CN104278608A - 一种新型公路路堤拓宽结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型公路路堤拓宽结构，所述结构原路基边坡修整为台阶状，原路基边坡垫层下设有高压旋喷桩，在原路基垫层处采用加压持续注浆形成浆固承载板，原路基部分孔腔内回灌有细石混凝土或砂浆；采用地基处理桩加固拓宽区域地基，地基处理桩顶端通铺排水垫层；排水垫层上部铺设有土工布，土工布上置水泥土板，水泥土板中设置有高强钢筋网片；拓宽区域路堤由施工过程中的开挖土及轻质填料分层填筑形成。本发明可增强拓宽区域两侧路基土的承载能力和原路基边坡强度，提高路堤结构的整体性，减少新老路基结合处由于差异沉降等而诱发的纵向裂缝产生，具有较好的技术经济效益。本发明还公开了该新型公路路堤拓宽结构的施工方法。

Description

一种新型公路路堤拓宽结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种可同时提高拓宽区域新旧路基承载能力和整体性、减少新老路基结合处由于差异沉降等而诱发的纵向裂缝产生的新型公路路堤拓宽结构及施工方法。属于公路工程领域，适用于旧路改扩建工程中的单侧或双侧公路拓宽工程，特别适用于软土地区公路改扩建工程。

背景技术

近年来，随着我国经济的迅速发展，公路交通量逐年递增，一些公路的交通量已接近饱和交通量。对此，为满足日益增长的交通需求和社会发展需要，公路改扩建项目越来越多，这些项目虽对提高道路等级和改善路网结构具有较高的技术经济价值，但由于旧路路基沉降变形基本稳定，而新路路基的沉降固结时间较短，加之新路路堤后期的自密沉降量通常大于旧路路堤，致使新旧路堤易出现差异沉降量过大、路面开裂、局部沉陷等工程质量问题。工程实践表明，路基加宽的技术难题主要是减小新老路基之间的差异沉降，并保证新老路基的有效衔接，避免道路通车后路面出现纵、横向裂缝等病害。

工程中，为加强新旧路面的结合、控制新旧路基的不均匀沉降，目前通常采用新旧路堤结合处开挖台阶、铺设土工合成材料加筋层、采用轻质材料填筑路堤等工程技术措施。其中，新旧路堤结合处开挖台阶是在旧路路堤填料范围内开挖台阶，该法施工简单，可在一定程度上增强新旧路堤结合处的连接强度；设置土工合成材料加筋垫层、加筋土路堤是在新路堤填料范围内铺设土工格栅、钢筋网片等材料，以增强填料的整体性和强度；轻质路堤填筑是采用轻质材料作为路堤填料，该法可在很大程度上减轻新填筑路堤的重量，减小新填路堤对旧路堤基础的附加应力。实践证明，上述措施在适宜的工程条件下均取得了较好的加固效果，但仍存一定的不足，如旧路路堤开挖台阶会形成潜在滑动面，在路基下卧层地质条件较差工况下，并不能有效减少新路基的总沉降量和工后沉降量；局部加筋处理对新旧路堤差异变形的控制效果有限，常常只能延缓裂缝发展的速率，而不能从根本上阻断裂缝；轻质路堤填筑费用较高，接触部位存在明显接触面，难以解决路基基础不均匀固结引起的沉降不均匀问题等等。

目前，已有在不影响正常通车情况下，通过路堤横向钻孔配合轻质置换控制沉降的方法，该法通过向路堤横向引孔内注入轻质材料来降低路堤结构重量，进而实现控制后期沉降的目的。但是方法未能实现对路堤结构的横向加劲补强，以及上部荷载的深层传递，对差异沉降的控制效果有限。

综上所述，尽管工程中已有一些可用于解决旧路加宽区域差异沉降问题的措施，各种措施的组合应用对于控制路堤后期差异变形、增强新旧路堤结合部位的整体性具有积极意义，但既有措施主要针对新填筑路堤，鲜有涉及旧路路堤承载能力提高的设计，对于路堤填筑高度大、差异沉降控制要求高的路段难以适用。

鉴于此，为有效控制新路基工后沉降和总沉降，减少道路拓宽后新老路堤的差异沉降量，提高公路路基的整体性，目前亟待发明一种可有效改善新老路基承载环境，大幅提高路堤结构层的整体性和抗裂性能的新型公路路堤拓宽结构。

发明内容

本发明的目的在于发明一种可有效提高路基承载能力、控制新旧路堤总沉降量和差异沉降量的新型公路路堤拓宽结构。

为了实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：

一种新型公路路堤拓宽结构，其特征在于所述结构原路基边坡修整为台阶状，原路基边坡垫层下设有高压旋喷桩，在原路基垫层处采用加压持续注浆形成浆固承载板，原路基部分孔腔内回灌有细石混凝土或砂浆；采用地基处理桩加固拓宽区域地基，地基处理桩顶端通铺排水垫层；排水垫层上部铺设有土工布，土工布上置水泥土板，水泥土板中设置有高强钢筋网片；拓宽区域路堤由施工过程中的开挖土及轻质填料分层填筑形成。

原路基边坡修整为设有内倾角的台阶状，台阶的竖直高度和宽度控制在500~1000mm之间，台阶面上设内倾角；从各台阶面或隔级台阶，向下垂直引孔至原路基垫层底面。

排水垫层分两次摊铺，可采用级配均匀的粗砂、碎石或清宕渣，上表面铺设有土工布。

所述地基处理桩为弱挤土桩，可采用水泥搅拌桩或钻孔灌注桩，桩顶位于排水垫层底面下。

水泥土板由开挖土与水泥、石灰或固化剂拌合均匀、分层摊铺压实而成，内置高强钢筋网片。

轻质填料为泡沫珠混合轻质土、气泡混合轻质土或EPS 颗粒轻质土。

在不同路堤填料交界处、台阶延伸水平面铺设有土工加筋材料，土工加筋材料可采用无纺土工布、有纺土工布、塑料土工格栅、钢塑土工格栅或玻璃纤维土工格栅。

所述的新型公路路堤拓宽结构，主要施工过程如下：

1) 整治施工现场：清平拓宽部分场地，下挖土层至排水垫层设计底部高度，并铺设1/3至1/2设计厚度的排水垫层；

2) 原路基边坡修整：原路基边坡整治为台阶状，对台阶上表面设置2~4%的内倾角，自各级台阶或隔级台阶上表面向下竖直引孔至原路基垫层底面；

3) 高压旋喷桩施工：进行高压旋喷桩施工，高压旋喷桩桩顶面标高与原路堤垫层底面标高齐平；

4) 浆固垫层板成形：高压旋喷桩达到原路堤垫层部位后，降低旋喷管提升速率，或进暂停拔管持续注浆，使喷浆与原路基垫层材料充分结合，形成浆固承载板；

5) 孔腔回填：浆固垫层板压浆完成后，拔出旋喷管，向孔腔内灌入细石混凝土或砂浆；

6) 地基处理桩施工：在拓宽区域根据设计要求布置桩位，在桩位附近区域开挖排水垫层，进行地基处理桩施工，桩顶标高齐平于排水垫层底面；

7) 铺设排水垫层：待地基处理桩达到设计强度后，第二次铺设排水垫层，排水垫层外缘应铺设至设计排水沟边缘，排水垫层上均匀摊铺土工布；

8) 填筑水泥土板：在土工布上分层填筑水泥土，并内置高强钢筋网片形成加筋水泥土板；

9) 拓宽路基回填：待水泥土板达到设计强度后，填筑路基，在不同路堤填料交界处、开挖台阶延伸水平面处铺设土工加筋材料，其中上部路堤采用轻质填料填筑；

10) 边坡防水、路面结构施工：待轻质填料达到设计强度后，轻质填料段做防水处理，并进行上部路面结构施工。

本发明具有以下的特点和有益效果：

（1）对老路基、路基垫层和路基下土体通过旋喷注浆和高强材料局部置换等手段进行前期加固，可起到协调旧路堤沉降变形，提高新旧路堤接触区域路堤承载能力的目的，减小因拓宽部分路基施工及原边坡填筑新路基填料对其产生的影响。

（2）采用弱挤土桩与加筋水泥土板加固新路路基，可将上部荷载均匀传至路基下部持力土层，从而有效控制新填筑路堤的总沉降量和工后沉降量，并且对原路基结构影响小。

（3）水泥土板采用现场挖出土方拌合水泥、石灰及固化剂固化而成，其内设置高强钢筋网片，既可改善水泥土板的抗弯拉强度和抗裂性能，还可提高路堤填筑材料的利用率；水泥土板下设置的排水垫层，可同时起到阻断运营期地下水上升通道、加速施工期下卧软土固结、协调上部变形的作用。

（4）采用轻质填料回填新拓宽路堤的上路堤，可充分利用轻质材料重量轻、强度高、耐久性好的优点，改善了路堤填料物理、力学性能，可不做水稳层，节省造价；只在上部路基采用轻质填料，防止路基自重过小，引起路基上浮。

总之，本发明的特点在于既可提高新老路基的承载力，又可改善结合部附近结构层的性能，还可减轻拓宽区域路堤的重量，实现了多角度控制新旧路基差异变形、防止路面结构病害的目的。

附图说明

图1是本发明新型公路路堤拓宽结构断面图。

图中：1—原路基、2—原路基垫层、3—原路面结构层、4—拓宽部分路面结构层、5—回灌体、6—轻质填料填筑层、7—防水层、8—植被种植层、9—浆固承载板、10—高压旋喷桩、11—土工加筋材料、12—拓宽部分普通回填路基、13—水泥土板、14—排水垫层、15—高强钢筋网片、16—土工布、17—排水沟、18—地基处理桩、19—软弱土层、20—相对硬土层。

具体实施例

本实施方式中旧路路堤边坡台阶开挖施工技术要求，地基处理桩、高压旋喷桩、轻质气泡混凝土、细石混凝土的设计及施工技术要求，高强钢筋网片、土工布、土工加筋材料的铺设施工技术要求，路基边坡防护、路面结构的设计及施工技术要求等本实施例中不再累述，重点阐述本发明涉及结构的实施方式。

图1是本发明新型公路路堤拓宽结构断面图。参照图1所示，新型公路路堤拓宽结构由回灌体5、轻质填料填筑层6、浆固垫层板9、高压旋喷桩10、土工加筋材料11、拓宽部分普通回填路基12、水泥土板13、排水垫层14、土工布16、地基处理桩18等组成。

清理施工现场，拓宽部分地坪下挖至原路基垫层2下600mm，整平后上部铺设300mm厚排水垫层14，垫层材料采用粗砂，适当压实，便于机械进场。

原路基1边坡填料修整为台阶状，台阶的竖向高度和横向宽度均为1000mm，台阶面上设3%的内倾角；以该台阶面为顶面，向下竖直引孔至旋喷桩底部设计高程以下500mm；引孔的纵向间隔为3000mm，横向间隔为1000mm（每级台阶面设置一道）。

以竖向引孔为基础进行高压旋喷桩10施工，高压旋喷桩10通过高压旋喷桩机在路基图内旋喷而成；高压旋喷桩10的直径为600mm，采用二管法高压旋喷，高压旋喷桩机压力控制在25MPa左右，喷射量60L/min，旋转速度8~10rpm，提升速度100mm/min，并进行一次复喷。

高压旋喷桩机旋喷至原路基垫层2的底面高度时，高压旋喷桩机的压力加大至50MPa，并提高水泥浆喷射量、旋转速度，降低提管速度；在原路基垫层2范围内多次复喷，使原路基垫层材料与水泥浆充分混合，各台阶旋喷凝结后形成浆固垫层板9。

旋喷结束后立即拔出旋喷管，并向路堤钻孔孔腔内回填细石混凝土，通过注浆管自下而上置换出孔腔内旋喷溢出废弃浆液，最终形成回灌体5，细石混凝土的抗压强度等级为C25。

在已铺设排水垫层14上定位地基处理桩18桩位，除去上部垫层材料，进行地基处理桩18施工。地基处理桩18采用水泥搅拌桩，地基处理桩18的直径为500mm，桩的纵横向间距均为3000mm，穿透软弱土层19，桩底部伸入相对硬土层20内500mm，桩顶位于排水垫层14下。桩机为双轴深层搅拌桩机，采用“四搅四喷”法施工。地基处理桩18符合现行相关规程、规范之要求。

水泥搅拌桩达到设计强度后修复排水垫层坑洞，并继续填高300mm排水垫层14，横向摊铺至排水17沟的侧面，铺设过程中应进行震动压实。

排水垫层14铺设完成后对垫层表面进行整平处理，随后在其上铺设土工布作为土工布16；土工布采用针刺无纺土工布，规格为300g/m²，具体参数要求参见表1；相邻土工布16间的搭接长度不小于200mm。

表1 土工布具体参数表

单位面积质量 偏差

厚度

幅度偏差

断裂强力

断裂伸长率

CBR顶破强力

等效孔径

撕破强力

7%

≥2.4 mm

-0.5%

≥9.5 kN/m

25~100%

≥1.5 kN

0.07~0.2 mm

≥0.24 kN

水泥土板13由挖出土方与普通硅酸盐水泥拌合而成，采用分层压实填铺，压实度不小于96%，每层松铺厚度约为150mm，压实层的总厚度为500mm；水泥土板13的一端与浆固垫层板连接，另一端延伸至排水沟17侧面。

水泥土板13中设置高强钢筋网片15，该高强钢筋网片15采用钢绞线编织而成，钢绞线直径4mm，网孔尺寸100mm×100mm。

上述水泥土板13、排水垫层14、高强钢筋网片15和土工布16皆在拓宽部分普通回填路基12下通长均匀铺设。

待水泥土板13凝固，并且台阶处相应施工完毕后，分层回填拓宽部分普通回填路基12填料，并压实，根据工况选择挖取方便、压实容易、强度高、水稳定性好的路基填料，压实度要求满足现行规范之要求。

填料填至下路堤底面高程后，采用轻质材料填筑形成轻质材料填筑层6，轻质材料填采用EPS 颗粒轻质土，其泡沫：土 = 55:45，干密度不超过1.1×10³kg/m³，无侧限抗压强度不小于280 kPa；轻质材料填筑层6的顶面高出原路面结构3底面300mm。

不同路堤填料交界处、开挖台阶平面处均铺设土工加筋材料10采用玻璃纤维土工格栅，土工格栅在拓宽路堤填料内横向通长铺设，并应进行张拉；土工格栅的各项性能参见表2，施工技术要求应满足现行规范之要求。

表2 土工格栅具体参数表

新型公路路堤拓宽结构，主要施工过程如下：

1) 施工前准备：根据施工要求，处理施工场地，并进行施工放线；挖去原路基垫层以下600mm的土层，铺设粗砂300mm，并进行压实，方便机械行走；

2) 整治施工现场：清理拓宽部分地面，并将原路基边坡整治为台阶状，对台阶上表面进行压实并设置3%的内倾角，自各级台阶上表面向下竖直引孔，引孔伸至原路基垫层2底部；

3) 高压旋喷桩施工：进行高压旋喷桩10施工，高压旋喷桩10桩顶面标高与原路堤垫层2的底面标高齐平；

4) 浆固垫层板成形：高压旋喷桩10达到原路堤垫层部位后，降低旋喷管提升速率，并进行加压旋喷注浆，旋喷管可在原路基垫层范围内上下移动，使喷浆与原路基垫层材料充分结合，形成浆固承载板9；

5) 孔腔回填：浆固垫层板9压浆完成后，拔出旋喷管，向孔腔内灌入细石混凝土，并置换出原有的旋喷冒浆，形成细石混凝土回灌体5；

6) 地基处理桩施工：根据设计要求开挖桩位附近已铺设的排水垫层14，对拓宽区域路堤进行水泥搅拌桩18施工，桩顶至排水垫层14下，桩身达到设计强度后整平桩顶，修复排水垫14层坑洞；

7) 二次排水垫层铺设：在已有排水垫层14上再均匀摊铺300mm粗砂，摊铺至设计排水沟17侧，并压实，上部设置土工布16；

8) 填筑水泥土板：在土工布16上分层填筑水泥土，并内置高强钢筋网片15，形成加筋水泥土板；

9) 拓宽路基回填：根据施工要求填筑路基材料，不同路堤填料交界处、开挖台阶处铺设土工格栅，其中上路堤采用轻质填料填筑，形成轻质材料填筑层6；

10) 后续工程施工：路堤填筑完成后，进行路基边坡防水层7、路面结构工程4、植被种植层8及排水沟17等单位工程施工。

Claims (8)

1.一种新型公路路堤拓宽结构，其特征在于所述结构原路基边坡修整为台阶状，原路基边坡垫层下设有高压旋喷桩，在原路基垫层处采用加压持续注浆形成浆固承载板，原路基部分孔腔内回灌有细石混凝土或砂浆；采用地基处理桩加固拓宽区域地基，地基处理桩顶端通铺排水垫层；排水垫层上部铺设有土工布，土工布上置水泥土板，水泥土板中设置有高强钢筋网片；拓宽区域路堤由施工过程中的开挖土及轻质填料分层填筑形成。

2.根据权利要求1所述的新型公路路堤拓宽结构，其特征在于原路基边坡修整为设有内倾角的台阶状，台阶的竖直高度和宽度控制在500~1000mm之间；从各台阶面或隔级台阶，向下垂直引孔至原路基垫层底面。

3.根据权利要求1所述的新型公路路堤拓宽结构，其特征在于所述排水垫层分两次摊铺，可采用级配均匀的粗砂、碎石或清宕渣，上表面铺设有土工布。

4.根据权利要求1所述的新型公路路堤拓宽结构，其特征在于所述地基处理桩为弱挤土桩，可采用水泥搅拌桩或钻孔灌注桩，桩顶位于排水垫层底面下。

5.根据权利要求1所述的新型公路路堤拓宽结构，其特征在于所述水泥土板由开挖土与水泥、石灰或固化剂拌合均匀、分层摊铺压实而成，内置高强钢筋网片。

6.根据权利要求1所述的新型公路路堤拓宽结构，其特征在于所述轻质填料为泡沫珠混合轻质土、气泡混合轻质土或EPS 颗粒轻质土。

7.根据权利要求1所述的新型公路路堤拓宽结构，其特征在于不同路堤填料交界处、台阶延伸水平面铺设有土工加筋材料，土工加筋材料可采用无纺土工布、有纺土工布、塑料土工格栅、钢塑土工格栅或玻璃纤维土工格栅。

8.根据权利要求1~7所述的新型公路路堤拓宽结构，主要施工过程如下：

1) 整治施工现场：清平拓宽部分场地，下挖土层至排水垫层设计底部高度，并铺设1/3至1/2设计厚度的排水垫层；

2) 原路基边坡修整：原路基边坡整治为台阶状，对台阶上表面设置2~4%的内倾角，自各级台阶或隔级台阶上表面向下竖直引孔至原路基垫层底面；

3) 高压旋喷桩施工：进行高压旋喷桩施工，高压旋喷桩桩顶面标高与原路堤垫层底面标高齐平；

4) 浆固垫层板成形：高压旋喷桩达到原路堤垫层部位后，降低旋喷管提升速率，或进暂停拔管持续注浆，使喷浆与原路基垫层材料充分结合，形成浆固承载板；

5) 孔腔回填：浆固垫层板压浆完成后，拔出旋喷管，向孔腔内灌入细石混凝土或砂浆；

6) 地基处理桩施工：在拓宽区域根据设计要求布置桩位，在桩位附近区域开挖排水垫层，进行地基处理桩施工，桩顶标高齐平于排水垫层底面；

7) 铺设排水垫层：待地基处理桩达到设计强度后，第二次铺设排水垫层，排水垫层外缘应铺设至设计排水沟边缘，排水垫层上均匀摊铺土工布；

8) 填筑水泥土板：在土工布上分层填筑水泥土，并内置高强钢筋网片形成加筋水泥土板；

9) 拓宽路基回填：待水泥土板达到设计强度后，填筑路基，在不同路堤填料交界处、开挖台阶延伸水平面处铺设土工加筋材料，其中上部路堤采用轻质填料填筑；

10) 边坡防水、路面结构施工：待轻质填料达到设计强度后，轻质填料段做防水处理，并进行上部路面结构施工。