公路改扩建装配式路基结构及其施工方法与流程

本发明属于建筑结构技术领域，涉及一种公路改扩建装配式路基结构及其施工方法，节约土资源，减少对自然环境的改变及破坏。

背景技术：

随着经济的飞速发展，部分现有公路尤其高速公路的交通能力已达到或接近路线运营的饱和量，早期高速公路的改扩建势在必行，其中，路基加宽是改扩建工程的主要内容；传统的土质路基加宽为挖除部分老路基边坡填土，修筑成台阶状，经过强夯或加筋处理，对新老路基连接处进行加固，然后分层铺筑压实新路基，通过路基拼接来实现道路拓宽。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：对于路基边坡较陡的路段，若采用传统方法在靠近坡脚位置处修筑挡土墙增宽，挡土墙高度可高达数十米，需要占用大面积的土地，侵占河道，面临很大的征地拆迁压力和改变河道自然环境的风险，不利于环境保护；工程量巨大，造成大量资源浪费、消耗，在某些地区甚至无土可用；同时装配化、结构化、工业化水平低，高速公路改扩建工程中施工周期长，对现有交通造成很大影响。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种公路改扩建装配式路基结构，减轻上部结构的自重，连接强度高，占地面积小，节约土地资源，减少对自然环境的改变及破坏；便于装配化、结构化、工业化生产，降低现场技术难度，绿色环保，成本低，解决了现有技术中存在的问题。

本发明的另一目的是，提供一种公路改扩建装配式路基结构的施工方法。

本发明所采用的技术方案是，一种公路改扩建装配式路基结构，沿路基扩建方向埋置有竖直的联排桩体，联排桩体的下端伸入地基内，联排桩体包括第一桩体，第一桩体设于原路堤的路肩下方，第一桩体靠近路基扩建方向的一侧至少埋置有一组第二桩体，第一桩体、第二桩体的结构相同，均包括预制圆形管桩，预制圆形管桩外部设有复合砂浆层，预制圆形管桩由钻头、若干个分节管以及闭合端构成，钻头以及分节管上端均设置内高外低的台阶形切口，分节管下端以及闭合端下端均设置内低外高的台阶形切口，分节管下端以及闭合端下端的台阶形切口内低处设有环形的轴向凸起，轴向凸起内均匀设有多个轴向的锚固钢筋骨架，钻头以及分节管上端与轴向凸起对应的位置设有嵌固槽，嵌固槽内均匀设有预留孔，预留孔与锚固钢筋骨架一一对应；第一桩体顶部设有垫梁，垫梁顶部与第二桩体顶部位于同一水平高度，垫梁上表面与第二桩体上表面铺设有盖梁，盖梁顶部通过栓套结构与空心的桥面板连接，桥面板顶部设有加宽路面。

进一步的，所述垫梁顶部设置有第一凹槽，垫梁底部设有第一凸部，第一桩体顶部的第二凹槽与第一凸部相互嵌合，盖梁的截面为t形，盖梁的底部具有t形凸部，t形凸部与对应的垫梁顶部第一凹槽、第二桩体顶部第二凹槽相互嵌合。

进一步的，所述桥面板为钢筋混凝土制得，具有空心箱型截面，空心箱型截面为板式截面、分离式双箱截面、整体式闭合箱截面或半封闭箱型截面中的任意一种。

进一步的，所述桥面板由多个空心箱型单元装配组成，每个空心箱型单元的结构相同，均包括空心箱体，空心箱体的顶端两侧向外延伸形成翼缘板，相邻两个翼缘板分别设有相互配合的l型切口，通过钢板抱箍结构实现桥面板之间的连接。

进一步的，所述两个翼缘板的l型切口处均设有预留孔，螺栓的螺杆穿过预留孔连接两个翼缘板。

进一步的，所述栓套结构包括圆形的钢柱，桥面板的底部设有圆形通孔，钢柱穿过圆形通孔，钢柱外部固定有套筒，钢柱内贴于套筒内，套筒上端的尺寸大于圆形通孔的孔径；套筒与钢柱接触处设有圆孔，钢柱上对应位置也设有圆孔，栓管的一端沿径向穿入圆孔，栓管的另一端伸出套筒，套筒的同一直径上穿插有两个栓管，栓管沿套筒轴向等间距设置，且沿套筒周向均匀分布，伸出套筒的栓管和套筒均置于盖梁顶部的圆形浇筑区域内，通过浇筑实现桥面板与盖梁连接。

进一步的，所述套筒内孔的形状为正三角形、正方形、正五边形或正六边形中的任意一种。

进一步的，所述桥面板的外侧边缘安装防护栏，原路面、加宽路面上均铺设有路面铺装层。

进一步的，所述第一凹槽、第二凹槽的深度为4cm，宽度为30cm。

一种公路改扩建装配式路基结构的施工方法，具体按照以下步骤进行：

s1，在原路基边坡待加宽侧靠近原路肩处开挖施工平台；

s2，在原路肩下方埋设竖直的第一桩体，沿道路扩建方向按设计间距在坡脚位置打入竖直的第二桩体；第一桩体和第二桩体均采用分段式，由钻头、若干个分节管、闭合端构成，打桩机起吊钻头进行成孔，减少对土体的扰动，以避免地基出现应力不均匀而影响原路基的整体稳定性，按顺序植入分节管，待分节管之间嵌合完成后，再放置下一分节管，达到合适高度后放置闭合端；

s3，第一桩体的闭合端顶部高出施工平台一定长度，在第一桩体的顶端铺设垫梁，第一桩体顶部的第二凹槽与垫梁底部的第一凸部相互嵌合形成统一整体，第二桩体顶部与垫梁顶部位于同一水平高度；

s4，起吊机起吊盖梁，使盖梁的t形凸部与对应的垫梁顶部第一凹槽、第二桩体顶部第二凹槽相互嵌合，形成统一整体；

s5，将钢柱插入桥面板底部的圆形通孔，钢柱外部套上套筒，钢柱内贴于套筒内，套筒与钢柱完好嵌合，套筒上的圆孔与钢柱上的圆孔对应，通过螺丝固定套筒上端，使得套筒与钢柱固定连接，套筒上端的尺寸大于圆形通孔的孔径，用起吊机将桥面板吊起，并使套筒底部与盖梁顶部的圆形浇筑区域嵌合，套筒位于圆形浇筑区域的中心，等长的栓管一端穿入套筒和钢柱的圆孔内，栓管的另一端伸出套筒，伸出套筒的栓管和套筒均置于圆形浇筑区域内，施工浇筑圆形浇筑区域，完成桥面板与盖梁之间的连接；

s6，在桥面板外侧边缘安装防护栏，桥面板顶部铺设加宽路面，原路面、加宽路面上均铺设路面铺装层。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用盖梁和桥面板的结构，通过栓套结构实现桥面板与盖梁之间的连接，将复杂结构分解，简单化，装配化，降低施工难度，相较于单一的桩板式结构，能够减轻上部结构的自重，减轻上部荷载对于新老路基的影响。通过联排桩体、盖梁、桥面板承受荷载，卓有成效的跨越障碍物，占地小，无需大量填土，节约土地资源，克服了平原高填方地段、山地地区、河谷地区，取土难，侵占河道，工程量巨大，无地可占，取土代价加大，甚至无土可取，处理、复垦成本高的问题，实现公路的少土，无土，高效，低价建设；同时，改扩建工程中能够对老路基边沟、排水沟、涵洞等小型构造物充分利用，是应对现实挑战，响应绿色发展，践行绿色公路理念的较佳选择。

2、本发明第一桩体、第二桩体、盖梁、桥面板均可在工厂进行预制，第一桩体、第二桩体只需将工厂预制的分节管进行嵌合拼接，无需现场焊接，通过锚固钢筋骨架与预留孔配合实现分节管之间的连接，分节管为工厂预制，保证桩体强度的同时降低现场施工技术难度；盖梁通过栓套结构与桥面板之间，桥面板的空心箱型单元之间均实现有效的连接，连接强度高，提高道路施工过程中的装配化、结构化、绿色化、经济化、工厂化生产，施工工序简单，施工周期大量缩短，减少施工对高速公路运营期间的影响，社会效益显著。

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中装配式公路改扩建结构示意图。

图2是本发明实施例中纵向垫梁的结构示意图。

图3是本发明实施例中预制桩的结构示意图。

图4是本发明实施例中预制桩分节管之间连接示意图。

图5是本发明实施例中闭合端示意图。

图6是本发明实施例中盖梁结构示意图。

图7是本发明实施例中桥面板的结构示意图。

图8是本发明实施例中翼缘板连接示意图。

图9是本发明实施例中盖梁和桥面板连接示意图。

图10是本发明实施例中螺栓连接结构示意图。

图11是本发明实施例中螺栓连接结构俯视图。

图中，1.地基，2.原路堤，3.原路堤边坡，4.盖梁，4-1.t形凸部，5.桥面板，5-1.圆形通孔，5-2.空心箱体，5-3.翼缘板，5-4.螺栓，6.路面铺装层，7.防护栏，8.第一桩体，9.第二桩体，10.垫梁，10-1.第一凹槽，10-2.第一凸部，11.原路面，12.加宽路面，13.钻头，14.分节管，15.闭合端，15-1.第二凹槽，16.圆形浇筑区域，17.套筒，18.栓管，19.钢柱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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。

本发明实施例公路改扩建装配式路基结构，如图1所示，沿路基扩建方向埋置有竖直的联排桩体，联排桩体的下端伸入地基1内，联排桩体包括第一桩体8，第一桩体8设于原路堤2的路肩下方，第一桩体8靠近路基扩建方向的一侧至少埋置有一组第二桩体9，第一桩体8顶部设有垫梁10，垫梁10顶部与第二桩体9顶部位于同一水平高度，垫梁10上表面与第二桩体9的闭合端15上表面铺设有盖梁4，盖梁4顶部通过栓套结构与空心的桥面板5连接，桥面板5顶部设有加宽路面12，桥面板5的外侧边缘安装有防护栏7，原路面11、加宽路面12上均铺设有路面铺装层6，形成拓宽后的道路。

如图3-5所示，第一桩体8、第二桩体9的结构相同，均包括预制圆形管桩，预制圆形管桩的直径6cm，预制圆形管桩外部设有复合砂浆层，复合砂浆层厚度为3cm，第一桩体8、第二桩体9的直径为12cm，桩长15m；预制圆形管桩由钻头13、若干个分节管14以及闭合端15构成，钻头13以及分节管14上端均设置内高外低的台阶形切口，分节管14下端以及闭合端15下端均设置内低外高的台阶形切口，分节管14下端以及闭合端15下端的台阶形切口内低处设有环形的轴向凸起，轴向凸起内均匀设有多个轴向的锚固钢筋骨架，钻头13以及分节管14上端与轴向凸起对应的位置设有嵌固槽，嵌固槽内均匀设有预留孔，通过嵌固槽、凸起能够控制分节管14连接时的径向位置，预留孔与锚固钢筋骨架一一对应，相邻预留孔间距为30cm，能够较快完成分节管14之间相互嵌合，快速形成预制圆形管桩，提高安装效率。

两个分节管14装配时，钻头13上端内高外低的台阶形切口与分节管14下端内低外高的台阶形切口嵌合，钻头13以及分节管14上端内高外低的台阶形切口与分节管14下端以及闭合端15下端均设置内低外高的台阶形切口嵌合；钻头13以及分节管14上端均匀设置的锚固钢筋骨架与分节管14下端以及闭合端15下端均匀设置的预留孔嵌合。吊装机吊装，调整其各分节管14的位置即可完成各分节管14之间的拼接，形成整体的桩体，装配速度快，连接强度高。闭合端15顶部设置第二凹槽15-1，第二凹槽15-1与盖梁4的t形截面凸部嵌合形成一体化结构。本发明采用两种方式充分保证预制桩的分节管14之间有效稳固连接，能够实现全装配化，减少施工流程，缩短工期，简便施工。

每个分节管14长为2m，内径为40cm，外径为50cm，即管壁厚为5cm，凸起处钢筋长度为50cm，锚固钢筋骨架的直径为3cm，沿圆周均匀设置6根；第二凹槽15-1深度为4cm，宽度为30cm，长度为50cm。

本发明第一桩体8、第二桩体9只需将工厂预制的分节管进行嵌合拼接，无需现场焊接，通过锚固钢筋骨架与预留孔配合实现分节管14之间的连接，分节管14为工厂预制，更利于装配化，工厂化，降低现场技术难度。

本发明实施例中的原有路面宽度为11.75m，距老路面最近的第一桩体8距离老路肩水平距离为0.8-1.2m，使得桩体与老路面保持一定距离，以免桩体施工影响老路面的变形和稳定性，预制管桩与第一桩体8的水平间距为1.5m-2.5m，若距离太小，桩体排列紧密，影响老路基的稳定性；若距离太大，则导致改扩建路面结构强度偏小，无法保证改扩建完工后的路面正常通行，根据实际工程中扩建宽度以及路基的地质条件选择其合适的桩间间距。

如图2、6所示，垫梁10顶部设置有第一凹槽10-1，垫梁10底部设有第一凸部10-2，第一桩体8顶部第二凹槽15-1与第一凸部10-2相互嵌合形成一体化结构，第二桩体9的闭合端15顶部设置有第二凹槽15-1，盖梁4的截面为t形，t形凸部4-1与对应的第一凹槽10-1、第二凹槽15-1相互嵌合形成一体化结构，第一凹槽10-1、第一凸部10-2相互错开，保证垫梁10的强度。垫梁10总宽度为1m、长度为4m、厚度为8cm，第一凹槽10-1深度为4cm、长度为50cm、宽度为30cm，盖梁4厚度为20cm，t形凸部4-1深度为4cm、宽为30cm，第二凹槽15-1的深度为4cm、宽度为30cm；其中长度表示沿道路扩展的水平方向，宽表示与长度方向垂直的水平方向，深度表示竖直方向。

垫梁10与第一桩体8、第二桩体9共同其支撑作用，缓冲上部荷载（路面荷载、桥面板5）对老路基以及拓宽部分的影响，将上部荷载的力传递到地基1中，减小汽车荷载对老路基的影响，防止边坡滑塌，减小改扩建工程中的不均匀沉降；垫梁10增大了与原路堤2的接触面积，增强扩建结构的稳定性。

桥面板5直接承受车辆轮压的承重，桥面板5为钢筋混凝土制得，具有空心箱型截面，空心箱型截面为板式截面、分离式双箱截面、整体式闭合箱截面或半封闭箱型截面中的任意一种。半封闭箱截面效果最佳，原因是既能满足一定的抗弯、抗扭刚度的要求，又具有良好的抗风动力稳定性能。板式截面建筑高度小、构造简单、抗风性能良好。分离式双箱截面施工方便，全截面抗扭刚度较差，很少在实际工程中采用。整体闭合箱截面具有强大的抗弯和抗扭刚度，但施工难度较大，结构自重大，对老路基影响较大；具有空心箱型截面的桥面板5抗扭刚度大，并具有较t型截面更高的截面效率指标ρ，同时它的顶板和底板面积均比较大，能有效承担正负弯矩，并满足配筋的需要。此外，当路面承受偏心荷载时，箱形截面梁抗扭刚度大，内力分布比较均匀；在路面处于悬臂状态时，具有良好的静力和动力稳定性，对悬臂施工的大跨度梁桥尤为有利；由于箱型截面整体性能好，能够承载更多车辆通行。

如图7-9所示，桥面板5由多个空心箱型单元装配组成，每个空心箱型单元的结构相同，均包括空心箱体5-2，空心箱体5-2的顶端两侧向外延伸形成翼缘板5-3，相邻两个空心箱型单元的翼缘板5-3通过钢板抱箍结构连接，使得相邻两个空心箱型单元之间形成半封闭空心腔体；相邻两个翼缘板5-3分别设有相互配合的l型切口，两个翼缘板5-3的l型切口嵌合，通过钢板抱箍结构实现桥面板5之间的有效连接，翼缘板5-3的材质是q235钢；两个翼缘板5-3的l型切口处均设有预留孔，螺栓5-4的螺杆穿过预留孔后连接两个翼缘板5-3。

桥面板5高度为60cm，桥面板5顶部沿扩建方向的宽度为4m，桥面板5底部沿扩建方向的宽度为2.5m，翼缘板5-3的l型切口长度为8cm、厚度为2.5cm，钢板抱箍结构的钢板厚度为5mm，材质为q235钢；预留孔直径为20cm，螺栓5-4的型号为m16。

如图10-11所示，栓套结构包括圆形的钢柱19，桥面板5的底部设有圆形通孔5-1，钢柱19穿过圆形通孔5-1，钢柱19外部固定有套筒17，套筒17内孔的形状为正三角形、正方形、正五边形或正六边形中的任意一种，钢柱19内贴于套筒17内，套筒17的外部为圆形，套筒17上端的尺寸大于圆形通孔5-1的孔径，套筒17及钢柱19的下端穿过圆形通孔5-1，套筒17与钢柱19接触处设有圆孔，钢柱19上对应位置也设有圆孔，栓管18的一端沿径向穿入圆孔，栓管18的另一端伸出套筒17，套筒17的同一直径上穿插有两个栓管18，栓管18沿套筒17轴向等间距设置、沿套筒17周向均匀分布，伸出套筒17的栓管18和套筒17均置于盖梁4顶部的圆形浇筑区域16内，通过浇筑实现桥面板5与盖梁4连接。桥面板5与盖梁4之间采用栓套结构，装配化地实现了桥面板5与盖梁4之间的连接，保证连接强度，提高工业化程度。

将钢柱19插入桥面板5底部的圆形通孔5-1，套上套筒17，套筒17内孔的形状为正三角形、正方形、正五边形或正六边形中的任意一种，钢柱19内贴于套筒17内，套筒17与钢柱19完好嵌合，同时能够预留六个孔位；通过螺丝固定套筒17上端，使得套筒17与钢柱19固定连接，套筒17上端的尺寸大于圆形通孔5-1的孔径，用起吊机将桥面板5吊起，并使套筒17底部与圆形浇筑区域16嵌合，等长的栓管18一端穿入套筒17和钢柱19的圆孔内，栓管18的另一端伸出套筒17，伸出套筒17的栓管18和套筒17均置于盖梁4顶部的圆形浇筑区域16内，施工浇筑圆形浇筑区域16，完成桥面板5与盖梁4之间的连接。

套筒17为正六边形能够与圆形的钢柱19完好嵌合，同时能够预留六个孔位，使栓管18穿过。钢柱19长度为21cm、直径为20cm，套筒17的厚度为5mm，栓管18设有3组，3组栓管18沿轴向等间距分布，栓管18选用q235钢筋，长度为40cm，直径为2cm，圆形浇筑区域16深度为8cm，直径为40cm，盖梁4上设置三个圆形浇筑区域16。

本发明采用盖梁4和桥面板5的结构，通过栓套结构实现桥面板5与盖梁4之间的连接，将复杂结构的分解，简单化，装配化，降低施工难度，相较于单一的桩板式结构，能够减轻上部结构的自重，减轻上部荷载对于新老路基的影响。

本发明实施例公路改扩建装配式路基结构的施工方法，具体按照以下步骤进行：

s1，在原路基边坡3待加宽侧靠近原路堤2的路肩处开挖施工平台；

s2，在原路堤2的路肩下方埋设竖直的第一桩体8，第一桩体8靠近路基扩建方向的一侧按设计间距在坡脚位置埋设竖直的第二桩体9，第二桩体9的桩长根据上部荷载和地质条件等确定；第一桩体8和第二桩体9均采用分段式，由钻头13、若干个分节管14、闭合端15构成，打桩机起吊钻头13进行成孔，减少对土体的扰动，以避免地基1出现应力不均匀而影响原路基的整体稳定性，按顺序植入分节管14，待分节管14之间嵌合完成后，再放置下一分节管14，达到合适高度后放置闭合端15；

s3，第一桩体8的闭合端15顶部高出施工平台一定长度，在第一桩体8的顶端铺设垫梁10，第一桩体8顶部第二凹槽15-1与垫梁10底部的第一凸部10-2相互嵌合形成统一整体；第二桩体9的闭合端15顶部与垫梁10顶部位于同一水平高度；

s4，起吊机起吊盖梁4，使盖梁4的t形凸部4-1与对应的垫梁10顶部第一凹槽10-1、第二桩体9顶部第二凹槽15-1相互嵌合，形成统一整体；

s5，将钢柱19插入桥面板5底部的圆形通孔5-1，钢柱19外部套上套筒17，套筒17内孔的形状为正三角形、正方形、正五边形或正六边形中的任意一种，钢柱19内贴于套筒17内，套筒17与钢柱19完好嵌合，套筒17上的圆孔与钢柱19上的圆孔对应，通过螺丝固定套筒17上端，使得套筒17与钢柱19固定连接，套筒17上端的尺寸大于圆形通孔5-1的孔径，用起吊机将桥面板5吊起，并使套筒17底部与盖梁4顶部的圆形浇筑区域16嵌合，套筒17位于圆形浇筑区域16的中心，等长的栓管18一端穿入套筒17和钢柱19的圆孔内，栓管18的另一端伸出套筒17，伸出套筒17的栓管18和套筒17均置于圆形浇筑区域16内，施工浇筑圆形浇筑区域16，完成桥面板5与盖梁4之间的连接；

s6，在桥面板5外侧边缘安装防护栏7，桥面板5铺设加宽路面12，原路面11、加宽路面12上均铺设路面铺装层6，形成拓宽后的道路。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。