一种具有侧边铰限位装置的新型改扩建结构的制作方法

技术领域：

本发明涉及高速公路建造新技术领域，具体涉及一种具有侧边铰限位装置的新型改扩建结构。

背景技术：
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随着现在高速公路交通网的发展，许多原有的道路已经无法满足现有的需求，因此国内许多道路面临着需要进行拓宽的情况。以往的公路拼宽中，拼宽部分的路基往往采用的是填筑路基的施工方法，而原有的路基已沉降稳定，而拼宽填方路基由于填筑施工时间有限，不能保证其稳定沉降，极易产生裂缝和新老路基衔接错台等现象。再加上填方施工的施工时间较长，施工复杂，不符合现今主导的工业化生产理念。因此迫切需要寻求一种强度高，刚度大，耐久性好，成本适当，施工工艺简单的路基新结构。

桩板结构目前主要应用在铁路领域，较早应用的是芬兰，随后荷兰、德国、英国等国家均在高速铁路上使用了桩板结构。20世纪90年代，在芬兰humppila附近的erman-ninsuo地区，曾是沼泽地，设计的turku-toijala铁路线要从这里通过，建成后这将是一条运行速度170km/h的要求，采用了大约400m的桩板结构，上部采用的是有砟轨道结构。我国第一次采用桩板结构是在遂渝线无咋轨道综合试验段上，遂渝线采用的桩板结构桩与板完全固结。

虽然桩板结构在国内外均有一定的研究，但目前还不是很成熟，尤其在高速公路方面(目前主要应用于挡土墙)。高速公路具有侧边铰限位装置的新型改扩建结构一项崭新的技术，通过其特有的限位装置能够有效降低路面的不均匀沉降，尤其适用于高速公路两车道以上扩建。目前国内外关于高速公路具有侧边铰限位装置的新型改扩建结构方面应用研究几乎空白。

技术实现要素：
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针对上述高速公路软土地基沉降处理困难，工业化水平低，工程造价高等问题，本发明提供一种高速公路具有侧边铰限位装置的新型改扩建结构。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

一种具有侧边铰限位装置的新型改扩建结构，其特征在于：包括预制节段板、现浇湿接缝、纵肋、prc管桩、phc管桩、联端盖梁、纵向现浇段和波形钢护栏立柱；所述的预制节段板之间通过现浇湿接缝进行连接，所述的纵肋设置在预制阶段板的下侧，所述的phc管桩设置在prc管桩的下端，所述的prc管桩通过联端盖梁固定设置在纵肋的下侧，所述的纵向现浇段浇筑在预制节段板与原路基之间，所述的波形钢护栏立柱竖向设置在原路基与纵向现浇段之间。

所述的纵肋下侧设置有混凝土灌浆孔，所述的纵肋下侧且位于混凝土灌浆孔的下侧设置有预留孔洞，所述的纵肋通过混凝土灌浆孔和预留孔洞与弹性连接铰连接，所述的弹性连接铰包括管桩外包圆钢板、垫片底钢板、圆环垫片、钢筋底钢板、弹性垫片、u型钢筋和灌浆料；所述的垫片底钢板固定设置在管桩外包圆钢板的上端侧，所述的圆环垫片设置在垫片底钢板的上侧，所述的弹性垫片浇筑于垫片底钢板上侧，所述的钢筋底钢板设置在管桩外包圆钢板内侧，所述的u型钢筋的开口端固定设置在钢筋底钢板的上侧且上端延伸到垫片底钢板的上方，所述的垫片底钢板上均匀设置有浇筑预留孔，所述的灌浆料通过浇筑预留孔浇筑在垫片底钢板的上侧和下侧。

所述的管桩外包圆钢板的下侧设置有临时抱箍。

所述的弹性垫片为高1cm改性聚合物。

所述的联端盖梁下端面通过预埋钢板与桩顶端板焊接，预制节段板和联端盖梁之间放置高弹改性聚合物。

所述的u型钢筋设置为多股，u型钢筋的上侧成十字形交叉设置。

所述的钢筋底钢板焊接在管桩的上部端板上。

所述的u型钢筋的底部设置有向外侧折弯的折边。

本发明垫片底钢板焊接于管桩外包圆钢板上，高3cm高模量改性聚合物圆环垫片放置于垫片底钢板上，高1cm改性聚合物弹性垫片浇筑于垫片底钢板上，u型钢筋焊接于钢筋底钢板上。然后通过垫片底钢板预留孔浇筑灌浆料实现管桩外包圆钢板、u型钢筋、垫片底钢板与管桩之间的固结，通过梁板预留孔洞浇筑灌浆料实现u型钢筋与板之间的固结。

预制节段板下端面间隔设置两道纵肋，预制节段板分为相互拼接的标准节段、中支点节段和端支点节段，所述标准节段布置在跨中，所述中支点节段以标准节段为基准调整其长度，所述中支点节段纵肋上设置有梁板预留孔洞，所述端支点节段以标准节段和中支点节段为基准调整其长度；

作为优选，所述预制节段板宽7m，厚0.26m，所述纵肋高0.46m，底宽0.7m。

作为优选，所述预制管桩由phc管桩和prc管桩拼接形成，phc管桩设置在prc管桩下方，通过phc管桩桩顶端板和prc管桩桩底端板进行焊接连接。

作为优选，所述的联端盖梁通过预埋钢板与预制管桩上端设置的桩顶端板焊接。

作为优选，所述联端盖梁与预制节段板之间放置3cm高弹改性聚合物。

作为优选，所述的与路基连接纵向现浇段宽1m，以既有高速公路路肩处水泥稳定碎石层为基础，利用路基既有波形防撞护栏立柱和现浇段实现桩板无土路基与既有高速公路横向连接。

本发明的有益技术效果：

本发明通过对传统铁路桩板结构加以改进，并结合高速公路的特点，创造了一种全新的具有侧边铰限位装置的新型改扩建结构，一般适用跨径为5～8m，对于基础变形控制严格的软土地基、填土高度较低不适宜修建桥梁的地段具有良好的技术和经济优越性，通过其特有的侧边铰限位装置能够有效降低路面的不均匀沉降，是易于推广的路基结构形式。

高速公路具有侧边铰限位装置的新型改扩建结构为高强框架结构体系，既能较好传递竖向荷载，又能适应温度，汽车制动力等水平荷载，具有整体性强、稳定性好、坚固耐用、变形累积缓慢等优点，有利于高速行车、减少养护维修工作量。侧边铰限位装置主要由钢筋及高弹性聚氨酯垫片组成，是一种半固结连接装置，使得桩和板实现适当的转动同时又能有效降低结构由新老路基不均匀沉降引起的内力。

桩间无需填土，节约土地，减小对周围环境的影响，有利于环境的保护；桩、板构件在工厂标准化预制，整修养生，运至现场，经济性好，有利于工业化快速施工，适于推广应用。

phc管桩和prc管桩采用焊接接桩，减少一次沉桩长度，降低对吊装设备的要求，减小施工难度。

高速公路具有侧边铰限位装置的新型改扩建结构采用工业化建造技术，板、桩、侧边铰限位装置等预制构件施工精度高、结构安全度高、工期短、造价低，尤其适用于高速公解决新老路基不均匀沉降引起较大内力的改扩建工程。

高速公路具有侧边铰限位装置的新型改扩建结构装配化桩板无土路基科研目的研发一种新型结构，该结构可替代高速公路改建或新建项目中征地困难，工期要求紧，无合适填土区域的传统路基方案，符合国家推进装配化政策，具有节能环保优势，是今后建造业发展方向和趋势。

附图说明：

图1为本发明结构总体示意图；

图2为本发明标准横断面示意图；

图3本发明标准节段和端支点节段示意图；

图4为本发明中支点节段示意图；

图5为本发明phc管桩和prc管桩连接示意图；

图6为本发明管桩端板示意图；

图7为本发明桩板侧边限位铰装置示意图；

图8为本发明桩板侧边限位铰装置中的垫片底钢板示意图；

图9为本发明桩板侧边限位铰装置的临时抱箍示意图；

图10为本发明联端盖梁与管桩连接示意图。

上述图中序号：1-预制节段板、2-预制节段间现浇湿接缝、3-纵肋、4-prc管桩、5-phc管桩、6-与路基连接纵向现浇段、7-原有波形钢护栏立柱、8-联端盖梁、9-混凝土灌浆孔、10-预留孔洞、11-桩顶端板、12-桩底端板、13-管桩预应力筋锚孔、14-高1cm改性聚合物弹性垫片、15-高模量改性聚合物圆环垫片、16-u型钢筋、17-钢筋底钢板、18-管桩外包圆钢板、19-垫片底钢板、20-灌浆料、21-3cm高弹改性聚合物、22-预埋钢板、23-临时抱箍、24-垫片底钢板预留孔。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1-10所示，一种具有侧边铰限位装置的新型改扩建结构，包括预制节段板1、现浇湿接缝2、纵肋3、prc管桩4、phc管桩5、联端盖梁8、纵向现浇段6和波形钢护栏立柱7；预制节段板1之间通过现浇湿接缝2进行连接，纵肋3设置在预制阶段板1的下侧，phc管桩5设置在prc4管桩的下端，prc4管桩通过联端盖梁8固定设置在纵肋3的下侧，纵向现浇段6浇筑在预制节段板1与原路基之间，波形钢护栏立柱7竖向设置在原路基与纵向现浇段6之间。预制节段板1下端面间隔设置两道纵肋3，预制节段板1宽7m，厚0.26m，纵肋3高0.46m，底宽0.7m，尺寸统一；预制节段板1分为标准节段、中支点节段和端支点节段，标准节段布置在跨中，中支点节段由标准节段调整长度并开设混凝土灌浆孔9和预留孔洞10而成，吊装完成后，端支点节段由标准节段和一般桩顶节段调整其长度形成；预制节段板1吊装完成后，在两个预制板间隔内现浇混凝土，形成节段间现浇湿接缝2。

如图5所示，预制管桩由phc管桩5和prc管桩4拼接形成，预制管桩设置桩顶端板11和桩底端板12并设置管桩预应力筋锚孔13用来锚固管桩内预应力钢筋。

下部结构施工完成后，施工侧边铰限位装置，如图7所示，弹性连接铰由管桩外包圆钢板18、焊接在管桩外包圆钢板18上方的垫片底钢板19、设置在垫片底钢板19上方的高3cm高模量改性聚合物圆环垫片15和高1cm改性聚合物弹性垫片14、焊接在桩顶端板11上方的钢筋底钢板17，焊接在钢筋底钢板17上方的4根u型钢筋16组成，通过垫片底钢板预留孔24浇筑灌浆料20实现管桩外包圆钢板18、4根u型钢筋16、垫片底钢板19、prc管桩4之间的固结，通过梁板预留孔洞10浇筑灌浆料20实现4根u型钢筋16与预制节段板之间的固结。

如图10所示，联端盖梁8下端面通过预埋钢板22与桩顶端板11焊接，梁板和盖梁之间放置3cm高弹改性聚合物21。

本发明所述的高速公路具有侧边铰限位装置的新型改扩建结构的施工方法按如下步骤进行：

步骤(1)：采用静压法或锤击法进行预制管桩的现场施工，精确定位(平面中心误差≤1.5cm)，施工联端盖梁8，放置联端盖梁8上方3cm高弹改性聚合物21；

步骤(2)：在prc管桩4上方放置钢筋底钢板17，将钢筋底钢板17和桩顶端板11满焊，4根u型钢筋16每两根成束，与线路方向成45°焊接在钢筋底钢板17上方，然后放置管桩外包圆钢板18，并通过图8所示的临时抱箍23调整垫片底钢板高程19，通过垫片底钢板预留孔24浇筑灌浆料20，并在垫片底钢板19上方放置高3cm高模量改性聚合物圆环垫片15，最后浇筑高1cm改性聚合物弹性垫片14；

步骤(3)：从一联联中两个相邻的中支点节段开始起吊，调整中支点节段的位置，使prc管桩4顶4根u型钢筋16准确插入中支点节段预留孔洞10内，并向孔内浇入灌浆料20，实现prc管桩4和预制节段板1的固结；

步骤(4)：起吊标准节段，将其置于相邻两片已经固结稳定的中支点节段之间，调整位置，支模并浇筑标准节段和中支点节段之间的湿接缝；

步骤(5)：起吊端支点节段，调整位置，支模并浇筑端支点节段和标准节段间的湿接缝，一联主体结构施工完成；

步骤(6)：浇筑与既有路基纵向连接现浇段。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。