一种综合生态路基系统及施工方法
技术领域
本发明涉及一种生态路基系统,特别涉及一种综合生态路基系统及施工方法结构,属于路基工程领域。
背景技术
现如今大量的基础设施建设开始出现于人们的视野之中。公路建设的迅速发展在促进社会经济发展的同时也给环境带来了一些不利影响加植被破坏、噪声污染以及空气污染,尤其在河道边坡公路建设的整体过程中,公路环境问题已成为了其良好运行发展的首要问题,基于环保理念下的生态环保型路基施工问题已越发引人关注,对基于环保理念的生态路基进行深入的分析研究具有重要的意义。
传统的岸坡防护技术主要以水泥、钢筋等高耗能产品为材料进行岸坡治理,防护效果立竿见影,但是这种硬质防护技术封闭僵硬,切断了岸坡土体、植物与生物之间的有机联系,破坏了岸坡及河流的生态系统。故将路基设计与其周边的环境保护进行科学完美的有效结合,才可真正实现公路施工与建设的优良发展实现生态公路的建设目的。对基于环保理念的生态路基设计施工进行深入的分析研究对于促进公路建设的良好发展而言,具有重要的作用和意义。
鉴于此,为了将河道边坡公路路基与周围环境设计统一一起,亟待发明一种简单有效的综合性生态路基系统,在对原有环境的保护基础上采取一种科学的设计理念对路基进行科学设计。因地制宜,就地取材,充分调查项目区域内可用的筑路材料,降低造价。
发明内容
本发明的目的在于改善传统高岸坡防护破坏岸坡生态系统的不足,对河道路基进行科学设计,因地制宜,就地取材,充分调查项目区域内可用的筑路材料,降低造价,具有较好的技术经济效益。
一种综合生态路基系统,其特征在于,所述综合生态路基系统主要由管桩(42)、散体材料(13)、透水混凝土承载板(4)、碎石或清宕渣垫层(5)、边沟(12)、土工格栅(8)、生态袋(10)、连接扣(11)、植物(43)、沥青混凝土面层(9)组成;土层中设有管桩(42),管桩(42)为加筋水泥搅拌桩(25)或预应力管桩(31),桩侧挂有散体材料(13),桩顶土层上设有透水混凝土承载板(4),透水混凝土承载板(4)上部铺有碎石或清宕渣垫层(5);路堤临水边坡(44)底部设有边沟(12),路堤临水边坡(44)自上而下叠放生态袋(10),植物(43)种于生态袋(10)上。
进一步地,加筋水泥搅拌桩(25)底部为定型化钢板桩尖(24),桩体内部置有加筋体(23),加筋水泥搅拌桩(25)外侧设有一带孔塑料套管(26),塑料套管(26)内置散体材料(13)。
定型化钢板桩尖(24)的横截面为倒梯形,上部焊接有L型定位连接板(28),加筋体(23)与L型定位连接板(28)焊接,同时定型化钢板桩尖(24)设有四个压杆限位槽(27);压杆(14)下部铰接四个枝干(16),枝干(16)的位置与钢板桩尖(24)的四个压杆限位槽(27)相对应。
预应力管桩(31)由散体材料(13)、外沉管(33)、限位搁板(32)、预埋钢箍(30)组成,在预应力管桩(31)上部设有与限位搁板(32)焊接的预埋钢箍(30),外沉管(38)置于限位搁板(32)之上,外沉管(33)与预应力管桩(31)之间挂有散体材料(13)。
生态袋(10)之间用连接扣(11)固定,生态袋(10)纵向设有排水管(29),排水管(29)间距2m,呈梅花型布置;路堤上基层(7)、下基层(6)每隔三层生态袋(10)铺有土工格栅(8),并反包于生态袋(10)上。
本发明还提供上述综合生态路基系统及施工方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)管桩施工:管桩为加筋水泥搅拌桩(25)或预应力管桩(31):
加筋水泥搅拌桩(25)施工:桩机就位,保证桩基导向架与地面的垂直度,在传统水泥土桩的施工设备基础上外带夹具夹住压杆(14),先将加筋体(23)与L型定位钢板(28)焊接,随后将压杆与定型化钢板桩尖(24)的压杆限位槽充分接触,随后启动电机,使搅拌机沿导向架边搅拌边切割土体下沉喷浆;同时压杆(14)将定型化钢板桩尖(24)与加筋体(23)下压到土层中,待下压到指定标高后提起压杆,重复搅拌喷浆如此反复,将软土和水泥浆搅拌均匀,随即在外桩体侧下沉一带孔塑料套管(26),内置散体材料(13);
预应力管桩(31)施工:桩机就位,保证桩基导向架与地面的垂直度,随后将限位搁板(32)与预应力管桩(31)上的预埋钢箍(30)焊接,再起吊预应力管桩(31),使桩尖垂直对准桩位中心,缓缓插入土中,然后再启动压桩油缸,把桩徐徐压下,带下压到指定标高后移开桩机,在桩孔中放置一外沉管(33),外沉管(33)与预应力管桩(31)之间挂有散体材料(13);
(2)垫层施工:管桩部分施工完后先浇筑一层透水混凝土承载板(4),随后铺设一层碎石或清宕渣垫层(5);
(3)布置可回收式测斜系统:将立杆(22)与下端板(19)焊接,多点位移计(18)黏贴于立杆(22)之上确认测斜点位置,随后钻孔,将可回收式测斜系统放入孔中,并进行灌沙填充,再盖上上端板(17);
(4)布置可回收式沉降管(45):底板(37)中心垂直焊接首节测杆(38)组成初始沉降板,沉降板埋设前,预先在土坑内铺设厚度为40mm的黄沙,并垫平压实,将沉降板平放在坑内后,四周用黄砂填实并校正水平,再回填土整平压实;首节测杆(38)嵌入空心连接套(36)下部空心槽,连接固定后再进一步焊接连接;第二节测杆(40)安装前,在侧翼钢板(39)表面预先涂抹固体金属防锈材料,并在空心连接套上部空心槽内添加润滑剂,然后再将侧翼钢板(39)对齐空心连接套(36)上部空心槽,嵌入并旋转固定;
第二节测杆(40)安装完成后,继续回填土料,先将底板(37)周围填料压实,以保护底板(37);首节保护套管内壁距离上端口50mm处均匀焊接4根短钢筋(34),埋设前,管身用土工布缠绕包裹,首节保护套管通过周围填料压实固定后,于上端口放入限位环(41);限位环(41)为双圆环结构,两圆环通过直径为2mm的钢丝绑扎并焊接连接;
剩余测杆及保护套管随填筑提升加高,并且测杆与测杆及保护套管与保护套管之间都采用焊接连接;
(5)加筋土工格栅(8)施工:碎石或清宕渣垫层(5)处开始铺设土工格栅(8),第一层格栅铺设完毕后用预留一部分长度并U型钉固定,填土,碾压;
(6)生态袋(10)堆砌:在路堤临水边坡(44)底端开始放置生态袋(10),并紧贴回填土,垒至一层填土高度,生态袋(10)之间用连接扣(11)牢固连接;
(7)布置排水管(29):在边沟(12)端设置排水管(29),一端埋于生态袋(10)之下,排水管(29)两端用反滤土工布包裹,并设置向外坡度,呈梅花状布置,间距2m;
(8)加筋土工格栅(8)反包:生态袋(10)堆砌完毕后把伸出路基那部分土工格栅(8)在生态袋(10)一端反折起来固定到该层层面上,再铺设一层土工格栅(8),随后每填一层土压实后堆砌生态袋(10)并反包直至路堤上基层(7)设计标高。
进一步地,步骤(1)所述的定型化钢板桩尖(24)的横截面为倒梯形,上部焊接有L型定位连接板(28),加筋体(23)与L型定位连接板(28)焊接,同时定型化钢板桩尖(24)设有四个压杆限位槽(27);压杆(14)下部铰接四个枝干(16),枝干(16)的位置与钢板桩尖(24)的四个压杆限位槽(27)相对应。
步骤(3)所述可回收式测斜系统由上端板(17)、下端板(19)、多点位移计(18)、立杆(22)组成,多点位移计(18)外侧设有多点位移计保护层(21),可回收式测斜系统内部采用灌沙填充(20)。
步骤(4)所述可回收式沉降管(45)包括保护套管(35)、测杆、空心连接套(36)和底板(37),首节测杆(38)与底板(37)垂直焊接,首节测杆(38)与第二节测杆(40)通过空心连接套(36)连接;首节测杆(38)顶端嵌入空心连接套(36)底部并焊接连接,第二节测杆(40)底端焊接侧翼钢板(39),嵌入空心连接套(36)后并旋转测杆竖向固定,剩余测杆与测杆之间通过焊接连接;首节保护套管(35)内壁均匀焊接短钢筋(34),并在上面布设限位环(41),保护套管(35)埋设前外表面包裹土工布,保护套管(35)之间采用焊接连接。侧翼钢板(39)为四边形结构,三边为直角边,一边为圆弧边,圆弧边与金属测杆外壁垂直焊接连接,侧翼钢板(39)厚度与空心连接套(36)上部空心槽底槽深度相等。空心连接套(36)设置上下两部分空心槽,上部空心槽为类十字形结构,中心为圆柱形实体,圆柱形实体直径与测杆内径相同;下部空心槽为环形结构,槽宽与金属测杆壁厚相同。限位环(41)为双圆环结构,圆环之间采用钢筋焊接连接,限位环(41)布设在保护套管(35)内壁短钢筋(34)上,并且限位环(41)外环与保护套管(35)内壁焊接。第二节测杆(40)的侧翼钢板(39)表面预先涂抹固体金属防锈材料,并在空心连接套(36)内部添加润滑剂,再将两者连接,旋转固定。
步骤(6)所述的连接扣(11)为三角内磨擦紧锁结构。可将单个生态袋联结成整体结构,整体受力,具有较好的稳定性
通过采用上述技术,与现有技术相比,本发明具有以下的特点和有益效果:
(1)在河道边坡上采用生态袋护坡,即将路基设计与其周边的环境保护进行科学完美的有效结合,可真正实现公路施工与建设的优良发展实现生态公路的建设目的。
(2)路基下部管桩可为加筋水泥搅拌桩,也可为预应力管桩,可实现施工多样化。
(3)路基采用加筋结构,并在生态袋外侧反包,有利于提高路基的承载力。
(4)管桩施工时采用可回收式测斜系统和可回收式沉降管,实现了资源的回收利用,有利于降低造价。
附图说明
图1是本发明综合生态路基系统及施工方法结构示意图;
图2是本发明加筋水泥搅拌桩结构图;
图3是本发明定型化钢板桩尖立体图;
图4是本发明压杆结构示意图;
图5是本发明预应力管桩示意图;
图6是本发明可回收式测斜系统示意图;
图7是本发明可回收式沉降管示意图;
图8是本发明第二节测杆俯视图;
图9是本发明空心连接套俯视图;
图10是本发明空心连接套剖面图;
图11是本发明施工过程图。
其中:1.相对持力层2.软土层3.相对硬壳层4.透水混凝土承载板5.碎石(清宕渣)垫层6.下基层7.上基层8.土工格栅9.沥青混凝土面层10.生态袋11.连接扣12.边沟13.散体材料14.压杆15.铰接节点16.枝干17.上端板18.多点位移计19.下端板20.灌沙填充21.多点位移计保护层22.立杆23.加筋体24.定型化钢板桩尖25.加筋水泥搅拌桩26.带孔塑料套管27.压杆限位槽28.L型定位连接板29.排水管30.预埋钢箍31.预应力管桩32.限位搁板33.外沉管34.短钢筋35.保护套管36.空心连接套37.底板38.首节测杆39.侧翼钢板40.第二节测杆41.限位环42.管桩43.植物44.路堤临水边坡45.可回收式沉降管。
具体实施方式
钢筋的焊接施工技术要求,生态袋的填充及施工技术要求,加筋水泥搅拌桩和预应力管桩的施工技术要求等,本发明不再累述,重点阐述本发明涉及的结构。
图1是本发明综合生态路基系统及施工方法结构示意图,图2是水泥搅拌桩桩尖结构图,参照图1所示的综合生态路基系统及施工方法,由管桩42、散体材料13、透水混凝土承载板4、碎石或清宕渣垫层5、边沟12、土工格栅8、生态袋10、连接扣11、植物43、沥青混凝土面层9等组成。
路堤临水边坡44底部设有边沟,路堤临水边坡44自上而下堆砌生态袋10,生态袋10之间用连接扣11固定,生态袋10纵向设有排水管29,排水管采用PVC50型,管端用200g/m2反滤土工布包裹,向外坡度5%,呈梅花状布置,间距2m;阻水膜向外坡度为5%。;路堤上基层7、下基层6每隔三层生态袋10铺有土工格栅8,土工格栅8为双向土工格栅,经向和纬向断裂强力≥50kN/m。并反包于生态袋10上,生态袋10袋体质量152g/m2,尺寸110.0cm×50.0cm,纵向拉伸强度9.5kN/m,横向拉伸强度9kN/m,CBR顶破强度1900N,等效孔径为0.12mm,袋体充物根据填该工程坡岸土体选配,饱和度宜控制在72%~78%之间,连结扣11为三角内磨擦紧锁结构。
如图2~4所示,加筋水泥搅拌桩下部为定型化钢板桩尖24,定型化钢板桩尖24的横截面为倒梯形,上部焊接有L型定位连接板28,同时钢板桩尖24留有四个压杆限位槽27方便与压杆14充分接触。压杆14与枝干16为钢管,钢材强度为Q235,下部铰接四个枝干16,同时枝干16的位置与加筋水泥搅拌桩25留有四个压杆限位槽27相对应。加筋水泥搅拌桩25桩体内部置有加筋体23,钢筋强度为Q235,水泥搅拌桩25外侧下沉一带孔塑料套管26,孔径大于加筋水泥搅拌桩,内置散体材料13。
如图5所示,预应力管桩31上部预埋一预埋钢箍30方便与限位搁板32焊接,外沉管33置于限位搁板32之上,外沉管33与预应力管桩31之间挂有散体材料13。
如图6所示,管桩42施工时所用的可回收式测斜系统为筒状结构,由上端板17、下端板19、多点位移计18、立杆22组成,多点位移计18外侧设有多点位移计保护层21,保护层21为PVC管,可回收式测斜系统内部采用灌沙填充20。
如图7所示,可回收式沉降管可回收式沉降管45包括保护套管35、测杆、空心连接套36和底板37,首节测杆38与底板37垂直焊接,首节测杆38与第二节测杆40通过空心连接套36连接;首节测杆38顶端嵌入空心连接套36底部并焊接连接,第二节测杆40底端焊接侧翼钢板39,嵌入空心连接套36后并旋转测杆竖向固定,剩余测杆与测杆之间通过焊接连接;保护套管35内壁均匀焊接短钢筋34,并在上面布设限位环41,保护套管35埋设前外表面包裹土工布,保护套管35之间采用焊接连接。
其中,底板37采用强度等级为Q345,尺寸为400mm×400mm×10mm的A3钢板,底板37中心垂直焊接首节测杆38组成初始沉降板,沉降板埋设前,预先在土坑内铺设厚度为40mm的黄沙,并垫平压实,将沉降板平放在坑内后,四周用黄砂填实并校正水平,再回填土整平压实。
测杆采用等级强度为Q345的空心钢管制成,外直径为40mm,壁厚为5mm,每节长度为500mm;如图8所示,第二节测杆40底部均匀焊接4块侧翼钢板39,侧翼钢板39采用等级强度为Q345的钢板制成,侧边边长18mm,底边边长20mm,厚度为5mm。
空心连接套36如图9、图10所示,主体为直径70mm,高20mm的圆柱形结构,采用等级强度为Q345的钢板预制而成。空心连接套36设置上下两部分空心槽,下部空心槽为环形结构,槽深8mm,槽宽与测杆壁厚相同;上部空心槽为类十字形结构,槽深10mm,中心为直径30mm的圆柱形实体。
首节测杆38嵌入空心连接套36下部空心槽,连接固定后再进一步焊接连接;第二节测杆40安装前,在侧翼钢板39表面预先涂抹固体金属防锈材料,并在空心连接套上部空心槽内添加润滑剂,然后再将侧翼钢板39对齐空心连接套36上部空心槽,嵌入并旋转固定。
第二节测杆40安装完成后,继续回填土料,先将底板37周围填料压实,以保护底板37。保护套管35离底板300mm处开始埋设,保护套管35采用等级强度为Q345的空心钢管制成,内直径为75mm,每节长度为500mm;首节保护套管内壁距离上端口50mm处均匀焊接4根短钢筋34,短钢筋34采用强度等级为HRB335的螺纹钢制成,长度为4mm;埋设前,管身用土工布缠绕包裹,首节保护套管通过周围填料压实固定后,于上端口放入限位环41;限位环41为双圆环结构,采用强度等级为HPB300的光圆钢筋制成,大圆环直径为75mm,小圆环直径为40mm,两圆环通过直径为2mm的钢丝绑扎并焊接连接。
剩余测杆及保护套管随填筑提升加高,并且测杆与测杆及保护套管与保护套管之间都采用焊接连接。
如图11所示,本发明主要包括如下施工步骤:
(1)管桩42施工:本发明涉及的管桩2可以为加筋水泥搅拌桩25或预应力管桩31。
加筋水泥搅拌桩25施工:桩机就位,保证桩基导向架与地面的垂直度,同时在传统水泥土桩的施工设备基础上外带夹具夹住压杆14,先将加筋体23与L型定位钢板28焊接,随后将压杆与定型化钢板桩尖24的压杆槽充分接触,随后启动电机,使搅拌机沿导向架边搅拌边切割土体下沉喷浆;同时压杆14将型化钢板桩尖24与加筋体23下压到土层中,待下压到指定标高后提起压杆,重复搅拌喷浆如此反复几次,将软土和水泥浆搅拌均匀。随即在外桩体侧下沉一带孔塑料套管26,内置散体材料13。
预应力管桩31:桩机就位,保证桩基导向架与地面的垂直度,随后将限位搁板32与预应力管桩31上的预埋钢箍30焊接,再起吊预应力管桩31,使桩尖垂直对准桩位中心,缓缓插入土中,然后再启动压桩油缸,把桩徐徐压下,带下压到指定标高后移开桩机,在桩孔中放置一外沉管33,外沉管33与预应力管桩31之间挂有散体材料13。
(2)垫层施工:管桩部分施工完后先浇筑一层透水混凝土承载板4,随后铺设一层碎石(清宕渣)垫层5。
(3)布置可回收式测斜系统:将立杆22与下端板19焊接,多点位移计18黏贴于立杆22之上确认测斜点位置,随后钻孔,将可回收式测斜系统放入孔中,并进行灌沙填充20,再盖上上端板17。
(4)布置可回收式沉降管45:底板37中心垂直焊接首节测杆38组成初始沉降板,沉降板埋设前,预先在土坑内铺设厚度为40mm的黄沙,并垫平压实,将沉降板平放在坑内后,四周用黄砂填实并校正水平,再回填土整平压实。首节测杆38嵌入空心连接套36下部空心槽,连接固定后再进一步焊接连接;第二节测杆40安装前,在侧翼钢板39表面预先涂抹固体金属防锈材料,并在空心连接套上部空心槽内添加润滑剂,然后再将侧翼钢板39对齐空心连接套36上部空心槽,嵌入并旋转固定。
第二节测杆40安装完成后,继续回填土料,先将底板37周围填料压实,以保护底板37。首节保护套管内壁距离上端口50mm处均匀焊接4根短钢筋34,埋设前,管身用土工布缠绕包裹,首节保护套管通过周围填料压实固定后,于上端口放入限位环41;限位环41为双圆环结构,两圆环通过直径为2mm的钢丝绑扎并焊接连接。
剩余测杆及保护套管随填筑提升加高,并且测杆与测杆及保护套管与保护套管之间都采用焊接连接。
(5)加筋土工格栅8施工:碎石(清宕渣)垫层5处开始铺设该工格栅8,,第一层格栅铺设完毕后用预留一部分长度并U型钉固定,填土,碾压。
(6)生态袋10堆砌:在路堤临水边坡44底端开始放置生态袋10,并紧贴回填土,垒至一层填土高度,生态袋10之间用连接扣牢固连接。
(7)布置排水管29:在边沟12端设置排水管29,一端埋于生态袋10之下,排水管29两端用反滤土工布包裹,并设置向外坡度,呈梅花状布置,间距2m。
(8)加筋土工格栅8反包:生态袋10堆砌完毕后把伸出路基那部分土工格栅8在生态袋10一端反折起来固定到该层层面上,再铺设一层土工格栅8,随后每填一层土压实后堆砌生态袋10并反包直至路堤上基层7设计标高。