CN102561132A - 高等级公路深厚软土地基工后沉降控制板承式路堤技术 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高等级公路深厚软土地基工后沉降控制板承式路堤技术，在软土地基与路堤填土之间设置钢筋混凝土板作为硬壳层，混凝土板厚度为300mm~1000mm；混凝土板可位于地表之上，或部分埋入地基，或全部埋入地基；混凝土板底部可铺设垫层；路堤填土的坡比小于1:1.5，坡面采用土工布包裹；混凝土板靠近路堤边缘两侧可设置低挡墙，低挡墙底部与混凝土板固定在一起，整体变形。本发明可消除路堤边缘和路堤中心的差异沉降，避免了路基产生纵向裂缝，路堤边坡不会失稳破坏，减小了路堤填土的补偿土方量。与排水固结法相比，本发明可有效地减小工后沉降。与复合地基法相比，本发明造价低。本发明工期短，只考虑填土工期，特别适用深厚软土地基上的一般路段。
Description
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，特别涉及高等级公路深厚软土地基工后沉降控制板承式路堤技术。
背景技术
我国沿海及内地湖泊地区存在大量的软弱土地基，在软弱土地基上修建高速公路、高速铁路、江河堤防等，需要对软弱土地基进行处理，以控制工后沉降（即路堤投入运营后在大修的10~15年的一段时间内产生的沉降）。对于高等级公路，一般路段工后沉降控制要求为30cm，桥头路段为10cm。对于深厚软弱土地基的工后沉降控制方法一般有两类：一类为排水固结法，如堆载预压法、真空预压法、降水预压法等，一般需要结合竖向塑料排水板作为排水通道；另一类为复合地基法，又可细分为柔性桩复合地基和刚性桩复合地基法。柔性桩如水泥土搅拌桩（浆、湿喷桩）、砂桩和碎石桩等，刚性桩有CFG桩，预应力管桩（PHC桩）和现浇混凝土大直径管桩（PCC桩）等。排水预压法技术成熟，施工简单，可以处理深度达20米以上的软基，但其主要不足是预压处理时间长，并且处理后工后沉降较大，补偿土方量大，且运营后路堤顶修复补偿土方会产生新的荷载，又导致新的沉降。柔性桩复合地基一般只可处理地面以下15米以内的软土地基，不宜用于深层软土处理，且在加固范围内由于桩的柔性性质，其桩身仍有沉降产生。CFG等刚性桩是处理深层软土可行的方法之一，桩径一般在50厘米左右，桩距一般不大于1.5米，加固效果好，但地基处理造价很高。对于深厚软土地基上的高等级路堤，由于是一种柔性荷载，因此采用上述处理方法进行软基加固后，路堤中心和路堤边缘的附加应力大小不同，路堤中心的附加应力要大于路堤边缘，使得路堤中心的沉降量比路堤边缘要大，从而使地表产生“锅底”状的不均匀沉降，严重时导致公路产生纵向裂缝，影响行车的舒适性和安全性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种造价低、施工快捷、工后沉降小、不产生“锅底”状不均匀沉降的高等级公路深厚软土地基工后沉降控制板承式路堤技术。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种高等级公路深厚软土地基工后沉降控制板承式路堤技术，在软土地基与路堤填土之间设置钢筋混凝土板作为硬壳层，其特征在于：混凝土板厚度为300mm~1000mm ；混凝土板可位于地表之上，或部分埋入地基，或全部埋入地基；混凝土板底部可铺设垫层；路堤填土的坡度较陡，坡比小于1:1.5，坡面采用土工布包裹；混凝土板靠近路堤边缘两侧可设置低挡墙；混凝土板在道路横断面方向设置伸缩缝；混凝土板可变厚度。
所述混凝土板底部铺设垫层的材料可为碎石、级配砂石、建筑砖石垃圾等。
所述路堤填土分为多级填筑，每一级填土的坡面分别采用一层土工布包裹。
所述挡墙与混凝土板垂直，并与混凝土板固定在一起，整体变形，挡墙高度不大于路堤填土高度。
所述伸缩缝应设置在填土高度和地质条件变化不大的横断面位置，伸缩缝方向与道路行车方向垂直。
所述混凝土板可沿道路方向根据地质情况的变化调整厚度，地基土较硬时板厚变薄，地基土较软时板厚变厚。
所述混凝土板上部的路堤填土可选用轻质材料，如EPS颗粒轻质混合土、气泡轻质混合土等，减轻路堤自重，与混凝土板共同作用协调变形，更好地控制路堤沉降。
本发明的优点和效果在于：
在软土地基之上、路堤填土之下设置刚性的钢筋混凝土板，钢筋混凝土板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。
通过将混凝土板部分或全部埋入地基，在混凝土板底部铺设垫层，使地基承载力能满足要求，且方便施工。
垫层材料可采用建筑垃圾，起到了环保的效果。
由于混凝土板强度很高，因此路堤边坡不会发生失稳破坏，边坡可适当变陡，或者设置挡墙，从而减小了路堤填土的方量，节省了工程造价。
在混凝土板两侧可设置挡墙，挡墙与混凝土板固定形成整体，挡墙的墙壁受到土体侧向压力的作用，使底部的混凝土板产生上部受拉、下部受压的弯矩；而作用在混凝土底板的土压力则产生使混凝土板产生上部受压、下部受拉的弯矩，两者正好相互抵消，使混凝土板的挠度和应力都较小。此外，挡墙可以使上部填土更加均匀，保持底板上受力平衡，相当于均布荷载。
采用刚性板代替常规的地基处理方法，使路堤柔性荷载变为刚性荷载，产生整体变形，无差异沉降，不需地基处理来消除差异沉降，因此节省了昂贵的地基处理费用。
与排水固结法相比，本发明由于排水固结慢，工后一定时间内沉降小，即工后沉降小。与复合地基法相比，本发明造价低。本发明工期短，只考虑填土工期，特别适用用深厚软土地基上一般路段。
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。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。
附图说明
图1 本发明混凝土板位于地表之上的板承式路堤示意图；
图2 本发明混凝土板位于地表之下的板承式路堤示意图；
图3 本发明有挡墙的板承式路堤示意图；
图4 本发明与排水板处理路堤中心沉降~时间曲线比较图；
图5 本发明与排水板处理路堤边缘沉降~时间曲线比较图；
图6 本发明与排水板处理路堤横断面工后沉降比较图。
图中：1为软土地基，2为垫层，3为混凝土板，4为土工布，5为路堤，6为挡墙，7为地表面。
具体实施方式
如图1、2和3所示， 一种高等级公路深厚软土地基工后沉降控制板承式路堤技术，在软土地基（1）与路堤（5）之间设置钢筋混凝土板（3）作为硬壳层；钢筋混凝土板（3）刚度大，抵抗变形的能力强，在路堤（5）的重力作用下，板中心与板边缘的相对变形较小，即挠度较小，使地基沉降时路堤（5）与混凝土板（3）形成整体一起往下沉，不产生锅底状差异沉降。混凝土板（3）可位于地表面（7）之上（如图1），或部分埋入地基，或全部埋入地基，即位于地表面（7）之下（如图 2）；混凝土板（3）埋入地基的优点在于可以使板底受力更加均匀、降低板底附加应力并减小沉降。混凝土板（3）底部铺设垫层（2）；由于地表面（7）为软土，铺设垫层（2）是为了使表层土具有一定承载力，方便施工机械和人员进场。路堤（5）的坡度较陡，坡比小于1:1.5，坡面采用土工布（4）包裹；土工布（4）根据路堤（5）分级填筑的厚度分为多层，土工布（4）包裹后，边坡坡度变陡也能保持稳定，且坡底为刚性的混凝土板（3），不存在边坡滑坡的问题。混凝土板（3）靠近路堤（5）边缘两侧也可设置混凝土挡墙（6），挡墙（6）对混凝土板（3）的受力变形更有利。在边坡包裹土工布（4）或设置挡墙（6）都能节省路堤（5）的填土量。
下面以25m深度的软土层为例，假设填土高度为3m，路堤底面宽度为30m，路堤顶面宽度为21m。图4给出了本发明与排水板处理路堤中心沉降~时间曲线比较图，从图可以看出，深厚软土采用排水板处理后，地基中形成了排水通道，加快了土体固结，因此地基沉降速度加快、年沉降量增大；而采用板承式路堤技术处理后，深厚软土地基中没有排水通道，因此土体固结极慢，地基沉降较排水板方案小得多。高等级路堤工程建设中，一般定义工后沉降为：路面施工结束之后15年之内发生的沉降。本例假设施工1年时路面施工结束，那么从第1年开始到第16年的沉降为工后沉降，图4中S1为排水板处理方案的工后沉降，S2为本发明板承式路堤方案的工后沉降。图5给出了本发明与排水板处理路堤边缘沉降~时间曲线比较图。图中也反映出了排水板方案沉降速率快的特点，但地基固结达到一定时间后（如20年），本发明与排水板方案的最终沉降差别不大。
图6还给出了本发明与排水板处理路堤横断面工后沉降比较图。从图可知，排水板方案路堤边缘工后沉降为10.3cm，而路堤中心沉降工后为18.8cm，路堤中心沉降远大于路堤边缘，在路基横断面形成“锅底”状；板承式路堤方案路堤边缘工后沉降为8.5cm，而路堤中心工后沉降为9.4cm，路堤中心沉降和路堤边缘沉降差异较小，没形成“锅底”状。这是因为板承式路堤方案在路堤底部有刚度很大的刚性板，使路堤差异变形减小，形成整体均匀下沉的形式，而排水板方案，地基上部直接填筑柔性路堤，因此路堤中心与边缘差异变形大，这进一步说明了本发明的优越性，即本发明不仅总沉降量小，而且路堤差异变形小。
Claims (6)
1.一种高等级公路深厚软土地基工后沉降控制板承式路堤技术，在软土地基与路堤填土之间设置钢筋混凝土板作为硬壳层，其特征在于：混凝土板厚度为300mm~1000mm；混凝土板可位于地表之上，或部分埋入地基，或全部埋入地基；混凝土板底部铺设垫层；路堤填土的坡度较陡，坡比小于1:1.5，坡面采用土工布包裹；混凝土板靠近路堤边缘两侧可设置混凝土挡墙；混凝土板在道路横断面方向设置伸缩缝；混凝土板可变厚度。
2. 根据权利要求1所述的高等级公路深厚软土地基工后沉降控制板承式路堤技术，其特征在于：混凝土板底部铺设垫层的材料为碎石、级配砂石、建筑砖石垃圾。
3.根据权利要求1所述的高等级公路深厚软土地基工后沉降控制板承式路堤技术，其特征在于：路堤填土分为多级填筑，每一级填土的坡面分别采用一层土工布包裹。
4.根据权利要求1所述的高等级公路深厚软土地基工后沉降控制板承式路堤技术，其特征在于： 挡墙底部与混凝土板固定在一起，整体变形，挡墙高度不大于路堤填土高度。
5.根据权利要求1所述的高等级公路深厚软土地基工后沉降控制板承式路堤技术，其特征在于：伸缩缝设置在填土高度和地质条件变化不大的横断面位置。
6. 根据权利要求1所述的高等级公路深厚软土地基工后沉降控制板承式路堤技术，其特征在于：混凝土板上部的路堤填土选用轻质材料。
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