CN112695656A - 一种用于拓宽道路的箱涵施工方法及箱涵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于拓宽道路的箱涵施工方法及箱涵，所述方法包括：计算箱涵结构自重引起的附加应力，当所述附加应力大于第一预设阈值时，向下挖开一定厚度的土层；其中厚度范围为1‑3m最为适宜，然后作为隧道上方的待拓宽道路；在所述待拓宽道路的两侧及所述隧道的外侧进行填筑，填筑边界为与竖直方向呈30度夹角向下且与所述隧道的底边相切所形成的稳定斜坡；以所述稳定斜坡和边坡面为边界，施工所述箱涵。本发明提供的用于拓宽道路的箱涵施工方法，降低了新建拓宽道路的路基填土荷载，减小了隧道结构的附加荷载和隧道围岩的扰动，避免隧道上方填土施工引起的隧道结构变形开裂和不均匀沉降，具有施工快、可靠度强和耐久性好的优点。

Description

一种用于拓宽道路的箱涵施工方法及箱涵

技术领域

本发明涉及道路施工技术领域，尤其涉及一种用于拓宽道路的箱涵施工方法及箱涵。

背景技术

目前，在进行道路拓宽时，常采用普通土进行分层碾压形成道路的路基结构；对于地铁上方的道路拓宽工程，受隧道结构埋深和隧道结构刚度较小的影响，若拓宽过程的填土荷载过程，可能导致下方的隧道结构出现不均匀沉降或者开裂等病害，严重时可能导致隧道结构的混凝土结构掉块和涌水涌砂的重大风险发生。

现有技术下，为了解决在地铁隧道上方实施道路拓宽过程的填土荷载过大问题，通常采用跨线桥的形式进行跨越地铁隧道，将填土的荷载转化为桥梁结构的自重荷载，并将桥梁结构的自重荷载通过桥墩和桩基传到底部，达到降低对隧道影响的目的，但是现有技术提供的拓宽方法往往存在以下缺点：若采用普通土进行路基填筑，在填筑高度较高时，可能导致路基自重荷载传到隧道顶的附加应力无法满足相关要求，即使采用轻质混凝土，也可能因为填筑高度过高而导致隧道结构所受附加应力过大，可靠性不强且耐久性差；若采用桥梁结构进行跨越地铁隧道，受隧道埋深较深和隧道位置难以准确定位等因素的影响，在实施桥梁结构的桩基时，可能存在桩身垂直度不足和桩孔定位不准确的问题，严重时可能导致隧道结构被打穿或损毁。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于拓宽道路的箱涵施工方法及箱涵，所述方法降低了新建拓宽道路的路基填土荷载，减小了隧道结构的附加荷载和隧道围岩的扰动，避免隧道上方填土施工引起的隧道结构变形开裂和不均匀沉降，具有施工快、可靠度强和耐久性好的优点。

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种用于拓宽道路的箱涵施工方法，包括：

计算箱涵结构自重引起的附加应力，当所述附加应力大于第一预设阈值时，向下挖开一定厚度的土层；以作为隧道上方的待拓宽道路；

在所述待拓宽道路的两侧及所述隧道的外侧进行填筑，填筑边界为与竖直方向呈30度夹角向下且与所述隧道的底边相切所形成的稳定斜坡；

以所述稳定斜坡和边坡面为边界，施工所述箱涵。

作为优选地，在所述计算箱涵结构自重引起的附加应力之前，还包括：

获取隧道的埋深和结构，并根据隧道边线获得隧道结构在地面的位置；

根据道路拓宽范围内的地面标高和设计路面标高，计算路基填筑引起的隧道结构附加应力；且当所述路基填筑引起的隧道结构附加应力大于第二预设阈值时，计算箱涵结构自重引起的附加应力。

作为优选地，所述路基填筑的高度为设计路面标高与现状路面标高的差值。

作为优选地，在所述施工所述箱涵之后，还包括：

判断箱涵基底地层的承载力是否大于或等于第三预设阈值；若否，采取地基加固措施，直至所述箱涵基底地层的承载力大于或等于第三预设阈值。

作为优选地，所述待拓宽道路由钢筋混凝土箱涵和气泡混合轻质土组成。

作为优选地，所述边坡面为所述箱涵的横断切面所对应的斜坡面。

作为优选地，所述向下挖开一定厚度的土层的厚度范围为1至3米。

作为优选地，施工所述箱涵的数量和范围根据所述隧道的埋深及结构尺寸确定。

本发明某一实施例还提供一种用于拓宽道路的箱涵，包括：

顶板、底板、斜板、立板、中隔板及防滑板；

所述顶板与所述底板相对；所述斜板用于连接所述顶板和所述底板；所述立板用于封住由所述顶板、底板与斜板围成的立体结构，以使得所述顶板、所述底板、所述斜板与所述立板构成封闭的四棱柱；

所述中隔板按照等距间隔垂直设置在所述顶板与所述底板之间；

所述防滑板与所述底板的下表面固定连接，且与所述立板互相平行，与所述中隔板互相垂直。

作为优选地，所述箱涵为钢筋混凝土箱涵。

相对于现有技术，本发明实施例提供的用于拓宽道路的箱涵施工方法，降低了新建拓宽道路的路基填土荷载，减小了隧道结构的附加荷载和隧道围岩的扰动，避免隧道上方填土施工引起的隧道结构变形开裂和不均匀沉降，具有施工快、可靠度强和耐久性好的优点。

附图说明

图1是本发明某一实施例提供的用于拓宽道路的箱涵施工方法的流程示意图；

图2是本发明又一实施例提供的在拓宽箱涵施工前判断的流程示意图；

图3是本发明某一实施例提供的箱涵的立体结构示意图；

图4是本发明某一实施例提供的箱涵的立体结构的正视图；

图5是本发明某一实施例提供的箱涵施工时的纵断面图；

图6是本发明某一实施例提供的箱涵施工时的横断面图；

图7是本发明某一实施例提供的施工箱涵及拓宽道路的平面俯视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，本发明某一实施例提供了一种用于拓宽道路的箱涵施工方法，包括：

S10、计算箱涵结构自重引起的附加应力，当所述附加应力大于第一预设阈值时，向下挖开一定厚度的土层；以作为隧道上方的待拓宽道路；

本步骤中，需要说明的是，附加应力是指荷载在地基内引起的应力增量，是使地基失去稳定产生变形的主要原因。通常采用布辛涅斯克理论公式计算。土中附加应力随着深度的增大而减小，在基础底面处其值与基底附加应力相等，且应力分布是从基底位置开始；土中附加应力分布存在应力扩散现象，距地面越深，应力分布的范围越大，即附加应力可以分布在荷载面积范围以外。

在本步骤中，首先需要计算箱涵结构自重引起的附加应力是否满足应力的要求，其做法是事先设定一应力的阈值，即第一预设阈值。当附加应力大于第一预设阈值时，就在原有的道路向下挖开一定厚度的土层，其中，一般这个厚度为1-3m最为适应。

需要说明的是，并非所有情况下都直接进行箱涵施工，在步骤S10之前，还包括下列步骤，如图2所示：

S01、获取隧道的埋深和结构，并根据隧道边线获得隧道结构在地面的位置；

这一步中，需要说明的是，埋深指的是埋深是指隧道埋设处从地表面到隧道管底的垂直距离。为保护埋地隧道免受地面设施及车辆等的损害，管顶覆土一般不小于0.7m。过河过铁路一般不小于1.2。除特殊情况外，也要求将隧道埋设于冰冻线以下。除满足上述条件外，应由技术经济比较确定适宜的埋深。在此步骤中，根据取隧道的埋深、结构以及隧道边线，就可以知道隧道结构在地面的位置；

S02、根据道路拓宽范围内的地面标高和设计路面标高，计算路基填筑引起的隧道结构附加应力；且当所述路基填筑引起的隧道结构附加应力大于第二预设阈值时，计算箱涵结构自重引起的附加应力。

在这一步中，需要说明的是，路基填筑指的是：路的主要组成部分是路面和路基，路基是路面的基础，是在原地面上开挖或填筑压实而成的。根据路基横断面形式分为填筑路基、开挖路基和半填半挖路基。填筑路基的结构组成主要由原地基、路堤和路床组成。一般情况下，路基填筑是采用满足一定技术要求的粘性土填筑。其中，所述路基填筑的高度为设计路面标高与现状路面标高的差值。

与步骤S10同理，在进行路基填筑的时候，会引起附加应力，此时应进行第二次判断，判断路基填筑引起的隧道结构附加应力是否大于第二预设阈值时，是的话，则需要通过施工箱涵拓宽路面，然后才执行步骤S10。

S20、在所述待拓宽道路的两侧及所述隧道的外侧进行填筑，填筑边界为与竖直方向呈30度夹角向下且与所述隧道的底边相切所形成的稳定斜坡；

进一步地，所述待拓宽道路由箱涵和气泡混合轻质土组成，其中，气泡混合轻质土，是通过气泡机的发泡***将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送***进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质路基填筑材料，同时具有很好的保温隔热效果。其主要特点包括：

1)轻质性：干体积密度为300-1600KG/M3，相当于普通水泥混凝土的1/5～1/8左右，可减轻建筑物整体荷载。

2)整体性：可现场浇注施工，与主体结合紧密，不需留界隔缝和透气管。

3)低弹减震性：气泡混合轻质土的多孔性使其具有低的弹性模量，从而使其对冲击载荷具有良好的吸收和分散作用。

4)抗压性：抗压强度为0.6-25.0MPA。

5)耐水性：现浇气泡混合轻质土吸水性较小，相对独立的封闭气泡及良好的整体性，使其具有一定的防水性能。

6)耐久性：与主体工程寿命相同。

7)施工速度快：只需使用简单的机器可实现自动化作业，可实现800米的远距离输送，工作量为150—300M3/工作日。

8)环保性：气泡混合轻质土所需原料为水泥和起泡剂，起泡剂为中性，不含苯、甲醛等有害物质，避免了环境污染和消防隐患。

9)经济性：综合造价低。

此外，需要补充说明的是，在形成稳定斜坡之前，需要对稳定斜坡上地基表层的处理，并需要符合下列要求：

①地面横坡缓于1：10时，路堤可直接填筑在天然地面上。但路堤高度小于基床厚度的地段，应清除地表草皮。

②地面横坡为1：10～1：5时，应清除草皮。

③地面横坡为1：5～1：2.5时，原地面应挖台阶，台阶宽度不应小于1m。当基岩面上的覆盖层较薄时，宜先清除覆盖层再挖台阶。当覆盖层较厚且稳定时，可予保留，即在原地面挖台阶后填筑路堤，挖台阶时应自下而上进行，随开挖、随填筑，以保持台阶梯坎稳定。地面横坡陡于1：2.5段的陡坡路堤，必须检算路堤整体沿基底及基底下软弱层滑动的稳定性，抗滑稳定安全系数不得小于1.25。否则应采取改善基底条件或设置支挡结构物等防滑措施。陡坡路堤靠山侧应设排水设备，并采取防渗加固措施。

当基底有地下水影响路堤稳定时，应采取拦截引排至基底范围以外或在路堤底部填筑渗水填料等措施。

当地基表层为松散土层，其天然密度小于上表的规定值时，若松土厚度不大于0.3m，应将原地表碾压密实；若松土厚度大于0.3m，应将松土翻挖，分层回填压实或采取其他地基加固措施，碾压后的密度应满足下表的规定。

当地基表层为软弱土层，其标准贯入锤击数N值小于4或静力触探比贯入阻力Pi小于1MPa时，应根据软弱土层的性质、厚度、含水量、地表积水深度等，采取排水疏干、挖除换填、抛填片石或填砂砾石等地基加固措施。

稳定斜坡与箱涵的顶板接触面形成稳定的正三角形，以斜坡边界为基准，在待拓宽道路的两侧及所述隧道的外侧进行填筑，直至填筑完成。

S30、以所述稳定斜坡和边坡面为边界，施工所述箱涵。

其中，所述边坡面为所述箱涵的横断切面所对应的斜坡面；进一步地，施工所述箱涵的数量和范围根据所述隧道的埋深及结构尺寸确定。

在这一步之后，还包括第三次力的判断，即判断箱涵基底地层的承载力是否大于或等于第三预设阈值；若否，采取地基加固措施，直至所述箱涵基底地层的承载力大于或等于第三预设阈值，即满足承载力要求。

本发明实施例提供的用于拓宽道路的箱涵施工方法，降低了新建拓宽道路的路基填土荷载，减小了隧道结构的附加荷载和隧道围岩的扰动，避免隧道上方填土施工引起的隧道结构变形开裂和不均匀沉降，具有施工快、可靠度强和耐久性好的优点。

请参阅图3-6，在某一个示例性的实施例中，还提供了本发明施工所用的箱涵2，图3为箱涵的立体结构图，图4为箱涵结构的正视图；图5和图6分别为本发明某一实施例提供的箱涵施工时的纵断面图及横断面图；箱涵2包括：顶板21、底板22、斜板23、立板24、中隔板25及防滑板26；

其中，顶板21与底板22相对，构成棱柱的上下两面，且顶板21与底板22均为矩形；斜板23包括两块，分别用于连接顶板21和底板22，构成棱柱的左右两面，且两块斜板23均为矩形；立板24包括两块，分别用于封住由顶板21、底板22与斜板23围成立体结构，构成棱柱的前后两面，且两块立板24均为梯形，中隔板25按照等距的间隔垂直设置在顶板21与底板22之间，其数量可以根据实际所需进行调整；防滑板26设置在底板22的下面，且与立板24互相平行，与中隔板25互相垂直。

进一步地，所述顶板21的厚度范围为300毫米至500毫米；所述底板22的厚度范围为300毫米至500毫米；所述中隔板25的数量根据道路车辆荷载确定；防滑板26至少包括两块，并且关于底板的中心轴线互为对称关系。

此外，箱涵为钢筋混凝土箱涵，其中，钢筋混凝土之所以可以共同工作是由它自身的材料性质决定的。首先钢筋与混凝土有着近似相同的线膨胀系数，不会由环境不同产生过大的应力。其次钢筋与混凝土之间有良好的粘结力，有时钢筋的表面也被加工成有间隔的肋条(称为变形钢筋)来提高混凝土与钢筋之间的机械咬合，当此仍不足以传递钢筋与混凝土之间的拉力时，通常将钢筋的端部弯起180度弯钩。此外混凝土中的氢氧化钙提供的碱性环境，在钢筋表面形成了一层钝化保护膜，使钢筋相对于中性与酸性环境下更不易腐蚀。

请参阅图7，在某一个示例性的实施例中，还提供了本发明中施工箱涵及拓宽道路的平面俯视图。其中，原有道路1位于地铁隧道3的上方，隧道3由1条或多条隧道组成，拓宽道路4位于原有道路1的外侧，并位于地铁隧道3的上方。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于拓宽道路的箱涵施工方法，其特征在于，包括：

计算箱涵结构自重引起的附加应力，当所述附加应力大于第一预设阈值时，向下挖开一定厚度的土层；以作为隧道上方的待拓宽道路；

在所述待拓宽道路的两侧及所述隧道的外侧进行填筑，填筑边界为与竖直方向呈30度夹角向下且与所述隧道的底边相切所形成的稳定斜坡；

以所述稳定斜坡和边坡面为边界，施工所述箱涵。

2.根据权利要求1所述的用于拓宽道路的箱涵施工方法，其特征在于，在所述计算箱涵结构自重引起的附加应力之前，还包括：

获取隧道的埋深和结构，并根据隧道边线获得隧道结构在地面的位置；

根据道路拓宽范围内的地面标高和设计路面标高，计算路基填筑引起的隧道结构附加应力；且当所述路基填筑引起的隧道结构附加应力大于第二预设阈值时，计算箱涵结构自重引起的附加应力。

3.根据权利要求2所述的用于拓宽道路的箱涵施工方法，其特征在于，所述路基填筑的高度为设计路面标高与现状路面标高的差值。

4.根据权利要求1所述的用于拓宽道路的箱涵施工方法，其特征在于，在所述施工所述箱涵之后，还包括：

判断箱涵基底地层的承载力是否大于或等于第三预设阈值；若否，采取地基加固措施，直至所述箱涵基底地层的承载力大于或等于第三预设阈值。

5.根据权利要求1所述的用于拓宽道路的箱涵施工方法，其特征在于，所述待拓宽道路由钢筋混凝土箱涵和气泡混合轻质土组成。

6.根据权利要求1所述的用于拓宽道路的箱涵施工方法，其特征在于，所述边坡面为所述箱涵的横断切面所对应的斜坡面。

7.根据权利要求1所述的用于拓宽道路的箱涵施工方法，其特征在于，所述向下挖开一定厚度的土层的厚度范围为1至3米。

8.根据权利要求1所述的用于拓宽道路的箱涵施工方法，其特征在于，施工所述箱涵的数量和范围根据所述隧道的埋深及结构尺寸确定。

9.一种用于拓宽道路的箱涵，其特征在于，包括：

顶板、底板、斜板、立板、中隔板及防滑板；

所述顶板与所述底板相对；所述斜板用于连接所述顶板和所述底板；所述立板用于封住由所述顶板、底板与斜板围成的立体结构，以使得所述顶板、所述底板、所述斜板与所述立板构成封闭的四棱柱；

所述中隔板按照等距间隔垂直设置在所述顶板与所述底板之间；

所述防滑板与所述底板的下表面固定连接，且与所述立板互相平行，与所述中隔板互相垂直。

10.根据权利要求9所述的用于拓宽道路的箱涵，其特征在于，所述箱涵为钢筋混凝土箱涵。

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