CN113737593B

CN113737593B - 一种高速公路路基拓宽结构

Info

Publication number: CN113737593B
Application number: CN202110993685.4A
Authority: CN
Inventors: 侯代英; 汪镇; 杜波; 赵刚; 常斌山; 李政兴
Original assignee: CCCC First Highway Fifth Engineering Co Ltd
Current assignee: CCCC First Highway Fifth Engineering Co Ltd
Priority date: 2021-08-27
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2041-08-27
Also published as: CN113737593A

Abstract

本发明公开一种高速公路路基拓宽结构，涉及路基拓宽技术领域，包括由下而上依次设置的多组第一结构体、一组第二结构体和路面结构层，以及垂直于黄土地层的多个竖向桩体；每组第一结构体均包括由下而上依次设置的土工格栅、水泥土层和新填路基；每组第一结构体均紧靠老路基开挖台阶的开挖面；第二结构体包括由下而上依次设置的土工格栅和水泥土层；第二结构体紧靠老路基开挖台阶的开挖面；各水泥土层的底面均设置有一凹槽；凹槽紧靠老路基开挖台阶的开挖面；竖向桩体的桩顶紧贴最底层土工格栅的底面；竖向桩体的桩底位于黄土地层的内部。本发明既能有效控制新路基的工后沉降，也能够保证老路基稳定性。

Description

一种高速公路路基拓宽结构

技术领域

本发明涉及路基拓宽技术领域，特别是涉及一种高速公路路基拓宽结构。

背景技术

黄土地区高速公路路基拓宽工程存在诸多技术难题，由于黄土的湿陷性，对其处理不善则易导致路面纵向裂缝、产生不均匀沉降以及道面起伏甚至拓宽部分整体失稳。实际工程中采用换填的方式进行地基处理，并不能有效的阻止路基沉降。如果采用钢筋混凝土桩和预应力管桩等刚性桩复合地基则会造成拓宽部分地基加固强度过大，使路表呈反坡或凹状，导致路面变形和排水不畅，进而危害行车安全。因此，路基拓宽工程中亟需一种既能有效控制新路基的工后沉降，也能够保证老路基稳定性的新结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速公路路基拓宽结构，既能有效控制新路基的工后沉降，也能够保证老路基稳定性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种高速公路路基拓宽结构，所述结构设置于老路基一侧边坡外的黄土地层的顶面之上；

所述结构包括由下而上依次设置的多组第一结构体、一组第二结构体和路面结构层，以及垂直于所述黄土地层的多个竖向桩体；

每组所述第一结构体均包括由下而上依次设置的土工格栅、水泥土层和新填路基；每组所述第一结构体均紧靠老路基开挖台阶的开挖面；所述老路基开挖台阶为老路基一侧边坡由上而下开挖出的台阶；

所述第二结构体包括由下而上依次设置的所述土工格栅和所述水泥土层；所述第二结构体紧靠所述老路基开挖台阶的开挖面；

各所述水泥土层的底面均设置有一凹槽；所述凹槽紧靠所述老路基开挖台阶的开挖面；

所述竖向桩体的桩顶紧贴最底层所述土工格栅的底面；所述竖向桩体的桩底位于所述黄土地层的内部。

可选地，所述结构还包括排水沟；

所述排水沟设置于最底层所述土工格栅之外70cm处的黄土地层的顶面。

可选地，所述土工格栅为双层铺设的双向拉伸塑料土工格栅；所述土工格栅的铺设坡度与路面平行。

可选地，所述土工格栅通过U型锚钉或U型固定钉固定。

可选地，所述老路基开挖台阶的台阶面具有朝向台阶面中心部位的2％的倾斜坡度。

可选地，所述竖向桩体为微型灰土桩。

可选地，多个所述竖向桩体呈梅花形布置。

可选地，所述新填路基为黄土。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开的高速公路路基拓宽结构，土工格栅与水泥土层的共同作用对新填路基的沉降有着显著的限制作用；新填路基分层填筑于老路基开挖台阶上，提高了新老路基的整体性以及稳定性；新填路基最下层的土工格栅、水泥土层以及原稳定黄土地层的协同作用，对路基沉降差异有着控制能力；土工格栅、水泥土层、原稳定黄土地层以及竖向桩体的协同作用，增强了老路基边坡下固结地基的强度以及地基承载力，减小新填路基在自重作用下产生的沉降，大幅降低了新老路基拼接时地基处理费用；新老路基连接处设置的凹槽通过土工格栅和水泥土层的协同作用，增强了新老路基接缝处的拼接能力，使新老路基整体连接能力显著提升，防止了新老路基接缝处土体的滑移；新填路基通过台阶上铺设土工格栅，在其上填筑水泥土层，进而填筑新填路基土体的循环填筑方式，充分利用了土工格栅水泥土层压缩变形小的性质，减少了新填路基的沉降。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明高速公路路基拓宽结构实施例的竖向剖面图；

图2为本发明所采用的布桩示意图。

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做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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明高速公路路基拓宽结构实施例的竖向剖面图。参见图1，该高速公路路基拓宽结构设置于老路基1一侧边坡外的黄土地层2的顶面之上。

该高速公路路基拓宽结构包括由下而上依次设置的多组第一结构体、一组第二结构体和路面结构层6，以及垂直于黄土地层2的多个竖向桩体11。

每组第一结构体均包括由下而上依次设置的土工格栅3、水泥土层4和新填路基5；每组第一结构体均紧靠老路基开挖台阶7的开挖面；老路基开挖台阶7为老路基1一侧边坡由上而下开挖出的台阶。对老路基1边坡清除松土后开挖成台阶状，台阶高2.5米，长3米。新填路基5为黄土，新填路基即新填土体。水泥土层4填筑于土工格栅3之上；新填路基5填筑于上下水泥土层4之间，填筑至老路基开挖台阶7和凹槽10处。新填路基5(新填路基土体)填筑于水泥土层4之上，填筑过程当中充分夯实；新填路基5填筑至上层台阶面及凹槽10处；新填路基5顶面与台阶面以及连接处凹槽面齐平。水泥土层4以及新填路基5为交叉填筑；水泥土层4填筑完成之后进行新填路基5填筑，依次循环施工至路面结构层6下部填筑的水泥土层4底面为止。其中，开挖面为老路基开挖台阶7的垂直面；台阶面为老路基开挖台阶7的水平面。

第二结构体包括由下而上依次设置的土工格栅3和水泥土层4；第二结构体紧靠老路基开挖台阶7的开挖面。

各水泥土层4的底面均设置有一凹槽10；凹槽10紧靠老路基开挖台阶7的开挖面。凹槽10为新老路基连接处凹槽，对新老路基连接处开挖成凹槽10，老路基1边坡线位于凹槽10内部，凹槽宽度为3倍的竖向桩体11桩径+2倍的竖向桩体11桩距。本发明在新老路基连接处设置凹槽10，并用水泥土填筑；连接处凹槽10的水泥土填筑厚度与台阶处水泥土的铺设厚度相同，在新老路基部分填筑宽度不少于1.5m。

竖向桩体11的桩顶紧贴最底层土工格栅3的底面；竖向桩体11的桩底位于黄土地层2的内部。竖向桩体11为微型灰土桩。多个竖向桩体11呈梅花形布置(梅花型布置)，如图2所示。竖向桩体11打入黄土地层2中，桩顶与老路基1边坡外黄土地层2顶面齐平。

该高速公路路基拓宽结构还包括排水沟9；排水沟9设置于最底层土工格栅3之外70cm处的黄土地层2的顶面。排水沟9位于新填路基5以及老路基1边坡之外，嵌入黄土地层2。本发明所采用的排水沟9施工时，排水沟9布置于老路基以及新填路基坡脚之外70cm处，嵌入黄土地层2中。

土工格栅3为双层铺设的双向拉伸塑料土工格栅；土工格栅3的铺设(铺筑)坡度应与路面平行。土工格栅3铺设于老路基开挖台阶7以及凹槽10上。填筑水泥土层4时，在下层先铺设土工格栅3，从老路基开挖台阶7的台阶面通长铺设至新填路基5边坡处，然后再填筑水泥土层4。土工格栅3通过U型锚钉8或U型固定钉固定。U型锚钉8，锚钉间距60cm，所用钢筋为φ8钢筋，锚固段入土深度为30cm。土工格栅3沿老路基开挖台阶7以及新老路基连接处的凹槽10进行铺设，铺设至新路基边坡处；土工格栅3为双层铺设的双向土工格栅，土工格栅搭接宽度不少于20cm，并用U型锚钉以及U型固定钉锚固；其中，搭接是指两块土工格栅之间搭接；土工格栅3需采用强度高抗老化的产品；土工格栅3铺设在台阶面部分不少于3.5m，铺设应力求平整，距土工合成材料(土工格栅)8cm内的填料最大粒径不超60mm。

本发明通过开挖台阶方式进行路基拓宽；老路基开挖台阶7的高度为3m，台阶内有向内的2％的倾斜坡度。老路基开挖台阶3的台阶面具有朝向台阶面中心部位的2％的倾斜坡度。

本发明所采用的竖向桩体11的桩长L均应满足下式要求：

上述公式是保证桩网复合地基的沉降保证在规范允许的范围以内，对所有竖向桩体11都是适用的。式中：ψ为桩基沉降计算经验系数；n为桩端平面以下土层的计算分层数；a为水泥土填筑层数；γ_c为水泥土的重度；H_c为水泥土层的填筑厚度；γ为土的重度；H'_i为新填土层第i层的厚度；E_si为桩端平面下土层第i个分层在自重应力至自重应力加附加应力作用段的压缩模量；h_i为桩端平面下土层第i个分层的厚度；α_i为附加应力系数；A为基础底面的作用面积；L为竖向桩体的桩长；γ0为桩、土的平均重度，在地下水位以下部分应扣除浮力。

本发明所采用的竖向桩体11的桩长(路基的桩长)L也应满足下式要求：

f＝k1λ1m(β1SaqL+β₂ApR)+k2λ2(1-m)ps_f

式中，k₁为桩体的实际极限承载能力与自由承载力不同的修正系数；β₁为桩侧阻力修正系数；S_a为桩身周边长度；q为桩周土体的极限摩擦力；L为桩长；β₂为桩端阻力阻力修正系数；A_p为桩身截断面面积；R为桩端极限承载能力；p_sf为天然地基极限承载能力；k₂为桩间土地基实际承载能力与天然地基极限承载能力不同的修正系数；λ₁为桩体极限强度发挥度；λ₂为桩间土极限强度发挥度；m为复合地基置换率；a为水泥土填筑层数；γ_c为水泥土的重度；A为基础底面的作用面积；H_c为水泥土层的填筑厚度；γ为土的重度；H’_i为新填土层第i层的厚度；Q为路面行车荷载。

本发明所采用的竖向桩体11位于路肩边缘下部的桩体的桩距D应按照《建筑地基处理技术规范》7.5.2中第3条所给桩距计算公式确定：

式中，d为桩孔直径；ρ_dmax为桩土的最大干密度；

为地基处理前土的平均干密度；

为桩间土经过成孔挤密后的平均挤密系数，不宜小于0.93。

本发明所采用的竖向桩体11位于路肩边缘外桩的桩距应按下式计算：

D_n＝D+nd/4

式中，D_n为第n根桩的桩距；D为路肩边缘下部桩体的桩距；n为路肩边缘外第n根桩；d为桩径。

本发明中水泥土层4填筑于土工格栅3之上，水泥土层4填筑厚度H_C应满足以下公式要求：

式中，老地基和路面结构层计算深度均为路基高度；老路基划分为m层，路面结构层下部水泥土填筑层数是n层，新填路基填筑土体为n-1层，老路基下部土体划分为2n-1层；i是其中的任意一层；H_c为水泥土层的填筑厚度；E_C为水泥土层的平均压缩模量；

为水泥土层平均附加应力；

和

分别为老路基和新填土体第i层土上的平均压缩模量；H’_i为新填土体第i层的厚度；H_i为老路基第i层的分层厚度。

下面以一个具体实施例说明本发明的技术方案：

将本发明高速公路路基拓宽结构应用于通渭至定西高速公路拓宽工程中。上述应用于黄土地区的高速公路路基拓宽结构的施工方法的具体步骤如下：

1)施工准备：包括测量放线，场地平整，设备进场。

2)台阶开挖：老路基1边坡松土清理，新填路基5底面清理及老路基1台阶开挖；老路基开挖台阶7的高度为3m，台阶内有向内的2％的倾斜坡度。

3)竖向桩体11施工：竖向桩体11为微型灰土桩，在拓宽路基底面处打桩，呈梅花型布置；竖向桩体11的桩距D取3倍桩径。

4)土工格栅3施工：土工格栅3沿老路基开挖台阶7以及新老路基连接处凹槽10进行铺设，铺设至新路基边坡处；土工格栅3为双层铺设的双向土工格栅，土工格栅搭接宽度不少于20cm，并用U型锚钉以及U型固定钉锚固；土工格栅3需采用强度高抗老化的产品；土工格栅3铺筑坡度应与路面平行，铺设宽度在台阶部分(旧路部分)不少于3m，横向总宽度不少于10m；土工格栅3横向铺设长度不少于4m，嵌入稳定土层不少于1.5m，铺设应力求平整，距土工合成材料8cm内的填料最大粒径不超60mm。

5)水泥土层4施工：水泥土层4填筑于土工格栅3之上，填筑时应保证充分密实。

6)新填路基5施工：新填路基5填筑于水泥土层4之上，填筑过程当中充分夯实；新填路基5填筑至上层台阶面及凹槽10处；新填路基5顶面与台阶面以及连接处凹槽面齐平。

7)步骤4)步骤5)步骤6)为循环步骤，循环施工至路面结构层6之下的水泥土层4底面时为止。

8)路面结构层6施工：测量放线后人工找平，再砂夹石回填，最后砼路面施工的方式进行施工。在路面拓宽时，老路基路面结构层要整体挖掉，待拓宽部分填筑完成之后，再进行整体的路面结构层施工，最后完工后的路面结构层10是一个整体。其中，路面结构层10包括级配砂夹石层、二灰砂夹石层、和沥青混凝土面层。

9)排水沟9施工：排水沟9应布置于老路基1以及新填路基5坡脚之外70cm处为宜。

本发明中通过多次土工格栅、水泥土层、新填土体铺筑的方式，减小了新填土体填筑量；利用了土工格栅水泥土抗压性好的优点，减小了拓宽路基部分的差异性沉降，同时利用水泥土层压缩变形小的特点对新填路基的沉降有着显著的限制作用；新填路基分层填筑于老路基台阶上，利用老路基台阶土体的稳定性提高了新老路基的整体性以及稳定性；新填路基底层的土工格栅、水泥土层以及原稳定黄土地层的协同作用，对路基沉降差异有着控制能力；土工格栅、水泥土层、竖向桩体及原稳定黄土地层的协同作用，增强了老路基边坡下固结地基的强度，提高了新填路基下部地基的地基承载力，对新填路基所产生的沉降有着限制作用；新老路基连接处的凹槽通过土工格栅和水泥土层的协同作用，增强了新老路基接缝处的拼接能力，使新老路基整体连接能力显著提升；新填路基通过台阶上铺设土工格栅，在其上填筑水泥土层，进而填筑新填路基土体的循环填筑方式，充分利用老路基台阶固结强度以及土工格栅水泥土层压缩变形小的性质，减少了新填路基的沉降，也增强了路基整体稳定性。

本发明主要采用多层水泥土垫层加土工格栅的方式减少黄土地区的拓宽路基的沉降，并在新老路基接缝处设置凹槽，对接缝处薄弱面进行了强化处理，竖向桩体加强了下部地基土体。整体上来说是限制新填路基沉降，强化新填路基下部黄土地基，用凹槽加强接缝处的拼接能力。本发明路基拓宽体系包括老路基、新填路基、土工格栅、水泥土层、路面结构层和竖向桩体；老路基边坡开挖成台阶状，新老路基连接处开挖凹槽；竖向桩体打入黄土地层中；土工格栅铺设于老路基台阶面以及连接处凹槽上；水泥土填筑于土工格栅之上；新填路基填筑于水泥土之上。本发明提供上述高速公路路基拓宽结构，能够显著减小新老路基的沉降，其具有具有施工效率高、沉降变形小、造价低廉、结构稳定、环保性好的优点。

本发明针对现有路基拓宽技术的不足，结合黄土地区路基的特性，提出了一种适用于黄土地区高速公路路基拓宽结构及其施工方法，主要针对黄土地区，通过土工格栅、水泥土以及新填土体的协同作用有效减少新填路基土体的沉降变形。新老路基连接处设置的凹槽通过土工格栅和水泥土层的协同作用，增强了新老路基接缝处的拼接能力，使新老路基整体连接能力显著提升；同时竖向桩体与黄土地层的协同作用，增强了新填路基下部黄土地层的承载能力，也减小了路基下部黄土地层的沉降。本发明具有沉降变形小、结构稳定、整体性好的优点，适用于山区黄土地区的高速公路路基拓宽工程。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种高速公路路基拓宽结构，其特征在于，所述结构设置于老路基一侧边坡外的黄土地层的顶面之上；

所述第二结构体包括由下而上依次设置的所述土工格栅和所述水泥土层；所述第二结构体紧靠所述老路基开挖台阶的开挖面；所述老路基开挖台阶的台阶面具有朝向台阶面中心部位的2%的倾斜坡度；台阶面为老路基开挖台阶的水平面；开挖面为老路基开挖台阶的垂直面；

各所述水泥土层的底面均设置有一凹槽；所述凹槽紧靠所述老路基开挖台阶的开挖面；凹槽为新老路基连接处凹槽，对新老路基连接处开挖成凹槽，老路基边坡线位于凹槽内部，凹槽宽度为3倍的竖向桩体桩径+2倍的竖向桩体桩距；在新老路基连接处设置凹槽，并用水泥土填筑；连接处凹槽的水泥土填筑厚度与台阶处水泥土的铺设厚度相同，在新老路基部分填筑宽度不少于1.5m；

水泥土层填筑于土工格栅之上；新填路基填筑于上下水泥土层之间，填筑至老路基开挖台阶和凹槽处；新填路基填筑于水泥土层之上，填筑过程当中充分夯实；新填路基填筑至上层台阶面及凹槽处；新填路基顶面与台阶面以及连接处凹槽面齐平；水泥土层以及新填路基为交叉填筑；水泥土层填筑完成之后进行新填路基填筑，依次循环施工至路面结构层下部填筑的水泥土层底面为止；

2.根据权利要求1所述的高速公路路基拓宽结构，其特征在于，所述结构还包括排水沟；

3.根据权利要求1所述的高速公路路基拓宽结构，其特征在于，所述土工格栅为双层铺设的双向拉伸塑料土工格栅；所述土工格栅的铺设坡度与路面平行。

4.根据权利要求1所述的高速公路路基拓宽结构，其特征在于，所述土工格栅通过U型锚钉固定。

5.根据权利要求1所述的高速公路路基拓宽结构，其特征在于，所述竖向桩体为微型灰土桩。

6.根据权利要求1所述的高速公路路基拓宽结构，其特征在于，多个所述竖向桩体呈梅花形布置。

7.根据权利要求1所述的高速公路路基拓宽结构，其特征在于，所述新填路基为黄土。