CN104532713B - 一种道路路基沉陷修复装置及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于道路路基修复技术领域，公开了一种道路路基沉陷修复装置及修复方法，该修复装置包括钢拱架、微型桩，混凝土台身、钢垫板、填充混凝土和注浆管组成。本发明通过钢拱架的“拱效应”及微型桩可将路基沉陷段的荷载传递至周围强度较大的未沉陷路基区域，而高压注浆则对软弱路基起到一定的压实作用，填充软弱路基的表层空隙及裂缝，提高路基抗变形能力，可有效控制软弱路基的进一步沉陷。同时填充混凝土及注浆体阻断了地面降水浸入路基的通道，避免路基再次浸水软化和脱空。本发明可应用于道路路基的沉陷处治，工艺简单，质量可控，施工进度快，可基本消除由于路基强度降低造成的路基沉陷病害，提高公路路面结构使用寿命。

Description

一种道路路基沉陷修复装置及修复方法

技术领域

本发明涉及土木工程领域，涉及一种道路路基沉陷修复装置及修复方法。

背景技术

路基作为路面结构的基础和支撑，对其上部路面结构的服役行为起到关键作用，但在山区特别是黄土地区高填方路堤较多，由于施工问题以及各种自然环境因素的影响，路基沉陷病害时常发生，并造成路面结构层破坏，平整度降低，严重威胁着公路的正常运营和人民的生命财产安全。

目前常用的路基沉陷处治方法有挤密砂桩(碎石桩)法、深层搅拌法(包括粉喷浆喷)以及注浆法等，这些方法或是工艺复杂，造价较高，施工期长，处理时需较大的机械施工平台，并需要封闭整个路段，影响公路交通；或是施工质量不易控制，处治效果不理想，且对环境污染较大。这些方法都无法满足现代公路维修养护高效、优质、经济、环保的技术要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中对路基沉陷的处治效果不理想、造价较高以及各种技术指标达不到要求的技术问题，进而提供了一种对路基沉陷的处治效果好以及修复质量易于控制的道路路基沉陷修复装置及修复方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种道路路基沉陷修复装置，其特征在于：所述道路路基沉陷修复装置包括连接件、与道路走向并行设置的钢拱架以及设置在钢拱架两端的微型桩组；所述连接件包括混凝土底座、镶嵌于混凝土底座中的钢垫板；所述设置在钢拱架每端的微型桩组均包括第一微型桩以及第二微型桩，所述第一微型桩以及第二微型桩的一端分别伸入沿道路走向的未沉陷段，另一端依次通过混凝土底座以及钢垫板与钢拱架相连。

作为优选，本发明所采用的第一微型桩以及第二微型桩的一端分别与水平面呈45°及60°伸入沿道路走向的未沉陷段。

作为优选，本发明所采用的第一微型桩以及第二微型桩的桩径均不低于150mm，所述第一微型桩以及第二微型桩的桩身均采用C25混凝土浇筑，所述第一微型桩以及第二微型桩的桩长均不小于3000mm，所述第一微型桩以及第二微型桩的桩中心间距是4～6倍第一微型桩或第二微型桩的桩径。

作为优选，本发明所采用的钢拱架整体呈圆曲线状；所述圆曲线是根据道路路基沉陷段长度确定的，所述圆曲线向上凸起的预拱度是1/100L～1/50L；其中，L是道路路基沉陷段长度，L的单位是m。

作为优选，本发明所采用的钢拱架是I20b型钢；所述钢拱架一节或多节；所述钢拱架是多节时，所述多节钢拱架采用M30螺栓相互拼装形成一个呈圆曲线状的整体。

作为优选，本发明所采用的道路路基沉陷修复装置还包括设置在道路沉陷段并与钢拱架相连的注浆管桩；所述注浆管桩包括伸入道路沉陷段的注浆管，注浆管顶部设置有混凝土底座以及镶嵌于混凝土底座上的钢垫板；所述钢拱架依次通过钢垫板以及混凝土底座与注浆管相连。

作为优选，本发明所采用的钢拱架采用双面焊的方式与钢垫板焊接；所述焊接高度不小于6mm；

作为优选，本发明所采用的混凝土底座采用的混凝土是C30混凝土；所述钢垫板嵌入混凝土底座的深度不小于5mm，所述钢垫板的尺寸不小于250×230×15mm。

作为优选，本发明所采用的道路路基沉陷修复装置还包括环绕浇筑在钢拱架周围的填充混凝土层。

一种根据如上所述的道路路基沉陷修复装置的道路路基沉陷修复方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

A)在道路路基沉陷段去除沉陷路面结构层，并根据钢拱架预拱度及保护层厚度开挖路基至指定深度；所述钢拱架预拱度是道路路基沉陷段的1/100～1/50；

B)在道路路基未沉陷段中交错打入与水平面呈45°及60°的微型桩，所述微型桩的间距是4～6倍第一微型桩或第二微型桩的桩径，所述微型桩的桩长不小于3000mm；

C)在微型桩的桩头处采用C30混凝土浇筑混凝土底座，并将钢垫板嵌于混凝土底座中；所述钢垫板嵌入混凝土底座的深度不小于5mm；所述钢垫板的尺寸不小于250×230×15mm；

D)将含有预拱度的钢拱架的两端分别通过双面焊的方式焊接在钢垫板上，焊接高度不小于6mm，焊缝需饱满；

E)开挖路基表层清除杂物和浮土后，在开挖路基表层预埋一根或多根注浆管，注浆管方向与钢拱架在投影方向保持垂直，所述注浆管的间距不低于3000mm，所述注浆孔伸入沉陷路段中；

F)在道路路基沉陷段浇筑C30混凝土与路基顶面平齐，并振捣密实，形成填充混凝土层；

G)待填充混凝土层凝固后向预埋在沉陷路段中的注浆管进行浅层高压注浆，注浆浆液采用高强无收缩水泥灌浆料，初始注浆压力控制在0.5～1.0MPa，终止注浆压力不低于2.0MPa；

H)在填充混凝土层上铺筑路面结构层。

本发明提供了一种道路路基沉陷修复装置及修复方法，该道路路基沉陷修复装置及其修复方法是通过钢拱架的“拱效应”及微型桩可将路基沉陷段的荷载传递至周围强度较大的未沉陷路基区域，而高压注浆则对软弱路基起到一定的压实作用，并填充软弱路基的表层空隙及裂缝，提高路基抗变形能力，可有效控制软弱路基的沉陷。同时填充混凝土及注浆体阻断了地面降水浸入路基的通道，避免路基再次浸水软化和脱空。因此，本发明应用于道路路基的沉陷处治时，工艺简单，质量可控，施工进度快，对公路交通及环境影响小，可基本消除由于路基强度降低造成的路基沉陷病害，提高公路路面结构使用寿命；其修复方法设计合理，工艺简单，施工期短，且质量易于控制。具体而言，本发明具有以下优点：

1、本发明所采用的结构层自重荷载和车辆荷载通过钢拱架的“拱效应”及微型桩可将路基沉陷段的荷载传递至周围强度较大的未沉陷路基区域，有效降低了软弱路基承受的路面结构层自重和车辆荷载；

2、本发明采用浅层高压注浆，注浆终止压力不低于2.0MPa，高压注浆对软弱路基顶面起到一定的压密作用，软弱路基密实度提高，抗变形能力也就相应增强，提高了路基的抗变形能力，对软弱路基沉陷的限制作用明显；

3、本发明所采用的填充混凝土不仅可以承担部分荷载，同时对路基表面起到密封作用，浅层高压注浆也可以封闭软弱路基表层的浸水通道，二者共同作用可有效避免地面降水浸入路基，有效避免了地面降水浸入路基对其强度的影响，避免了路基再次沉陷；

4、一般公路软弱路基修复或是采用竖向增强体增加路基刚度，或是采用深层注浆法，两者都需要钻孔，前者还要往孔中加入增强体材料并采用振动、压实等措施保证增强体强度，后者则无法控制注浆液体渗透方向，质量不易控制，且会产生噪音、废弃浆液等污染；本发明只需浅层开挖，并打入若干微型桩，填充混凝土达到强度要求后便可施工路面结构层，工艺简单，施工期短，且质量易于控制，处理后的路基沉陷问题可基本消除，有效避免病害二次发生，减小了路基修复对公路交通和环境的影响，减小了公路路面养护成本，提高了路面使用寿命。

附图说明

图1为本发明所提供的道路路基沉陷修复装置的使用状态参考图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明所采用的钢拱架锚栓连接示意图；

图4为图3的侧视图；

图5为本发明所采用的注浆管的结构示意图；

图6为本发明所采用的混凝土底座结构示意图；

图7为图6的俯视结构示意图；

图8为采用本发明所提供修复方法前的传力机理示意图；

图9为采用本发明所提供修复方法后的传力机理示意图；

其中：

1-钢拱架；2-微型桩；3-混凝土底座；4-钢垫板；5-填充混凝土；6-注浆管；7-沉陷段路基；8-未沉陷段路基。

具体实施方式

参见图1以及图2，本发明提供了一种道路路基沉陷修复装置，该道路路基沉陷修复装置包括连接件、与道路走向并行设置的钢拱架以及设置在钢拱架两端的微型桩组；连接件包括混凝土底座、镶嵌于混凝土底座中的钢垫板；设置在钢拱架每端的微型桩组均包括第一微型桩以及第二微型桩，第一微型桩以及第二微型桩的一端分别伸入沿道路走向的未沉陷段，另一端依次通过混凝土底座以及钢垫板与钢拱架相连。钢拱架沿公路走向方向设置，根据公路线型可适当调整为与公路呈一定角度，但不可横切公路，否则路面结构层和车辆荷载沿公路横向传递，由于路基侧面没有任何固定约束，附加将导致公路路基横向变形增加，路基沉降也会相应增大。

第一微型桩以及第二微型桩的一端分别与水平面呈45°及60°伸入沿道路走向的未沉陷段。

第一微型桩以及第二微型桩的桩径均不低于150mm，第一微型桩以及第二微型桩的桩身均采用C25混凝土浇筑，第一微型桩以及第二微型桩的桩长均不小于3000mm，第一微型桩以及第二微型桩的桩中心间距是4～6倍第一微型桩或第二微型桩的桩径。

钢拱架整体呈圆曲线状；圆曲线是根据道路路基沉陷段长度确定的，圆曲线向上凸起的预拱度是1/100L～1/50L；其中，L是道路路基沉陷段长度，L的单位是m。路基沉陷大，预拱度则采用较大值。

钢拱架是I20b型钢；钢拱架一节或多节；钢拱架是多节时，多节钢拱架采用M30螺栓相互拼装形成一个呈圆曲线状的整体(参见图3以及图4)。I20b型钢为工字钢一种型号，其强度满足荷载传递要求即可，当沉陷段长度过大时，在考虑其经济性的前提下可适当采用更大尺寸型号工字钢，保证荷载传递效果。

道路路基沉陷修复装置还包括设置在道路沉陷段并与钢拱架相连的注浆管桩；注浆管桩包括伸入道路沉陷段的例如32的注浆管(参见图1、图2、图5以及图6)，注浆管上留有6注浆孔，孔眼交错布置，埋设注浆管时注浆孔开口向下。注浆管顶部设置有混凝土底座以及镶嵌于混凝土底座上的钢垫板；钢拱架依次通过钢垫板以及混凝土底座与注浆管相连。

钢拱架采用双面焊的方式与钢垫板焊接；焊接高度不小于6mm；

参见图6以及图7，混凝土底座采用的混凝土是C30混凝土；钢垫板嵌入混凝土底座的深度不小于5mm，钢垫板的尺寸不小于250×230×15mm。

道路路基沉陷修复装置还包括环绕浇筑在钢拱架周围的填充混凝土层。

在同一道路方向，可采用多根并行的钢拱架一起实现支撑的目的，钢拱架横向间距1000mm，拼装采用M30螺栓连接。

本发明在提供道路路基沉陷修复装置的同时，还提供了一种道路路基沉陷修复方法，该方法包括以下步骤：

A)在道路路基沉陷段去除沉陷路面结构层，并根据钢拱架预拱度及保护层厚度开挖路基至指定深度；钢拱架预拱度是道路路基沉陷段的1/100～1/50；开挖深度是根据钢拱架预拱度设置的，也就是钢拱架预拱度加一定的钢筋保护层厚度；

B)在道路路基未沉陷段中交错打入与水平面呈45°及60°的微型桩，微型桩的间距是4～6倍第一微型桩或第二微型桩的桩径，微型桩的桩长不小于3000mm；由于钢拱架发挥的是“拱效应”，结构层自重和车辆等竖向荷载通过钢拱架传递到底座后，其传递方向已变为与水平面呈一定角度，根据承受水平荷载桩体的设置要求，将微型桩设定为45°-60°交错打入，可以更好发挥桩体的承载效应；按微型桩施工工法，桩头应该出露地表一定长度，并浇筑混凝土底座，钢垫板嵌与混凝土底座表面；微型桩的桩长应满足承载力要求，考虑到高速公路车辆荷载较大，其长度不应小于3m，当沉陷段长度过大时，在考虑其经济性的前提下可适当增加桩长；微型桩一般内置钢筋笼，钢筋笼采用若干根纵向钢筋制作，并间隔一定间距设置一道箍筋；

C)在微型桩的桩头处采用C30混凝土浇筑混凝土底座，并将钢垫板嵌于混凝土底座中；钢垫板嵌入混凝土底座的深度不小于5mm；钢垫板的尺寸不小于250×230×15mm；

D)将含有预拱度的钢拱架的两端分别通过双面焊的方式焊接在钢垫板上，焊接高度不小于6mm，焊缝需饱满；

E)开挖路基表层清除杂物和浮土后，在开挖路基表层预埋一根或多根注浆管(根据《建筑地基处理技术规范》中单液硅化法和碱液法的规定，当地基湿陷较严重时，孔距可取0.7～0.9m，当地基湿陷较轻时，孔距可适当增大至1.2～2.5m，由于该专利采用的是浅层高压注浆，只是发挥其地基表层压密及封闭浸水通道的作用，因此其间距还可适当增大)注浆管方向与钢拱架在投影方向保持垂直，注浆管的间距不低于3000mm，注浆孔伸入沉陷路段中；

F)在道路路基沉陷段浇筑C30混凝土与路基顶面平齐，并振捣密实，形成填充混凝土层；

G)待填充混凝土层凝固后向预埋在沉陷路段中的注浆管进行浅层高压注浆，注浆浆液采用高强无收缩水泥灌浆料，初始注浆压力控制在0.5～1.0MPa，终止注浆压力不低于2.0MPa；

H)在填充混凝土层上铺筑路面结构层。

参见图8，是采用本发明所提供修复方法前的传力机理示意图；参见图9，采用本发明所提供修复方法后的传力机理示意图；显然，本发明通过钢拱架的“拱效应”及微型桩可将路基沉陷段的荷载传递至周围强度较大的未沉陷路基区域，而高压注浆则对软弱路基起到一定的压实作用，并填充软弱路基的表层空隙及裂缝，提高路基抗变形能力，可有效控制软弱路基的沉陷。

下面以一个具体实施例对本发明所提出的技术方案进行详细的说明：

实施例1：

某高速公路高填方黄土路堤，填方高度16m，单幅路面宽度12.25m，通车三年后路基发生沉陷，沉陷路段长23m，最大沉降深度达到5cm，并导致路面结构拉裂破坏，经多次路面勾缝、填补修复，路面病害仍反复发生。

根据路基沉陷情况，采用一种道路路基沉陷修复装置，参见图1，其包括钢拱架、微型桩，混凝土底座、钢垫板、填充混凝土和注浆管组成。确定钢拱架1为I20b型钢拱架，每节拱架腹板高200mm，翼缘板宽102mm，翼缘板厚11.4mm，预留预拱度50cm，每节长度3m，分8节拼装，拼装采用M30螺栓101连接。

其修复的具体实施步骤是：

A)去除沉陷段路基7的路面结构层，并在路基顶面下挖60cm；

B)在未沉陷段路基8中交错打入与水平面呈45°～60°的微型桩2，桩长4m，桩径150mm，中心距(桩轴线之间的距离)500mm，桩身采用C25混凝土浇筑；

C)在桩头采用C30混凝土浇筑混凝土底座3，并将钢垫板4嵌于混凝土底座中，钢垫板尺寸为250×230×15mm；

D)钢拱架1拼接完成后将两端焊接在钢垫板4上，焊点均须采用双面焊，焊接高度不小于6mm，且焊缝饱满；

E)开挖路基表层清除杂物和浮土后，在开挖路基表层预埋5根32注浆管6，注浆管6方向与钢拱架1在投影方向保持垂直，间距4m，注浆孔向下开口。

F)在路基沉陷段浇筑C30填充混凝土5与路基顶面平齐，并振捣密实；

G)待填充混凝土5凝固后进行浅层高压注浆，注浆浆液采用高强无收缩水泥灌浆料，初始注浆压力0.8MPa，终止注浆压力2.5MPa。

H)在填充混凝土层上铺筑路面结构层。

修复效果：采用本发明所公开的方法，公路仅封闭交通15天后便恢复通车，修复后的路基钢拱架“拱效应”显著，路基沉陷现象再未发生，也没有出现路基脱空，路面结构层完好，沥青路面仅有少量细微裂纹。

Claims (10)

1.一种道路路基沉陷修复装置，其特征在于：所述道路路基沉陷修复装置包括连接件、与道路走向并行设置的钢拱架以及设置在钢拱架两端的微型桩组；所述连接件包括混凝土底座以及镶嵌于混凝土底座中的钢垫板；所述设置在钢拱架每端的微型桩组均包括第一微型桩以及第二微型桩，所述第一微型桩以及第二微型桩的一端分别伸入沿道路走向的未沉陷段，另一端依次通过混凝土底座以及钢垫板与钢拱架相连。

2.根据权利要求1所述的道路路基沉陷修复装置，其特征在于：所述第一微型桩以及第二微型桩的一端分别与水平面呈45°及60°伸入沿道路走向的未沉陷段。

3.根据权利要求2所述的道路路基沉陷修复装置，其特征在于：所述第一微型桩以及第二微型桩的桩径均不低于150mm，所述第一微型桩以及第二微型桩的桩身均采用C25混凝土浇筑，所述第一微型桩以及第二微型桩的桩长均不小于3000mm，所述第一微型桩以及第二微型桩的桩中心间距是4～6倍第一微型桩或第二微型桩的桩径。

4.根据权利要求3所述的道路路基沉陷修复装置，其特征在于：所述钢拱架整体呈圆曲线状；所述圆曲线是根据道路路基沉陷段长度确定的，所述圆曲线向上凸起的预拱度是1/100L～1/50L；其中，L是道路路基沉陷段长度，L的单位是m。

5.根据权利要求4所述的道路路基沉陷修复装置，其特征在于：所述钢拱架是I20b型钢；所述钢拱架一节或多节；所述钢拱架是多节时，所述多节钢拱架采用M30螺栓相互拼装形成一个呈圆曲线状的整体。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的道路路基沉陷修复装置，其特征在于：所述道路路基沉陷修复装置还包括设置在道路沉陷段并与钢拱架相连的注浆管桩；所述注浆管桩包括伸入道路沉陷段的注浆管，注浆管顶部设置有混凝土底座以及镶嵌于混凝土底座上的钢垫板；所述钢拱架依次通过钢垫板以及混凝土底座与注浆管相连。

7.根据权利要求6所述的道路路基沉陷修复装置，其特征在于：所述钢拱架采用双面焊的方式与钢垫板焊接；所述焊接高度不小于6mm。

8.根据权利要求7所述的道路路基沉陷修复装置，其特征在于：所述混凝土底座采用的混凝土是C30混凝土；所述钢垫板嵌入混凝土底座的深度不小于5mm，所述钢垫板的尺寸不小于250×230×15mm。

9.根据权利要求8所述的道路路基沉陷修复装置，其特征在于：所述道路路基沉陷修复装置还包括环绕浇筑在钢拱架周围的填充混凝土层。

10.一种根据如权利要求9所述的道路路基沉陷修复装置的道路路基沉陷修复方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

A)在道路路基沉陷段去除沉陷路面结构层，并根据钢拱架预拱度及保护层厚度开挖路基至指定深度；所述钢拱架预拱度是道路路基沉陷段的1/100～1/50；

B)在道路路基未沉陷段中交错打入与水平面呈45°及60°的微型桩，所述微型桩的间距是4～6倍第一微型桩或第二微型桩的桩径，所述微型桩的桩长不小于3000mm；

C)在微型桩的桩头处采用C30混凝土浇筑混凝土底座，并将钢垫板嵌于混凝土底座中；所述钢垫板嵌入混凝土底座的深度不小于5mm；所述钢垫板的尺寸不小于250×230×15mm；

D)将含有预拱度的钢拱架的两端分别通过双面焊的方式焊接在钢垫板上，焊接高度不小于6mm，焊缝需饱满；

E)开挖路基表层清除杂物和浮土后，在开挖路基表层预埋一根或多根注浆管，注浆管方向与钢拱架在投影方向保持垂直，所述注浆管的间距不低于3000mm，所述注浆孔伸入沉陷路段中；

F)在道路路基沉陷段浇筑C30混凝土与路基顶面平齐，并振捣密实，形成填充混凝土层；

G)待填充混凝土层凝固后向预埋在沉陷路段中的注浆管进行浅层高压注浆，注浆浆液采用高强无收缩水泥灌浆料，初始注浆压力控制在0.5～1.0MPa，终止注浆压力不低于2.0MPa；

H)在填充混凝土层上铺筑路面结构层。