專利名稱：一種山區(qū)高速公路高填方涵洞加筋減載結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種山區(qū)高速公路高填方涵洞加筋減載結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及交通建設(shè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種山區(qū)高速公路高填方涵洞加筋減載結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
[0002]山區(qū)高速公路涵洞上覆填土一般較高，尤其是高填方路段，涵洞上覆填土高度多在IOm以上，甚至?xí)懈餐粮叨瘸^50m的超高填方涵洞。由于填土荷載大，地形地質(zhì)情況復(fù)雜多變，涵洞的受力及變形特性往往較為復(fù)雜，涵體存在應(yīng)力集中和不均勻沉降等問題， 容易引起各種不同程度的病害，在工程界有“十涵九裂”之說。這些病害輕則引起涵洞開裂、 滲漏或積水，重則致使涵洞結(jié)構(gòu)破壞，甚至出現(xiàn)垮塌，嚴(yán)重影響公路的正常使用。[0003]目前，對(duì)山區(qū)高速公路高填方涵洞的減載措施主要以加筋減載法為主。加筋減載法是指人為地使涵頂上方局部高度和寬度范圍內(nèi)的填土體密度小于兩側(cè)填土，形成減載孔；同時(shí)在減載孔上方鋪設(shè)一層筋材，筋材兩端分別錨固于兩側(cè)密實(shí)填土中，達(dá)到涵頂減載的目的。雖然加筋減載法對(duì)高填方涵洞涵頂應(yīng)力集中現(xiàn)象有所緩解，但其仍存在以下幾個(gè)方面不足(I)涵頂加筋減載效果有限，涵頂開裂現(xiàn)象仍然存在；(2)涵頂荷載轉(zhuǎn)移至側(cè)墻， 涵洞側(cè)墻開裂現(xiàn)象有所增加；(3)涵洞受力及變形特性受復(fù)雜地質(zhì)影響仍然很大；(4)易引起涵洞受力不對(duì)稱性，涵洞涵頂與墻身分離開裂現(xiàn)象；(5)涵洞內(nèi)、外土柱剛度差異不明顯，筋材效率沒有得到充分發(fā)揮。實(shí)用新型內(nèi)容[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供了一種結(jié)構(gòu)合理，施工方便的山區(qū)高速公路高填方涵洞加筋減載結(jié)構(gòu)。[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案如下[0006]一種山區(qū)高速公路高填方涵洞加筋減載結(jié)構(gòu)，該加筋減載結(jié)構(gòu)由樁、樁梁、筋材、 碎石墊層和減載孔組成；[0007]所述的樁和樁梁位于涵洞的兩側(cè)；[0008]所述的減載孔位于涵洞涵頂?shù)恼戏?；[0009]所述的筋材和碎石墊層位于減載孔上方。[0010]樁、樁梁、筋材、碎石墊層和減載孔組成一個(gè)減載體系，通過樁頂土拱效應(yīng)和筋材張拉膜效應(yīng)，使大部分路堤荷載傳遞至樁頂，并沿樁身傳遞至下臥持力層。[0011]所述的涵洞為拱涵或蓋板涵。[0012]所述的樁為剛性樁，彈性模量在5_30GPa范圍內(nèi)，樁徑在O. 4-0. 6m范圍內(nèi)，樁間距在2. 0-3. Om范圍內(nèi)，樁長根據(jù)地層分布情況確定，樁端穿透復(fù)雜地層至下臥持力層，樁與涵洞基礎(chǔ)凈間距為O. 8-1. 5m。[0013]所述的樁梁通過鋼筋籠與樁頂部剛性連接，樁梁采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土完成，樁梁厚度在O. 3-0. 5m范圍內(nèi)，樁梁寬度在I. 5-2. 5倍樁徑范圍內(nèi)，樁梁頂面標(biāo)高與減載孔頂面標(biāo)聞一致。[0014]所述的減載孔采用輕質(zhì)填料填筑，輕質(zhì)填料密度小于I. 2g/cm3，減載孔寬度與涵洞寬度一致，減載孔高度在I. 5-3. Om范圍內(nèi)。[0015]所述的碎石墊層鋪設(shè)在樁梁和減載孔頂面，厚度在O. 5-1. Om范圍內(nèi)。[0016]所述的筋材為高強(qiáng)度土工格柵，或是鋼塑格柵，筋材鋪設(shè)在碎石墊層中間位置，筋材滿足伸長率為O. 5%時(shí)的抗拉強(qiáng)度不小于120kN/m的條件。[0017]所述的筋材和碎石墊層鋪設(shè)至兩側(cè)土體長度均為7-10m的位置。[0018]本實(shí)用新型采用上述結(jié)構(gòu)后，涵頂加筋減載效果顯著提高，有效緩解了涵頂開裂現(xiàn)象；涵頂荷載通過樁身傳遞至下臥持力層，涵洞側(cè)墻開裂現(xiàn)象得到顯著緩解；有效減小了復(fù)雜地質(zhì)對(duì)涵洞受力及變形特性的影響；有效減小了涵洞受力不對(duì)稱性，避免了涵洞涵頂與墻身分離開裂現(xiàn)象；筋材效率得到顯著提高。


[0019]圖I為本實(shí)用新型的一種山區(qū)高速公路高填方涵洞加筋減載結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。[0020]附圖標(biāo)記說明如下I-涵洞，2-樁，3-樁梁，4-筋材，5-碎石墊層，6_減載孔，7_下臥持力層，8-復(fù)雜地層。
具體實(shí)施方式
[0021]
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。[0022]實(shí)施例I :[0023]如圖I所示，一種山區(qū)高速公路高填方涵洞加筋減載結(jié)構(gòu)，該加筋減載結(jié)構(gòu)由樁 2、樁梁3、筋材4、碎石墊層5和減載孔6組成；[0024]所述的樁2和樁梁3位于涵洞I的兩側(cè)；[0025]所述的減載孔6位于涵洞I涵頂?shù)恼戏?；[0026]所述的筋材4和碎石墊層5位于減載孔6上方。[0027]樁2、樁梁3、筋材4、碎石墊層5和減載孔6組成一個(gè)減載體系，通過樁頂土拱效應(yīng)和筋材4的張拉膜效應(yīng)，使大部分路堤荷載傳遞至樁頂，并沿樁身傳遞至下臥持力層7。[0028]所述的涵洞I為拱涵。[0029]所述的樁2為剛性樁，彈性模量為15GPa，樁徑為O. 5m,樁間距為2. 5m,樁長根據(jù)地層分布情況確定，樁端穿透復(fù)雜地層8至下臥持力層7，樁2與涵洞I基礎(chǔ)凈間距為I. Om0[0030]所述的樁梁3通過鋼筋籠與樁2頂部剛性連接，樁梁3采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土完成， 樁梁3厚度為O. 5m，樁梁3寬度為2倍樁徑，樁梁3頂面標(biāo)高與減載孔6頂面標(biāo)高一致。[0031]所述的減載孔6采用輕質(zhì)填料填筑，輕質(zhì)填料密度為I. Og/cm3,減載孔6寬度與涵洞I寬度一致，減載孔6高度為2. Om。[0032]所述的碎石墊層5鋪設(shè)在樁梁3和減載孔6頂面，厚度為O. 5m。[0033]所述的筋材4為高強(qiáng)度土工格柵，筋材4鋪設(shè)在碎石墊層5中間位置，筋材4伸長率為O. 5%時(shí)的抗拉強(qiáng)度為120kN/m。[0034]所述的筋材4和碎石墊層5鋪設(shè)至兩側(cè)土體長度均為8m的位置。[0035]本實(shí)施例的一種山區(qū)高速公路高填方涵洞加筋減載結(jié)構(gòu)的具體構(gòu)建過程如下[0036]第一步，涵洞I兩側(cè)按相關(guān)規(guī)范要求填筑路堤填料，填筑至涵頂；[0037]第二步，涵頂以上部分涵洞I兩側(cè)按相關(guān)規(guī)范要求填筑路堤填料，涵頂以上部分減載孔6填筑輕質(zhì)填料，分別填至減載孔6頂設(shè)計(jì)標(biāo)高；[0038]第三步，涵洞I兩側(cè)打樁2，樁2端穿透復(fù)雜地層8至下臥持力層7，樁間距為 2. 5m ；[0039]第四步，樁頂支模，現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁梁3 ；[0040]第五步，鋪設(shè)一半厚度的碎石墊層5 ；[0041]第六步,鋪設(shè)一層筋材4;[0042]第七步，鋪設(shè)另外一半厚度的碎石墊層5 ；[0043]第八步，按相關(guān)規(guī)范要求逐層填筑路堤填料。[0044]根據(jù)圖1，從荷載傳遞機(jī)理上分析本實(shí)用新型。[0045]當(dāng)路堤荷載作用在碎石墊層5上時(shí)，由于樁2與土和減載孔6的輕質(zhì)填料的剛度差異，引起樁2 土差異沉降。該差異沉降使樁頂產(chǎn)生土拱效應(yīng)和筋材4產(chǎn)生張拉膜效應(yīng)，并且由于碎石墊層5的存在，增強(qiáng)了土拱效應(yīng)和張拉膜效應(yīng)的發(fā)揮，使大部分路堤荷載傳遞至樁2頂，并沿樁2身傳遞至下臥持力層7，從實(shí)質(zhì)上減小了涵洞I所受荷載。同時(shí)，由于涵洞I所受荷載的減小，有效減小了復(fù)雜地層8對(duì)涵洞I受力和變形特性的影響。[0046]將本實(shí)施例的加筋減載結(jié)構(gòu)應(yīng)用于某高速公路一處35. Om的高填方涵洞，涵洞為拱涵，高3. 0m。涵底地基分為上、下兩層，上層地基為5. 5m厚不均勻軟弱地層，下層地基為強(qiáng)風(fēng)化頁巖地層。樁2穿透不均勻軟弱地層并刺入強(qiáng)風(fēng)化頁巖地層O. 5m。并在該涵洞鄰近相似地層一處32. Om的同類型高填方涵洞采用現(xiàn)有的加筋減載法進(jìn)行減載處理，對(duì)兩種工況分別進(jìn)行了監(jiān)測對(duì)比分析。監(jiān)測結(jié)果表明，與現(xiàn)有的加筋減載法相比，采用本實(shí)用新型的加筋減載結(jié)構(gòu)涵頂土壓力減小30%以上，涵洞側(cè)墻土壓力減小45%以上，筋材4應(yīng)變量提高75%以上。而且，采用本實(shí)用新型的加筋減載結(jié)構(gòu)后涵洞側(cè)墻沿深度各測點(diǎn)土壓力變化不大，土壓力變化幅度明顯小于現(xiàn)有的加筋減載法工況。[0047]上述具體實(shí)施方式
只是本實(shí)用新型的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，并不是用來限制本實(shí)用新型的實(shí)施與權(quán)利要求范圍的，凡依據(jù)本實(shí)用新型申請專利保護(hù)范圍所述的內(nèi)容做出的等效變化和修飾，均應(yīng)包括于本實(shí)用新型專利申請范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種山區(qū)高速公路高填方涵洞加筋減載結(jié)構(gòu)，其特征在于所述加筋減載結(jié)構(gòu)由樁、樁梁、筋材、碎石墊層和減載孔組成；所述的樁和樁梁位于涵洞的兩側(cè)；所述的減載孔位于涵洞涵頂?shù)恼戏剑凰龅慕畈暮退槭瘔|層位于減載孔上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的山區(qū)高速公路高填方涵洞加筋減載結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的涵洞為拱涵或蓋板涵。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的山區(qū)高速公路高填方涵洞加筋減載結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的樁為剛性樁，彈性模量在5-30GPa范圍內(nèi)，樁徑在O. 4-0. 6m范圍內(nèi)，樁間距在2.0-3. Om范圍內(nèi)，樁長根據(jù)地層分布情況確定，樁端穿透復(fù)雜地層至下臥持力層，樁與涵洞基礎(chǔ)凈間距為O. 8-1. 5m。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的山區(qū)高速公路高填方涵洞加筋減載結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述的樁梁通過鋼筋籠與樁頂部剛性連接，樁梁采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土完成，樁梁厚度在O.3-0. 5m范圍內(nèi)，樁梁寬度在I. 5-2. 5倍樁徑范圍內(nèi)，樁梁頂面標(biāo)高與減載孔頂面標(biāo)高一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的山區(qū)高速公路高填方涵洞加筋減載結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述的減載孔采用輕質(zhì)填料填筑，輕質(zhì)填料密度小于I. 2g/cm3，減載孔寬度與涵洞寬度一致，減載孔高度在I. 5-3. Om范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的山區(qū)高速公路高填方涵洞加筋減載結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述的碎石墊層鋪設(shè)在樁梁和減載孔頂面，厚度在O. 5-1. Om范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的山區(qū)高速公路高填方涵洞加筋減載結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述的筋材為高強(qiáng)度土工格柵，或是鋼塑格柵，筋材鋪設(shè)在碎石墊層中間位置，所述的筋材滿足伸長率為O. 5%時(shí)的抗拉強(qiáng)度不小于120 kN/m的條件。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的山區(qū)高速公路高填方涵洞加筋減載結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述的筋材和碎石墊層鋪設(shè)至兩側(cè)土體長度均為7-10m的位置。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種山區(qū)高速公路高填方涵洞加筋減載結(jié)構(gòu)，由涵洞兩側(cè)樁、樁梁、筋材、碎石墊層和減載孔組成，樁、樁梁、筋材、碎石墊層和減載孔組成一個(gè)減載體系，通過樁頂土拱效應(yīng)和筋材張拉膜效應(yīng)，使大部分路堤荷載傳遞至樁頂，并沿樁身傳遞至下臥持力層。本實(shí)用新型采用上述結(jié)構(gòu)后，涵頂加筋減載效果顯著提高，有效地緩解了涵頂開裂現(xiàn)象；涵頂荷載通過樁身傳遞至下臥持力層，涵洞側(cè)墻開裂現(xiàn)象得到顯著緩解；有效減小了復(fù)雜地質(zhì)對(duì)涵洞受力及變形特性的影響；有效減小了涵洞受力不對(duì)稱性，避免了涵頂與墻身分離開裂的現(xiàn)象；筋材效率得到顯著提高。
文檔編號(hào)E01F5/00GK202809501SQ20122045131
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者張軍, 鄭俊杰, 謝明星, 汪海博 申請人:華中科技大學(xué)