一种路堤结构及施工方法技术

本发明专利技术属于地基处理技术领域，涉及一种路堤结构及施工方法，包括持力层、软土地基、路堤填土、设置在软土地基与路堤填土之间并嵌入软土地基的减小路堤沉降结构；减小路堤沉降结构包括桩帽、防水土工布、混凝土密封沟、微生物改性加筋垫层、预埋钢筋、桩帽盖板及由m行×n列钢筋混凝土薄壁管桩组成的混凝土桩组；桩帽置于钢筋混凝土薄壁管桩的顶部；桩帽的上表面固定设置有插入桩帽中的预埋钢筋；桩帽盖板通过预埋钢筋与桩帽相连；微生物改性加筋垫层的顶部以及底部均铺设有防水土工布；路堤填土置于微生物改性加筋垫层顶部的防水土工布的上表面；防水土工布密封在混凝土密封沟的底部。本发明专利技术具有结构合理、施工方便及有效减小路堤的沉降的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种路堤结构及施工方法
本专利技术属于地基处理
，涉及一种路堤结构及施工方法，尤其涉及一种微生物改性纤维-砂土-废旧轮胎骨料-格栅加筋路堤结构及施工方法。
技术介绍
在软土地区修建高速公路和铁路时，由于软土自身强度低、压缩性高等不良工程因素，常常发生不均匀沉降问题，对道路的正常使用产生了巨大的挑战。目前解决此问题的常用方法是采用桩承式加筋路堤结构，该结构由以下几个部分组成：路堤填土、砂垫层、筋材、桩、桩帽、软弱地基以及持力层。在路堤填土荷载作用下，在桩帽之间形成土拱效应，使得大部分路堤荷载通过桩传递到持力层；筋材通过与砂垫层之间的界面摩阻力的相互作用约束路堤侧向位移并通过筋材的张拉膜效应提高桩的荷载分担比。然而，筋材与砂垫层之间的界面摩擦力相当有限，当达到极限界面摩擦力时，这种加筋垫层无法有效限制路堤侧向位移，通过学者专家的研究发现，桩承式加筋路堤在解决软土地区高速公路修建时仍存在以下缺点：1)路堤失稳或局部失稳现象仍然可能出现；2)路堤边坡侧向位移现象仍然明显；3)路堤沉降和不均匀沉降问题仍然显著；4)筋材对地基深层的侧向位移限制作用不大；5)筋材与土体的界面摩阻力有限，筋材的强度和刚度无法得到充分发挥；6)筋材张拉膜效应荷载传递能力有限。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术的目的在于提供了一种结构合理、施工方便以及可有效减小路堤的沉降的路堤结构及施工方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种路堤结构，包括持力层、软土地基以及铺设在软土地基上的路堤填土；所述路堤填土上表面设有路面防水层、两侧设置有护坡防水层；其特征在于：所述路堤结构还包括设置在软土地基与路堤填土之间并嵌入软土地基的减小路堤沉降结构；所述减小路堤沉降结构包括桩帽、防水土工布、混凝土密封沟、微生物改性加筋垫层、预埋钢筋、桩帽盖板以及由m行×n列钢筋混凝土薄壁管桩组成的混凝土桩组；所述桩帽置于钢筋混凝土薄壁管桩的顶部；所述钢筋混凝土薄壁管桩打穿软土地基并嵌入持力层中；所述桩帽的上表面固定设置有插入桩帽中的预埋钢筋；所述微生物改性加筋垫层通过预埋钢筋平铺固定在桩帽的上表面；所述桩帽盖板通过预埋钢筋与桩帽相连；所述微生物改性加筋垫层的顶部以及底部均铺设有防水土工布；所述路堤填土置于微生物改性加筋垫层顶部的防水土工布的上表面；所述防水土工布密封在混凝土密封沟的底部。作为优选，本专利技术所采用的微生物改性加筋垫层包括三向土工格栅笼、三向土工格栅、塑料扎带以及骨料混合料；所述三向土工格栅置于相邻三向土工格栅笼之间，并通过塑料扎带连接固定；所述骨料混合料填充在三向土工格栅笼以及三向土工格栅之间，并通过微生物方法固化；所述三向土工格栅笼通过预埋钢筋平铺固定在桩帽的顶部；所述微生物方法包括先连续喷淋1小时浓度为0.5M的尿素溶液；而后，连续喷淋6-8小时含0.5M的氯化钙的巴氏芽孢杆菌离心液；最后，连续喷淋14-20天含有尿素与氯化钙的胶结液；所述胶结液中尿素的终浓度与氯化钙的终浓度均是0.5M；所述巴氏芽孢杆菌离心液是将培养获得的巴氏芽孢杆菌液采用离心机离心后获得的细菌悬浮液，其中巴氏芽孢杆菌液的OD600大于1.0。作为优选，本专利技术所采用的三向土工格栅笼的截面整体呈矩形；所述三向土工格栅笼的高度是300-400mm；所述三向土工格栅笼的宽度与桩帽的宽度相同。作为优选，本专利技术所采用的三向土工格栅沿三向土工格栅笼的高度方向分层铺设3-4层，每层高度是100mm；每层三向土工格栅均通过塑料扎带与三向土工格栅笼相连；所述塑料扎带之间的间距不大于100mm。作为优选，本专利技术所采用的三向土工格栅与三向土工格栅笼均满足伸长率为0.5％时的抗拉强度不小于200kN/m的条件。作为优选，本专利技术所采用的骨料混合料是由纤维、中粗砂以及废旧轮胎骨料均匀混合而成；所述骨料混合料采用分层压实填筑；所述骨料混合料分层厚度为100mm，压实度控制为30％；所述骨料混合料中纤维长度为3-5mm，掺入质量占混合料质量的0.1％；所述骨料混合料中中粗砂粒径范围为0.5-2.0mm，掺入比例占混合料质量的90-95％；所述骨料混合料中废旧轮胎骨料由废旧橡胶轮胎经机械破碎成颗粒状，粒径范围为1.5-3.0mm。作为优选，本专利技术所采用的钢筋混凝土薄壁管桩的弹性模量是20-30GPa，所述钢筋混凝土薄壁管桩的桩体外径是500-600mm，所述钢筋混凝土薄壁管桩的壁厚是80-100mm，所述钢筋混凝土薄壁管桩的桩体按矩形布置，所述混凝土桩组相邻两个钢筋混凝土薄壁管桩之间的桩间距是2.0-3.0m；所述钢筋混凝土薄壁管桩所采用的混凝土强度等级不小于C60，所述钢筋混凝土薄壁管桩包括钢筋笼骨架；所述钢筋笼骨架包括钢筋笼纵筋以及缠绕在钢筋笼纵筋外周的箍筋；所述钢筋笼纵筋采用HRB400，所述钢筋笼纵筋的直径是18mm；所述箍筋采用HRB335，所述箍筋的直径是10mm。作为优选，本专利技术所采用的桩帽的截面呈正方形；所述桩帽的边长是800～1500mm；所述桩帽的厚度不小于250mm；所述桩帽采用混凝土强度等级不小于C30，所述钢筋混凝土薄壁管桩镶嵌于桩帽的下底面；所述钢筋混凝土薄壁管桩进入桩帽的长度不小于50mm；所述预埋钢筋插入桩帽的上表面；所述预埋钢筋埋入桩帽的长度不小于150mm；所述预埋钢筋的直径不小于8mm；所述预埋钢筋包括17根，其中，一根位于桩帽截面的中心，另外16根均布于桩帽截面的边缘且距桩帽边缘的距离不小于100mm；所述预埋钢筋在桩帽上表面裸露的部分的厚度不小于350mm。一种基于如上所述的路堤结构的施工方法，其特征在于：所述施工方法包括以下步骤：1)施工准备：包括测量放线，场地平整，设备进场，超挖微生物改性加筋垫层的厚度，确定钢筋混凝土薄壁管桩的桩位；2)钢筋混凝土薄壁管桩施工：包括桩基就位、沉管到位、下放钢筋笼、灌注混凝土至管顶、振动拔管、桩顶封闭以及检测质量；3)现浇钢筋混凝土桩帽：在钢筋混凝土薄壁管桩的桩顶支模，现浇钢筋混凝土桩帽，并在桩帽顶部预留17根钢筋头，其中一根位于桩帽中心，4根位于桩帽截面四角，距桩帽边缘不小于100mm，钢筋头所使用的钢筋直径不小于8mm；而后对现浇钢筋混凝土桩帽进行自然养护，采用篷布、塑料布进行覆盖，防止表面水分蒸发，钢筋混凝土桩帽达到75％强度后，在桩帽间填充路堤填土至桩帽顶部，并进行场地平整、桩帽顶面清洁等工作；4)微生物改性加筋垫层施工：在路堤底部铺设第一层防水土工布，并通过预埋钢筋固定在桩帽顶部；在相邻桩帽上铺设三向土工格栅笼，并通过预埋钢筋固定在桩帽顶部；在软土地基上方分别分层铺设三向土工格栅及骨料混合料，分层厚度为100mm，骨料混合料的压实度控制为30％，每层三向土工格栅铺设完成后，采用塑料扎带与三向土工格栅笼相固定；而后，对该加筋垫层进行微生物固化：先连续喷淋1小时浓度为0.5M的尿素溶液；而后，连续喷淋6-8小时含0.5M的氯化钙的巴氏芽孢杆菌离心液；最后，连续喷淋14-20天含有尿素与氯化钙的胶结液；所述胶结液中尿素的终浓度与氯化钙的终浓度均是0.5M；所述巴氏芽孢杆菌离心液是将培养获得的巴氏芽孢杆菌液采用离心机离心后获得的细菌悬浮液，其中巴氏芽孢杆菌液的OD600大于1.0；5)现浇混凝土桩帽盖板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种路堤结构，包括持力层（1）、软土地基（2）以及铺设在软土地基（2）上的路堤填土（12）；所述路堤填土（12）上表面设有路面防水层（11）、两侧设置有护坡防水层（13）；其特征在于：所述路堤结构还包括设置在软土地基（2）与路堤填土（12）之间并嵌入软土地基（2）的减小路堤沉降结构；所述减小路堤沉降结构包括桩帽（4）、防水土工布（5）、混凝土密封沟（14）、微生物改性加筋垫层（8）、预埋钢筋（9）、桩帽盖板（10）以及由m行×n列钢筋混凝土薄壁管桩（3）组成的混凝土桩组；所述桩帽（4）置于钢筋混凝土薄壁管桩（3）的顶部；所述钢筋混凝土薄壁管桩（3）打穿软土地基（2）并嵌入持力层（1）中；所述桩帽（4）的上表面固定设置有插入桩帽（4）中的预埋钢筋（9）；所述微生物改性加筋垫层（8）通过预埋钢筋（9）平铺固定在桩帽（4）的上表面；所述桩帽盖板（10）通过预埋钢筋（9）与桩帽（4）相连；所述微生物改性加筋垫层（8）的顶部以及底部均铺设有防水土工布（5）；所述路堤填土（12）置于微生物改性加筋垫层（8）顶部的防水土工布（5）的上表面；所述防水土工布（5）密封在混凝土密封沟（14）的底部。

【技术特征摘要】
1.一种路堤结构，包括持力层（1）、软土地基（2）以及铺设在软土地基（2）上的路堤填土（12）；所述路堤填土（12）上表面设有路面防水层（11）、两侧设置有护坡防水层（13）；其特征在于：所述路堤结构还包括设置在软土地基（2）与路堤填土（12）之间并嵌入软土地基（2）的减小路堤沉降结构；所述减小路堤沉降结构包括桩帽（4）、防水土工布（5）、混凝土密封沟（14）、微生物改性加筋垫层（8）、预埋钢筋（9）、桩帽盖板（10）以及由m行×n列钢筋混凝土薄壁管桩（3）组成的混凝土桩组；所述桩帽（4）置于钢筋混凝土薄壁管桩（3）的顶部；所述钢筋混凝土薄壁管桩（3）打穿软土地基（2）并嵌入持力层（1）中；所述桩帽（4）的上表面固定设置有插入桩帽（4）中的预埋钢筋（9）；所述微生物改性加筋垫层（8）通过预埋钢筋（9）平铺固定在桩帽（4）的上表面；所述桩帽盖板（10）通过预埋钢筋（9）与桩帽（4）相连；所述微生物改性加筋垫层（8）的顶部以及底部均铺设有防水土工布（5）；所述路堤填土（12）置于微生物改性加筋垫层（8）顶部的防水土工布（5）的上表面；所述防水土工布（5）密封在混凝土密封沟（14）的底部。2.根据权利要求1所述的路堤结构，其特征在于：所述微生物改性加筋垫层（8）包括三向土工格栅笼（6）、三向土工格栅（7）、塑料扎带（16）以及骨料混合料（15）；所述三向土工格栅（7）置于相邻三向土工格栅笼（6）之间，并通过塑料扎带（16）连接固定；所述骨料混合料（15）填充在三向土工格栅笼（6）以及三向土工格栅（7）之间，并通过微生物方法固化；所述三向土工格栅笼（6）通过预埋钢筋（9）平铺固定在桩帽（4）的顶部；所述微生物方法包括先连续喷淋1小时浓度为0.5M的尿素溶液；而后，连续喷淋6-8小时含0.5M的氯化钙的巴氏芽孢杆菌离心液；最后，连续喷淋14-20天含有尿素与氯化钙的胶结液；所述胶结液中尿素的终浓度与氯化钙的终浓度均是0.5M；所述巴氏芽孢杆菌离心液是将培养获得的巴氏芽孢杆菌液采用离心机离心后获得的细菌悬浮液，其中巴氏芽孢杆菌液的OD600大于1.0。3.根据权利要求2所述的路堤结构，其特征在于：所述三向土工格栅笼（6）的截面整体呈矩形；所述三向土工格栅笼（6）的高度是300-400mm；所述三向土工格栅笼（6）的宽度与桩帽（4）的宽度相同。4.根据权利要求3所述的路堤结构，其特征在于：所述三向土工格栅（7）沿三向土工格栅笼（6）的高度方向分层铺设3-4层，每层高度是100mm；每层三向土工格栅（7）均通过塑料扎带（16）与三向土工格栅笼（6）相连；所述塑料扎带（16）之间的间距不大于100mm。5.根据权利要求4所述的路堤结构，其特征在于：所述三向土工格栅（7）与三向土工格栅笼（6）均满足伸长率为0.5%时的抗拉强度不小于200kN/m的条件。6.根据权利要求5所述的路堤结构，其特征在于：所述骨料混合料（15）是由纤维、中粗砂以及废旧轮胎骨料均匀混合而成；所述骨料混合料（15）采用分层压实填筑；所述骨料混合料（15）分层厚度为100mm，压实度控制为30%；所述骨料混合料（15）中纤维长度为3-5mm，掺入质量占混合料质量的0.1%；所述骨料混合料（15）中中粗砂粒径范围为0.5-2.0mm，掺入比例占混合料质量的90-95%；所述骨料混合料（15）中废旧轮胎骨料由废旧橡胶轮胎经机械破碎成颗粒状，粒径范围为1.5-3.0mm。7.根据权利要求1-6任一所述的路堤结构，其特征在于：所述钢筋混凝土薄壁管桩（3）的弹性模量是20-30GPa，所述钢筋混凝土薄壁管桩（3）的桩体外径是500-600mm，所述钢筋混凝土薄壁管桩（3）的壁厚是80-100mm，所述钢筋混凝土薄壁管桩（3）的桩体按矩形布置，所述混凝土桩组相邻两个钢筋混凝土薄壁管桩（3）之间的桩间距是2.0-3.0m；所述钢筋混凝土薄壁管桩（3）所采用的混凝土强度等级不小于C60，所述钢筋混凝土薄壁管...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖汉江，郑俊杰，崔明娟，章荣军，曾晨，刘辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42