5cmPVC硬塑透水管，能及时将向上渗透的地下水排出路基结构外，实现抗浮功能，避免了路基结构在后续运营中存在上浮风险。 [0042] 如图1所示，EPS桩直径为75cm，EPS桩等间距设置，EPS桩中心间距为110cm。经过检验，当EPS桩中心间距布置为110cm，EPS桩体积置换率达42％时，超轻复合式路基结构整体3 容重约2.4kN/m，相较完全轻质土路基结构减重达40％以上，满足上跨浅埋地铁产生附加位移、荷载的要求。通过数值计算，工后地铁结构产生水平位移值最大值为0.40mm，竖向位移值最大值为0.92mm，小于规范15mm的控制值；工后地铁盾构隧道结构产生的附加荷载仅为16.18kPa，相较于轻质泡沫混凝土方案的附加荷载为31.1kPa，附加荷载减小48％，并确保地铁盾构隧道结构的外壁附加荷载满足规范规定的小于20kPa要求。 [0043] 如图5所示，EPS桩底端设有铁丝网，铁丝网包括铁丝网单体，铁丝网单体呈正六边形结构，铁丝网单体的间距与EPS桩的间距相适配，EPS桩底部通过铁丝与铁丝网连接。铁丝网铺设后为EPS桩的埋设提供定位作用，同时为EPS桩底部进行了固定，EPS桩通过铁丝网固定于地基垫层上，确保在气泡轻质土浇筑过程中不移动变形和垂直，气泡轻质土浇筑完成并硬化后，在向上浇筑过程中，EPS桩相邻两节之间通过优质粘结砂浆薄层满粘法进行粘贴，直至施工完成。 [0044] 如图3‑1所示，地基上设有边坡，边坡上设有台阶，路基经过削坡后构成与路面连接部分为斜面结构，有利于提高路基承载力，同时在边坡上开挖台阶，可便于设置路基与路面连接部分的EPS桩。 [0045] 该超轻复合式路基结构的施工方法，包括以下步骤： [0046] S1、对施工场地进行清表和整平压实，回填砂垫层； [0047] S2、在砂垫层上铺设钢筋网； [0048] S3、在砂垫层上部高度10cm或每次预计浇筑高度下10cm设置铁丝网，采用施工边界模板固定，在填筑区内采用锚杆打设深入基底固定，铁丝网的特定孔洞用于埋设EPS桩； [0049] S4、埋设并固定EPS桩，相邻两节EPS桩之间通过粘结砂浆薄层满粘法进行粘贴，安装施工边界区域的支护面板； [0050] S5、通过泵送方式浇筑气泡轻质土，确保出料口埋入气泡轻质土中或靠近气泡轻质土表面； [0051] S7、浇筑完成后，气泡轻质土固化后进行遮盖保护； [0052] S8、视填筑高度设置钢筋混凝土板，重复S3～S7步骤，确保浇筑过程中整体水平分层进行； [0053] S9、气泡轻质土最终浇筑完成后，在气泡轻质土顶部设置土工膜； [0054] S10、施工路面结构层、排水设施及路侧护栏，用碎石垫层或底基层材料调整纵向和横向坡度。 [0055] 上述步骤1中，施工前做好场地防、排水等准备工作，然后对地基清表30cm，旧路边坡削坡至1:1.0坡率后开挖1.0×1.0m的台阶，φ7.5cm硬塑透水管沿坡面横向布置。填筑前对场地进行整平压实，压实度不小于90％，然后在基底铺设0.3m厚砂垫层，砂垫层中埋设φ7.5cm硬塑透水管，砂垫层顶面铺设一层反滤土工布。 [0056] 上述步骤5中，气泡轻质土配制的配合比要通过试验进行选择，试验工作要提前进行，以保证施工时能提供设计所需要的配合比。必要时要做出28d强度与7d强度的关系，以便施工质量管理中用7d的抗压强度来判断28d的抗压强度。起泡剂是气泡轻质土技术的关键，无论采用界面活性类、蛋白类或树脂类中的哪一种，但都得保证发泡质量，即气泡在气泡轻质土中分布要均匀、具有稳定性，能确保气泡在气泡轻质土的轻质性和流动性。气泡轻质土在搅拌时的质量管理要求最高，因为在搅拌时的质量管理中要确保气泡轻质土的流动性和轻量性，所以投料要准确，必须按照湿润密度、空气量、流动值的标准进行控制。 [0057] 上述步骤4中，气泡轻质土侧面采用水泥面板防护，面板为预制板，由角钢进行加固，预制面板时要严格控制尺寸，以免给安装带来困难。对于边部和顶部存在一些异型板，施工时需注意根据实际情况作出尺寸调整。面板之间的接缝、面板与地基之间要填充密实，避免漏浆；立柱和面板要牢靠，避免垮塌。 [0058] 上述气泡轻质土浇筑过程中，配制并搅拌完成后的气泡轻质土一般采用泵送至施工现场，在确保材料不离析、气泡稳定的前提下，一级泵送的最大距离为500m。如果输送距离超过上述范围，应设置中继泵送装置或把气泡的混合移到泵送管的出口附近。为确保气泡轻质土中气泡独立而均匀分布；气泡的消泡及材料的离析控制到最小程度，施工过程中应避免过度振动；在浇筑过程中需要严格控制泡沫质量，为避免气泡轻质土浇筑后出现沉降开裂或路基失稳的现象，浇筑过程应从软管的前端直接浇筑，且出料口要埋入气泡轻质土中或尽量靠近气泡轻质土的表面，避免工后危害轻质土路堤的稳定性。 [0059] 上述步骤7中，气泡轻质土浇筑完成后进行养护，为了防止由于急速干燥而产生裂缝，固化后需要加盖麻袋等进行保护。对于施工期间遇到雨天时的防护。要求对所有施工作业面和易受水损坏的部位，均须用不透水帆布或彩条布对固化前的气泡轻质土要进行遮盖，避免雨淋，对于大体积气泡轻质土，应加强养护过程，确保不因养护不够导致裂缝产生。 [0060] 上述步骤9中，气泡轻质土最终完成后，应及时在气泡轻质土顶部设置土工膜封闭密封，实现防水防渗功能。土工膜的设置需要尽可能少接头，如存在的部分接头应进行密封处理。 [0061] 上述步骤10中，路侧护栏采用SAm级钢筋混凝土墙式护栏，通过护栏基础顶预埋钢筋连接；用碎石垫层或底基层材料进行纵向和横向坡度的调整。 [0062] 步骤S1中，包括以下步骤：对地基清表土层厚度30cm，旧路边坡削坡至1:1.0坡率后开挖台阶；对场地进行整平压实；在基底铺设0.3m厚砂垫层；在坡面和砂垫层中布置硬塑透水管，砂垫层顶面铺设反滤土工布。对旧路边坡削坡至1:1.0的坡率，形成梯形截面结构，防止地基的压力分布不均造成局部土层沉降，通过反滤土工布的反滤作用防止土层流失，采用硬塑透水管可将向上渗入坡面和砂垫层的地下水排出。其中，砂垫层材料要求为：最大粒径不大于37.5mm，粒径4.75mm以下的细粒含量不超过10％，粒径2.36mm以下细粒含量不超过6％，基本无1.18mm以下细粒料。硬塑透水管采用的排水PE管材须满足标准：GB/T13663.2‑2018《给水用聚乙烯(PE)管道系统第2部分：管材》的要求。反滤土工膜为M2/PE型号，厚度为2mm，伸长率大于50％，纵、横向拉伸强度不小于18kN/m，纵、横向直角撕裂强度不‑11小于100N/mm，CBR顶破强度不小于6000N，垂直渗透系数不超过5x10 cm/s。 [0063] 步骤S4中，沿路基纵向全断面设置沉降缝并填塞。沉降缝用沥青木板或夹板填塞满，沉降缝设置位置与面板及面板基础的沉降缝一一对应。面板之间设置的沉降缝处用沥青木板填塞满，沉降缝表面作勾凹缝美化处理。面板的施工缝每10到15m设置一道，施工缝宽1cm，全断面填塞沥青麻絮，需与气泡轻质土、面板及其基础横断面的既有施工缝位置相同。 [0064] 步骤S5中，气泡轻质土每次浇筑最大厚度为1m，每层浇筑时间间隔至少24小时。气泡轻质土浇筑过程同时分层进行，整个填筑体水平分层进行浇筑，单次的最大施工厚度不超过1m，固化养护时间至少24小时，待每层气泡轻质土固化达到设计强度后才可进行下一层施工。 [0065] 该超轻复合式路基结构及其施工方法，从根本上解决上跨浅埋地铁附加荷载严重受限和因此引起的地铁结构位移变形控制难题，该结构建设成本相对较低、施工工艺简单成熟、施工质量易于控制且耐久性好、运营安全有保障。对于上跨浅埋地铁隧道施工区域，采用气泡轻质土+EPS桩的超轻复合式路基结构，可以将施工对地铁结构的位移及附加荷载影响降至最低，确保施工和地铁运营安全，具有很强的适应性和应用前景。在气泡轻质土内部或路面底部设置的钢筋混凝土板可增强结构的整体性和稳定性，确保路基结构安全稳定，并通过设置透水管构成排水垫层，可避免路基出现上浮问题。 [0066] 该超轻复合式路基结构采用气泡轻质土完全包裹EPS桩的结构方案，可提升EPS材料的使用寿命，延长了EPS群桩复合材料的耐久性。其中EPS桩为可量产化、标准化的化工产品，其运输存放便捷，固定方式简单，气泡轻质土施工工艺成熟，安全可靠、质量可控，可加快施工进度，极大降低施工成本。 [0067] 以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。 |
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