本发明涉及土木技术领域，尤其涉及一种拓宽路堤边坡地基加固系统及方法。
背景技术：
随着经济的快速发展，发达地区交通量的增长速度几乎都在两位数以上，很多高速公路建成不久就出现了通行能力不足、服务水平下降，急需改扩建。而且，早期新建的高速公路路网地位突出，基本上属于经济发达地区的交通干线，因此扩建、扩容问题格外突出。
目前我国已开始对干线公路进行拓宽改造，为减少既有路堤与拓宽路堤之间的差异沉降，避免出现纵向裂缝，拓宽路堤通常采用刚性桩复合地基进行处理，在既有路堤坡脚外和边坡范围内均设置cfg桩、预制桩等刚性桩，桩顶设置钢筋混凝土桩帽。边坡范围内桩帽以上填土厚度较小，桩帽的利用率和性价比不高。施工顺序为：先施工既有路堤坡脚外的刚性桩和桩帽，然后拓宽路基土至既有路堤边坡上第一排刚性桩顶面处，开挖既有边坡形成桩和桩帽施工平台后再施工刚性桩和桩帽，继续填筑拓宽路堤土至既有路堤边坡上第二排刚性桩顶面处，开挖既有边坡形成桩和桩帽施工平台后再施工刚性桩和桩帽，如此反复直至填筑完成拓宽路堤土。因此，刚性桩、桩帽、路堤土需要分多次施工，相应的施工机械和人员需要多次进退场，延长了工期、增加了成本。另外，边坡上刚性桩和桩帽施工需要开挖既有边破，对既有边坡稳定性也会产生不利影响。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种结构简单，性价比高，强度够的拓宽路堤边坡地基加固系统；本发明还公开了一种施工简单，有效减少施工成型材料、路堤土施工机械和人员进退场次数的加工方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种拓宽路堤边坡地基加固系统，安装在呈倾斜状的原有路堤上，包括路堤基底、拓宽路堤、刚性桩、堤中桩以及新路面结构，所述刚性桩插装在路堤基底远离原有路堤的一侧，所述拓宽路堤设置在新路面结构与刚性桩之间，且一侧与原有路堤贴合，所述堤中桩安装在新路面结构与原有路堤之间，且依次穿过拓宽路堤和原有路堤并与路堤基底连接。
作为上述技术方案的改进，所述刚性桩设有若干组，所有刚性桩呈矩阵分布在拓宽路堤下方的路堤基底内。
作为上述技术方案的改进，所述刚性桩的顶部设有土桩帽，所述土桩帽的外沿压在路堤基底上，所述土桩帽的上端与拓宽路堤底部连接。
作为上述技术方案的改进，所述路堤基底位于堤中桩的底部对应位置设有堤中管桩，所述堤中桩顶部与新路面结构之间设有填充桩。
作为上述技术方案的改进，所述填充桩由碎石和/或中粗砂制成。
作为上述技术方案的改进，所述堤中管桩设有若干组，且沿矩阵分布在原有路堤正下方的路堤基底内。
一种拓宽路堤边坡地基加固方法，包括以下步骤：
步骤1、原路基边坡修整：修整路堤基底和原有路堤，使得原有路堤坡度为1：1.5～1：1.75，划线、清平并拓宽所需施工的路堤基底部分场地；
步骤2、施工加固路堤基础：在原有路堤外侧新平整的路堤基底上施工预设密度的刚性桩，并在刚性桩的顶部上成型土桩帽；
步骤3、施工拓宽路堤：在修筑好含有土桩帽和刚性桩的路堤基底上分层回填夯土，压实夯土，夯土顶部与原有路堤高度一致，并修整边坡使之坡度为1：1.5～1：1.75，得到拓宽路堤；
步骤4、成型堤中桩：在施工完成后的拓宽路堤顶部向下钻取堤中孔，在堤中孔底部的路堤基底上按预设钻取加固孔，在加固孔内成型堤中管桩，然后在堤中孔中成型堤中桩，且在堤中孔顶部成型填充桩；
步骤5、在拓宽路堤的上端铺设新路面结构，并压实新路面结构，完成施工。
作为上述技术方案的改进，步骤2具体操作有以下步骤：
步骤2.1、在原有路堤外侧新平整的路堤基底上按照预设的规格划分出刚性桩所在位置，在确定好的位置上钻孔并在钻孔内成型刚性桩；
步骤2.2、在刚性桩成型后，在刚性桩顶部成型柱状的土桩帽，土桩帽的直径需大于刚性桩直径，两者直径相差0.3-0.4m。
作为上述技术方案的改进，步骤4具体操作有以下步骤：
步骤4.1、计算堤中桩分布密度：采用下列公式进行计算拓宽路堤边坡地基加固方法中堤中桩之间所需的间距d；
π·du·τ·hp>d2·(hf·γf+tp·γp+q)
式中：
du为堤中桩的桩径，单位为m；
τ为堤中桩与周围土的摩擦系数；
hp为堤中桩的桩长，单位为m；
d为堤中桩的间距，单位为m；
hf·为拓宽路堤和原有路堤的填筑总高度，单位为m；
γf为拓宽路堤材料的重度，单位为kg；
tp为新路面结构的厚度，单位为m；
γp为新路面结构重度，单位为kg；
q为道路施工完成后通车后车辆的荷载，单位为kpa；
f为路堤材料；
p为实体材料，包括堤中桩和新路面结构；
步骤4.2、钻孔施工堤中桩：在计算出堤中桩的密度后，按照计算结果在拓宽路堤上标记处出钻孔位置，并在标记处按照预设的堤中桩的桩径du进行钻孔，深度为hf·，在得到的堤中孔底部继续钻取堤中管桩的成型孔，成型孔比堤中孔直径小0.1-0.15m，孔深为1-10m；
步骤4.3、成型堤中管桩和堤中桩：在成型孔中灌注水泥、粉煤灰和碎石的混合浆进行成型堤中管桩；待堤中管桩后，在堤中孔中灌注微膨胀素混凝土成型堤中桩，并在堤中孔上部预留深度为du的填充空间；
步骤4.4、在填充空间中填筑碎石和或中粗砂，压实得到填充桩，填充桩的上端与拓宽路堤上面齐平。
本发明的有益效果有：
本加固系统在路堤基底远离原有路堤的一侧插装刚性桩，利用刚性桩进行提升新整路堤基底的强度，方便后期的加固工作；在拓宽路堤和原有路堤之间通过堤中桩进行加固，而且堤中桩可以建立在原有的刚性桩上，提高了强度；其次，本加固系统中的堤中桩的上端还填充有轻质材料，既保证了施工完后路面的强度和稳定性，同时避免既有路堤边坡上刚性桩和桩帽施工对边坡的开挖，还减少了施工成型材料、路堤土施工机械和人员进退场次数，降低了施工的成本。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，其中：
图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明的一种拓宽路堤边坡地基加固系统，安装在呈倾斜状的原有路堤1上，包括路堤基底2、拓宽路堤3、刚性桩4、堤中桩5以及新路面结构6，所述刚性桩4插装在路堤基底2远离原有路堤1的一侧，所述拓宽路堤3设置在新路面结构6与刚性桩4之间，且一侧与原有路堤1贴合，所述堤中桩5安装在新路面结构6与原有路堤1之间，且依次穿过拓宽路堤3和原有路堤1并与路堤基底2连接。
其中在本实施例中，所述刚性桩4设有若干组，所有刚性桩4呈矩阵分布在拓宽路堤3下方的路堤基底2内，刚性桩4选择cfg桩或管桩，便于成型，制造成本低。所述刚性桩4的顶部设有土桩帽7，所述土桩帽7的外沿压在路堤基底2上，所述土桩帽7的上端与拓宽路堤3底部连接。土桩帽7采用钢筋混凝土成型制成，采用土桩帽7可以增强拓宽路堤3底部的受力情况，利用刚性桩4的竖向支撑力为土桩帽7提供稳定的支撑力，土桩帽7的外沿比刚性桩4直径大，增强了对拓宽路堤3的支撑作用，保持其稳定性。
此外，为了增强拓宽路堤3上部依附在原有路堤1部分的强度，本发明在所述路堤基底2位于堤中桩5的底部对应位置设有堤中管桩8，所述堤中桩5顶部与新路面结构6之间设有填充桩9。所述填充桩9由碎石和/或中粗砂制成，碎石或中粗砂的缓冲，可避免堤中桩对路面结构产生冲切作用。所述堤中管桩8设有若干组，且沿矩阵分布在原有路堤1正下方的路堤基底2内。堤中管桩8可以选择cfg桩或管桩，便于成型，制造成本低。利用堤中管桩8进行支撑堤中桩5，提高了堤中桩5的整体竖向支撑力，确保堤中桩5上方的新路面结构6的稳定性，防止其沉降。堤中桩5采用微膨胀素混凝土成型，微膨胀素混凝土中水、水泥、砂、石子和微膨胀素的质量比为0.41：1：1.084：2.036：0.08。
在本发明中，刚性桩4的设置方便了后期道路还需继续拓宽时，堤中桩5可以直接成型在刚性桩4上，省去了成型堤中管桩8的麻烦，节省了大量的工时和人力物力，具有可持续发展的效果，相比传统需要既有路堤边坡上刚性桩4和土桩帽7施工对边坡的开挖，既有边坡稳定性。
本发明还公开了一种拓宽路堤边坡地基加固方法，包括以下步骤：
步骤1、原路基边坡修整：修整路堤基底2和原有路堤1，使得原有路堤1坡度为1：1.5～1：1.75，划线、清平并拓宽所需施工的路堤基底2部分场地；
步骤2、施工加固路堤基础：在原有路堤1外侧新平整的路堤基底2上施工预设密度的刚性桩4，并在刚性桩4的顶部上成型土桩帽7；
步骤3、施工拓宽路堤3：在修筑好含有土桩帽7和刚性桩4的路堤基底2上分层回填夯土，压实夯土，夯土顶部与原有路堤1高度一致，并修整边坡使之坡度为1：1.5～1：1.75，得到拓宽路堤3；
步骤4、成型堤中桩5：在施工完成后的拓宽路堤3顶部向下钻取堤中孔，在堤中孔底部的路堤基底2上按预设钻取加固孔，在加固孔内成型堤中管桩8，然后在堤中孔中成型堤中桩5，且在堤中孔顶部成型填充桩9；
步骤5、在拓宽路堤3的上端铺设新路面结构6，并压实新路面结构6，完成施工。
在本实施例中，边坡的坡度为1：1.5，原有路堤1坡度为1：1.5，两者坡度一致便于施工。
其中，在本发明中，步骤2具体操作有以下步骤：
步骤2.1、在原有路堤1外侧新平整的路堤基底2上按照预设的规格划分出刚性桩4所在位置，在确定好的位置上钻孔并在钻孔内成型刚性桩4，刚性桩4采用的是cfg桩或管桩，因此较容易成型，造价低，在竖向的强度够，能够为拓宽路堤3提供稳定的竖向支撑力；
步骤2.2、在刚性桩4成型后，在刚性桩4顶部成型柱状的土桩帽7，土桩帽7的直径需大于刚性桩4直径，两者直径相差0.3-0.4m，采用土桩帽7增强了拓宽路堤3与刚性桩4的有效支撑面积，提高了稳定性。其中，刚性桩4的密度可以根据现实的具体情况进行具体选择，一般会采用与堤中桩5的密度保持一致，方便后期需要拓宽道路时，可以在刚性桩4上继续成型堤中桩5，节约施工成本。
在本发明中，步骤4具体操作有以下步骤：
步骤4.1、计算堤中桩5分布密度：采用下列公式进行计算拓宽路堤边坡地基加固方法中堤中桩5之间所需的间距d；
π·du·τ·hp>d2·(hf·γf+tp·γp+q)
上述公式中：
du为堤中桩5的桩径，单位为m；
τ为堤中桩5与周围土的摩擦系数；
hp为堤中桩5的桩长，单位为m；
d为堤中桩5的间距，单位为m；
hf·为拓宽路堤3和原有路堤1的填筑总高度，单位为m；
γf为拓宽路堤3材料的重度，单位为kg；
tp为新路面结构6的厚度，单位为m；
γp为新路面结构6重度，单位为kg；
q为道路施工完成后通车后车辆的荷载，单位为kpa；
f为路堤材料；
p为实体材料，包括堤中桩5和新路面结构6；
其中，f作为材料类型的设定，方便施工人员识别施工材料，便于施工，p方便施工人员对施工材料的区分，避免在施工过程中即使看着设计图纸而使用了错误的材料。γf和γp均可以通过已知的材料密度，可以算出在单位面积内的重量，其中拓宽路堤3和新路面结构6的厚度均可测量，因此重量可求出。
步骤4.2、钻孔施工堤中桩5：在计算出堤中桩5的密度后，按照计算结果在拓宽路堤3上标记处出钻孔位置，并在标记处按照预设的堤中桩5的桩径du进行钻孔，深度为hf·，在得到的堤中孔底部继续钻取堤中管桩8的成型孔，成型孔比堤中孔直径小0.1-0.15m，孔深可以根据实际的路面情况进行设定；
步骤4.3、成型堤中管桩8和堤中桩5：在成型孔中灌注水泥、粉煤灰和碎石的混合浆进行成型堤中管桩8；待堤中管桩8后，在堤中孔中灌注微膨胀素混凝土成型堤中桩5，并在堤中孔上部预留深度为du的填充空间；
步骤4.4、在填充空间中填筑碎石和或中粗砂，压实得到填充桩9，填充桩9的上端与拓宽路堤3上面齐平。
在步骤4中，通过上述公式的计算，可以有效计算出堤中桩5的密度，避免了过度施工或者是施工强度不足，造成资源浪费或者是拓宽路堤3强度不足等问题。
最后，本发明中，步骤5中压实新路面结构6一般采用的同行车辆载荷即可，为常用的载荷措施，本实施例在此不予详述。
本加固系统在路堤基底2远离原有路堤1的一侧插装刚性桩4，利用刚性桩4进行提升新整路堤基底2的强度，方便后期的加固工作；在拓宽路堤3和原有路堤1之间通过堤中桩5进行加固，而且堤中桩5可以建立在原有的刚性桩4上，提高了强度；其次，本加固系统中的堤中桩5的上端还填充有轻质材料，既保证了施工完后路面的强度和稳定性，同时避免既有路堤边坡上刚性桩4和桩帽施工对边坡的开挖，还减少了施工成型材料、路堤土施工机械和人员进退场次数，降低了施工的成本。
以上所述，只是本发明的较佳实施方式而已，但本发明并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。