CN210315101U

CN210315101U - 一种预加应力型eps路基拓宽结构

Info

Publication number: CN210315101U
Application number: CN201920510864.6U
Authority: CN
Inventors: 刘新权; 王羿伟; 程钰诗; 罗华松; 翟佳; 董健
Original assignee: Hubei Provincial Communications Planning And Design Institute Co ltd
Current assignee: Hubei Provincial Communications Planning And Design Institute Co ltd
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2020-04-14
Anticipated expiration: 2029-04-15

Abstract

本实用新型涉及一种预加应力型EPS路基拓宽结构，在原有路基上设有若干台阶，在新拓宽路基底部设置钢筋混凝土底板，钢筋混凝土底板上铺设碎石排水层，在新拓宽路基侧面设置钢筋混凝土挡板，EPS泡沫塑料块体铺设在碎石排水层及原有路基的台阶上，EPS泡沫塑料块体的顶部设置钢筋混凝土承载板，在钢筋混凝土底板内、原有路基的各台阶内及紧邻台阶的原有路基内分别锚固拉杆钢筋，且拉杆钢筋穿出EPS泡沫塑料块体和钢筋混凝土承载板，钢垫板套在各拉杆钢筋上拧上螺母预加应力，铺装路面结构层。本实用新型能够有效消除EPS路基拓宽中存在车辆活荷载引起的新旧路基变形差异导致路面开裂、失稳病害的技术难题，推动EPS路基材料在公路工程中的广泛应用。

Description

一种预加应力型EPS路基拓宽结构

技术领域

本实用新型涉及一种预加应力型EPS路基拓宽结构。

背景技术

随着我国公路的大规模改造升级，原有路基的拼接拓宽工程不断增多，原有路基与新建路基的沉降差异极易引起路面的纵向开裂病害，甚至导致新建拓宽路基的整体失稳，在软弱土发育的平原地区，差异沉降病害更为突出，EPS(聚苯乙烯泡沫)泡沫塑料块体作为一种轻质路基填料可以有效减少路基基础的沉降，是一种理想的路基拓宽拼接填筑材料。

但是，EPS泡沫塑料是一种弹性材料，在压应力作用下会产生弹性变形，经计算，在公路I级标准活荷载作用下，车辆经过时，在10m长顶部保护面板上会形成约20KPa的附加压应力，填筑高度5m的EPS泡沫塑料路基(弹性模量按3000KPa计)会产生约30mm的弹性变形，即在新建路基与既有路基之间形成了沉降差异，在车辆反复作用下，必将导致新旧路基间形成路面纵向开裂病害，而且公路实际运营中，由于车辆超载、混凝土板刚度不足、EPS堆积密实程度等问题，沉降差异较计算结果将更为严重。

针对在EPS泡沫轻质拓宽路基实践应用中遇到的这一技术难题，有必要针对性的研究发明一种可以有效消除车辆活荷载附加应力变形的EPS路基拓宽结构和施工方法，推动EPS泡沫填充材料的推广应用。

发明内容

为解决背景技术中技术问题，本实用新型提供了一种预加应力型EPS路基拓宽结构，能够有效消除EPS路基拓宽中存在的车辆活荷载引起新、旧路基变形不均，最终导致路面开裂、路基整体失稳的技术难题，推动EPS新型路基材料在公路领域的广泛应用。

为实现上述技术目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种预加应力型EPS路基拓宽结构，其特征在于：在原有路基上设有若干台阶，直到最低的台阶与新拓宽路基底部相连，在新拓宽路基底部设置钢筋混凝土底板，钢筋混凝土底板上铺设碎石排水层，在新拓宽路基侧面设置钢筋混凝土挡板，EPS泡沫塑料块体铺设在碎石排水层及原有路基的台阶上，EPS泡沫塑料块体的顶部设置钢筋混凝土承载板，在钢筋混凝土底板内、原有路基上开挖的各台阶内及原有路基顶部超挖段内分别锚固拉杆钢筋，且拉杆钢筋穿出EPS泡沫塑料块体和钢筋混凝土承载板，钢垫板套在各拉杆钢筋上，对拉杆钢筋施加预应力后，利用螺母锁定钢垫板，铺装路面结构层。

在原有路基上设有的台阶数为2－8个，每个台阶的宽度为100～200cm。

所述钢筋混凝土底板厚度15～30cm。

所述碎石排水层厚度10～20cm，碎石粒径2～4cm。

所述钢筋混凝土挡板厚度30～50cm。

所述钢筋混凝土承载板厚度20～40cm。

一种预加应力型EPS路基拓宽结构的施工方法，按以下步骤进行：将原有路基开挖台阶，直到最低的台阶与新拓宽路基底部相连；在新拓宽路基底部铺设钢筋混凝土底板，钢筋混凝土底板上铺设底部碎石排水层，在新拓宽路基侧面设置钢筋混凝土挡板，设置锚固于钢筋混凝土底板内、原有路基上开挖的各台阶内及原有路基顶部超挖段内的拉杆钢筋，EPS泡沫塑料块体铺设在碎石排水层及原有路基的台阶上，且各拉杆钢筋穿过EPS泡沫塑料块体，EPS泡沫塑料块体顶部设置钢筋混凝土承载板，且各拉杆钢筋穿过EPS泡沫塑料块体和钢筋混凝土承载板，对拉杆钢筋施加预应力后，利用螺母锁定预应力，铺装路面结构层。

一种预加应力型EPS路基拓宽结构的施工方法，具体步骤为：

步骤一、原有路基开挖台阶：对原有路基表层清理后，开挖宽度100～200cm的台阶，直至路基坡脚；

步骤二、在新拓宽路基的基底部位设置钢筋混凝土底板：采用C20～C40混凝土，厚度15～30cm，双层横、纵向钢筋布置，钢筋直径采用Φ14～18mm，间距200～400mm，横向钢筋应弯折90°伸入到钢筋混凝土挡板中不低于100cm，便于后期与钢筋混凝土挡板中竖向钢筋连接；

步骤三、在钢筋混凝土底板铺设碎石排水层，采用公称粒径2～4cm碎石，碎石排水层厚度10～20cm；

步骤四、在路基侧面设置钢筋混凝土挡板：采用C20～C40混凝土，厚度30～50cm，双排水平、竖向钢筋布置，钢筋直径采用Φ14～18mm，间距200～400mm，竖向钢筋应与钢筋混凝土底板中预留横向钢筋焊接或套筒机械连接；

步骤五、设置锚固于钢筋混凝土底板内、原有路基台阶内及原有路基超挖段内的拉杆钢筋：应将拉杆钢筋锚固于混凝土底板内，拉杆钢筋应伸至钢筋混凝土底板的底部，设置90°弯钩，弯钩长度15～30cm，与底板横向钢筋焊接；锚固于原有路基内的拉杆钢筋，首先在原有路基台阶及超挖段处向下钻孔，孔径90～110mm，深度300～800cm，***拉杆钢筋后灌注M30水泥砂浆锚固；拉杆钢筋采用Φ22～36HRB400钢筋，正方形布置或等边三角形布置，间距1.2～2.5m，拉杆钢筋能分段接长，接长处采用套筒机械连接，拉杆钢筋顶端应根据配套等强度螺母型号预先加工直螺纹；

步骤六、利用EPS泡沫塑料块体填筑路基：将EPS泡沫塑料块体规则在碎石排水层及原有路基的台阶上，遇拉杆钢筋处可在泡沫塑料块体上穿孔，让拉杆钢筋穿过；

步骤七、钢筋混凝土承载板：采用C20～C40混凝土，厚度20～40cm，双层横、纵向钢筋布置，钢筋直径采用Φ14～20mm，间距100～200mm，浇筑时应在拉杆钢筋处预留Φ30～50mm孔洞，便于拉杆钢筋穿过，针对每根拉杆钢筋的钢筋混凝土承载板顶部设置30cm×30cm凹槽，深度6～10cm；

步骤八、在每个凹槽的拉杆钢筋上套一钢垫板，采用20cm×20cm的钢板作为承压钢垫板，厚度10～20mm，施加预应力后利用螺母扭固锁定，检测预加应力达到设计值后，将螺母与拉杆钢筋点焊固定，最后在凹槽内浇筑热熔橡胶进行填充密封；

步骤九、铺装路面结构层：EPS路基拓宽施工完毕，在表面进行路面结构层的铺装作业。

本实用新型的预加应力型EPS路基拓宽结构能够有效消除EPS路基拓宽中存在的车辆活荷载引起新、旧路基变形不均，最终导致路面开裂、路基整体失稳的技术难题，推动EPS新型路基材料在公路领域的广泛应用。

附图说明

图1为本实用新型预加应力型EPS路基拓宽结构的示意图。

图2为本实用新型的拉杆钢筋端部螺母锁定节点示意图。

图示说明：

1—原有路基边坡，2—原有路基开挖台阶，3—原有路基顶面超挖，4—钢筋混凝土底板，5—拉杆钢筋，6—碎石垫层，7—钢筋混凝土挡板，8—EPS泡沫塑料块体，9—钢筋混凝土承载板，10—预留凹槽，11—路面结构层，12—预留拉杆孔，13—钢垫板，14—螺母，15—热熔橡胶。

具体实施方式

结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1、图2所示，本实用新型的预加应力型EPS路基拓宽结构，其特征在于：在原有路基上设有六个台阶，直到最低的台阶与新拓宽路基底部相连，在新拓宽路基底部设置钢筋混凝土底板，钢筋混凝土底板上铺设碎石排水层，在新拓宽路基侧面设置钢筋混凝土挡板，EPS泡沫塑料块体铺设在碎石排水层及原有路基的台阶上，EPS泡沫塑料块体的顶部设置钢筋混凝土承载板，在钢筋混凝土底板内、原有路基上开挖的各台阶内及原有路基顶部超挖段内分别锚固拉杆钢筋，且拉杆钢筋穿出EPS泡沫塑料块体和钢筋混凝土承载板，钢垫板套在各拉杆钢筋上，对拉杆钢筋施加预应力后，利用螺母锁定钢垫板，铺装路面结构层。每个台阶的宽度为100cm。所述钢筋混凝土底板厚度30cm。所述碎石排水层厚度10cm，碎石粒径3cm。所述钢筋混凝土挡板厚度30cm。所述钢筋混凝土承载板厚度30cm。

一种预加应力型EPS路基拓宽结构的施工方法，其特征在于具体步骤为：

(1)对原有路基边坡进行清表处理，开挖台阶，台阶宽度100～200cm，在原有路基顶面应向内超挖100～200cm；

(2)在开挖基础底部开挖基坑，浇筑钢筋混凝土底板，底板厚度15～30cm，采用C20～C40混凝土，双层横、纵向钢筋布置，可采用HRB400钢筋，直径Φ14～18mm，间距200～400mm，外侧横向钢筋应弯折90°伸入到钢筋混凝土侧板中不低于100cm，后期与侧板竖向钢筋连接，连接采用套筒机械连接；

(3)绑扎底板钢筋时，应将锚固于底板内的拉杆钢筋预埋，拉杆钢筋端部设90°弯钩，弯钩长度15～30cm，与底板横向钢筋焊接；

(4)在底板上部铺设底部碎石排水层，公称粒径2～4cm，厚度10～20cm；

(5)支设竖向模板，浇筑钢筋混凝土挡板，单板厚度30～50cm，采用C20～C40混凝土，双排水平、竖向钢筋布置，可采用HRB400钢筋，直径Φ14～18mm，间距200～400mm，竖向钢筋应与钢筋混凝土底板中预留横向钢筋焊接或套筒机械连接；

(6)拉杆钢筋分为锚固于底板内的拉杆钢筋和锚固于原有路基内的拉杆钢筋，可采用HRB400钢筋，直径Φ22～36，可分段接长以便于施工，接长采用套筒螺纹机械连接，拉杆顶部应根据配套螺母型号预先加工直螺纹；

(7)锚固于底板内的拉杆钢筋在钢筋混凝土底板浇筑时预埋锚固于底板内；

(8)锚固于原有路基内和原有路基顶面超挖段内的拉杆钢筋，首先在原有路基台阶处及顶面超挖段向下钻孔，孔径90～110mm，深度300～800cm，***拉杆钢筋后灌注M30水泥砂浆锚固，拉杆钢筋锚固力应不低于预加应力的1.5倍；

(9)在钢筋混凝土挡板与原有路基间的拓宽路基范围内填筑EPS泡沫塑料块体，拉杆钢筋处可在EPS泡沫塑料块体上穿孔；

(10)EPS塑料泡沫块体填筑应留有一定的附加高度Δh，保证施加预加应力后块体压缩后达到路面的设计标高，附加高度Δh可按下式计算：

式中：f_p—预加应力(KPa)

P—EPS泡沫塑料块体顶面以上路面结构层、承载板产生的应力，可根据个路面结构层、承载板的厚度和容重计算求取(KPa)

E—EPS泡沫塑料块体弹性模量，由厂家提供或压缩试验取得(KPa)

H—路基填筑高度，应考虑考虑路面横坡引起的差值(cm)

γ—系数，可取1.1～1.2

附加高度Δh可仅计算路基边部最大高度处，然后取与原有路基搭接处为0，中间部位插值计算的简便方法；

(11)在EPS泡沫塑料块体顶部浇筑钢筋混凝土承载板，可采用C20～C40混凝土，厚度20～40cm，双层横、纵向配筋，钢筋直径采用Φ14～20mm，间距100～200mm，拉杆钢筋处预留Φ30～50mm孔洞，便于拉杆钢筋穿过，顶部预留钢垫板30cm×30cm凹槽，凹槽深度6～10cm；

(12)钢筋混凝土强度达到设计强度70％以上时，可进行预加应力作业，安装20cm×20cm钢垫板，利用千斤顶施加预加应力N_p，利用螺母锁定并点焊固定，在凹槽内浇筑热熔橡胶(如EVA热熔胶)进行填充密封。

施加预应力N_p可按下列公式计算：

N_p＝α(P+f_p)A_c

式中：N_p—施加预加应力值(KN)

N_k—根据《公路工程技术标准》(JTG B01)中公路I级标准车辆荷载在单块承载板上的最大压力组合值(KN)

B—计算宽度，可根据《公路工程技术标准》(JTG B01)中公路I级标准车辆荷载取2.5m(m)

L—计算长度，可钢筋混凝土板的伸缩缝间距离(m)

A_c—单个拉杆钢筋的从属面积(m²)

α—系数，可取1.2～1.3

(13)EPS路基拓宽施工完毕，在表面进行路面结构层的铺装作业。

具体实施例：

本实施案例为高速公路，荷载等级为公路I级，原有路基高度6.0m，外侧地形平坦，原有路基边坡坡率1:1.5，路面结构层厚度75cm，综合容重取23.0KN/m³，优选EPS泡沫塑料块体，各项技术指标均满足相关标准要求，弹性模量E为3200KPa。

1.对原有路基边坡进行清表处理，挖除原有骨架防护及表层耕植土，开挖台阶，台阶宽度150cm，高度100cm，共开挖4级，顶部向原有路基顶内超挖150cm，高度取钢筋混凝土承载板厚度30cm。

2.在开挖基础底部开挖基坑，深度20cm，绑扎钢筋和和锚固于底板内的拉杆钢筋，浇筑钢筋混凝土底板，底板厚度20cm，采用C30混凝土。

3.底板钢筋采用HRB400钢筋，双层横、纵向钢筋布置，下层钢筋直径Φ16mm，横、纵向间距200mm，上层钢筋直径Φ14mm，横、纵向间距400mm，保护层厚度7mm，外侧弯折90°，弯钩长度100cm，弯起段钢筋间距26cm。

4.预埋锚固于钢筋混凝土底板内拉杆钢筋采用HRB钢筋，直径Φ28mm，端部设置90°弯钩，长度25cm，与底部横向钢筋焊接，拉杆钢筋第一节长度为100cm，非弯折端预先加固套管机械连接螺纹。

5.绑扎竖向钢筋混凝土挡板水平、竖向钢筋，竖向钢筋底部与钢筋混凝土底板内横向弯起钢筋焊接，支设模板，浇筑混凝土养护。

6.钢筋混凝土侧板厚度40cm，采用C30混凝土，双排水平、竖向钢筋布置，采用HRB400钢筋，直径Φ16mm，间距200mm。

7.钢筋混凝土挡板底部预留一***水孔，直径50mm，间距200cm。

8.拉杆钢筋分为锚固于钢筋混凝土底板内的拉杆钢筋，锚固于原有路基开挖台阶内及锚固于原有路基顶面超挖段内的三部分，锚固于钢筋混凝土底板内的拉杆钢筋已进行预埋；锚固于原有路基开挖台阶内及锚固于原有路基顶面超挖段内的拉杆钢筋首先根据拉杆钢筋布置情况，在台阶和顶部超挖段向下钻孔，孔径选用110mm，深度为600cm，***拉杆钢筋后灌注M30水泥砂浆锚固，检测锚固力满足设计要求后进行下一步施工。

9.拉杆钢筋采用HRB400钢筋，直径Φ28mm，正方形布置，间距1.5m，最外侧拉杆钢筋至边缘处的距离不应超过0.75m，拉杆钢筋预留长度1m以便于砌块施工，端部预加工机械螺纹以便于接长。

10.在基础钢筋混凝土底板上铺设碎石垫层，采用公称粒径2～4cm碎石，厚度15cm。

11.在钢筋混凝土挡板与原有路基间的拓宽路基范围内填筑EPS泡沫塑料块体，拉杆钢筋处可在EPS泡沫塑料块体上穿孔，随之EPS填筑，采用套筒接长拉杆钢筋。

12.EPS塑料泡沫块体填筑应留有一定的附加高度Δh，保证施加预加应力后块体压缩后达到路面的设计标高。

13.在EPS泡沫塑料块体顶部浇筑钢筋混凝土承载板，采用C30混凝土，厚度30cm，双层横、纵向配筋，钢筋采用HRB400，直径Φ16mm，间距120mm，下层钢筋保护层厚度7mm，上层钢筋保护层厚度80mm，拉杆钢筋处设置Φ50mm孔洞，便于拉杆钢筋穿过，顶部预留钢垫板30cm×30cm方形凹槽，凹槽深度7cm；

14.钢筋混凝土强度达到设计强度70％以上时，可进行预加应力作业，安装20cm×20cm钢垫板，利用千斤顶施加预加应力N_p，利用螺母锁定并点焊固定，在凹槽内浇筑EVA热熔橡胶进行填充密封。

15.EPS路基拓宽施工完毕，在表面进行路面结构层的铺装作业。

实施案例中，主要技术参数取值如下：

1)顶部钢筋混凝土承载板纵向伸缩缝间距L为10m，根据《公路工程技术标准》(JTGB01)中公路I级标准车辆荷载N_k最大值为520KN，计算宽度B取最不利状况2.5m。计算预加应力f_p为20.8KPa；

2)钢筋混凝土顶板厚度30cm，容重取25KN/m³，路面结构层厚度75cm，综合容重取23KN/m³，EPS泡沫塑料块体顶面以上荷载P为24.8KPa。

3)优选EPS泡沫塑料块体弹性模量为3200KPa，路基高度为6.0m，扣除路面结构层及钢筋混凝土承载板厚度H为495cm，γ系数取1.2，计算附加高度Δh为8.6cm。

4)拉杆钢筋正方形布置，间距1.5m，从属面积Ac为2.25m2，α系数取1.25，计算施加预应力N_p为128.3KN

5)锚固于原有路基开挖台阶内及锚固于原有路基顶面超挖段内的拉杆钢筋锚固力设计值取1.5N_p为192.4KN。

Claims

1.一种预加应力型EPS路基拓宽结构，其特征在于：在原有路基上设有若干台阶，在新拓宽路基底部设置钢筋混凝土底板，钢筋混凝土底板上铺设碎石排水层，在新拓宽路基侧面设置钢筋混凝土挡板，EPS泡沫塑料块体铺设在碎石排水层及原有路基的台阶上，EPS泡沫塑料块体的顶部设置钢筋混凝土承载板，在钢筋混凝土底板内、原有路基的各台阶内及紧邻台阶的原有路基内分别锚固拉杆钢筋，且拉杆钢筋穿出EPS泡沫塑料块体和钢筋混凝土承载板，钢垫板套在各拉杆钢筋上拧上螺母预加应力，铺装路面结构层。

2.根据权利要求1所述的一种预加应力型EPS路基拓宽结构，其特征在于：在原有路基上设有的台阶数为2－8个，每个台阶的宽度为100～200cm。

3.根据权利要求1所述的一种预加应力型EPS路基拓宽结构，其特征在于：所述钢筋混凝土底板厚度15～30cm。

4.根据权利要求1所述的一种预加应力型EPS路基拓宽结构，其特征在于：所述碎石排水层厚度10～20cm，碎石粒径2～4cm。

5.根据权利要求1所述的一种预加应力型EPS路基拓宽结构，其特征在于：所述钢筋混凝土挡板厚度30～50cm。

6.根据权利要求1所述的一种预加应力型EPS路基拓宽结构，其特征在于：所述钢筋混凝土承载板厚度20～40cm。