CN109736156A - 一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构及施工方法，本发明的钢锚管具备快速施工以及低成本建造的的优点，关键是依托其深锚于地下的优越锚固性能可以为护栏及声屏障提供较大的水平抗力，保证上部结构的长期安全使用；同时钢锚管的加固处理作用可提高路基边坡的稳定性。本发明包括的材料准备及制作、测放钢锚管桩位、引孔击入钢管、制备注浆液及工序、第一次注浆、预埋竖向筋和封浆片安装等施工方法技术成熟，工序合理，和路基和路面施工同时开展，具备快速施工的特点。对于安装设有护栏及声屏障的公路而言具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及公路附属结构和基础工程领域，特别是一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构及施工方法。
背景技术
公路作为国民经济发展和人民群众出行最为重要而不可替代的基础设施，发挥着其重要作用。在高速公路的建设中，为了减小交通事故的发生，特别是对行车方向失灵的车辆提供安全缓冲防线，各类防护设施不断完善，比如防撞护栏；与此同时，在穿越重要人居环境、密集型住宅区以及对声噪具有特殊要求的特定区，通常需要对公路进行声噪控制，一般可采用在线路两侧埋设安置一定高度的声屏障实现。护栏及声屏障在安装时具有一些主要工程特征，比如二者的基础结构应易与上部结构方便联结，基础结构的耐久性较好，应在公路安全使用有效年限内保证不失效，其中护栏还对基础结构的抗水平冲击性能具有严格要求。然而上述两种公路附属结构(物)在埋设时，通常采用各自独立式的基础结构，这种建设方式在浪费建筑材料的同时，不可避免的提高了工程造价，因而设计提出护栏及声屏障共用的基础结构对公路建设而言具有较大的经济效益。
本发明旨在解决公路护栏及声屏障基础结构的一体化设计问题，对传统的基础结构进行优化，考虑各类公路路基特点，利用钢锚管的快速建造技术以及优越承载性能，提出一种以钢锚管为主要锚固受力结构的公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构及施工方法。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构及施工方法。
本发明采用的技术方案为一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构，该基础结构由钢管1、锥形导头2、锚固筑体3、封浆片4、预埋竖向筋5、菱形箍筋6、水平拉筋7和悬挑传力板8组成。钢管1、锥形导头2、锚固筑体3和封浆片4共同组成钢锚管9，其中钢管1为主体，全部置于地基土体内；沿竖直方向上，锥形导头2位于钢管1的下端头，锚固筑体3分布于钢管1的内外两侧，封浆片4位于钢管1的上端头。预埋竖向筋5一端伸入钢锚管9一定深度，一端穿过悬挑传力板8而伸出地面，其余预埋竖向筋5部分均包裹于路面混凝土加厚层10或路面混凝土条形基础11中。菱形箍筋6和水平拉筋7位于路面混凝土加厚层10或路面混凝土条形基础11中，菱形箍筋6焊接于平行于路线走向对称两面的预埋竖向筋5，水平拉筋7焊接在垂直于路线走向对称两面的预埋竖向筋5。悬挑传力板8与路面平行，走向垂直于路线方向，悬挑传力板8的左侧板面通过预钻孔洞与预埋竖向筋5接触联系，悬挑传力板8的右侧板面伸出路面边缘而悬挑。
钢管(1)截面为圆形，外直径为8～10cm、壁厚不少于3mm，长度为3～5m，四周钻有直径为10～15mm喷浆圆孔(14)，喷浆圆孔(14)为梅花形布置，孔间距20～30cm。锥形导头(2)铅锤长度10～15cm、后端圆形面直径同钢管(1)外截面直径，并通过焊接方式与钢管(1)前端头联结。封浆片(4)直径与钢管(1)内直径相同，厚度不少于5mm，封浆片(4)上钻有预埋竖向筋穿孔(15)以及注浆管口孔(16)，其中预埋竖向筋穿孔(15)直径与预埋竖向筋(5)直径相匹配，预埋竖向筋穿孔(15)与预埋竖向筋(5)间的孔隙采用焊接方式处理；注浆管口孔(16)直径与所选用的注浆管直径匹配，注浆管与注浆管口孔(16)接触位置存在预套于注浆管上的橡胶垫圈，用来堵塞注浆管口孔(16)与注浆管外皮间的孔隙。锚固筑体(3)分布于钢管(1)内外侧。
预埋竖向筋(5)一端伸入钢锚管(9)，一端穿过悬挑传力版(8)而伸出地面，其余部分均包裹于路面混凝土加厚层(10)或路面混凝土条形基础(11)中。预埋竖向筋(5)为螺纹钢筋，伸出地面一端做有螺栓拉丝，直径大于18mm。预埋竖向筋(5)伸入钢锚管(9)的长度Lym为100～120cm，包裹于路面混凝土加厚层(10)或路面混凝土条形基础(11)中的长度Lbg为40～60cm，伸出地面长度Lwl为5～10cm。
菱形箍筋(6)焊接于平行于路线走向对称两面的预埋竖向筋(5)，水平拉筋(7)焊接在垂直于路线走向对称两面的预埋竖向筋(5)，从而通过菱形箍筋(6)和水平拉筋(7)将所有预埋竖向筋(5)联结。其中菱形箍筋(6)、水平拉筋(7)及预埋竖向筋(5)三者拉结或联结的方式均为焊接。一个菱形箍筋(6)由四根单筋组成。菱形箍筋(6)和水平拉筋(7)为螺纹钢筋，二者直径均大于10mm。
悬挑传力版(8)与路面平行，悬挑传力版(8)左副侧板面通过钢筋孔洞(18)与预埋竖向筋(5)接触联系，悬挑传力版(8)右副侧板面伸出路面边缘而悬挑。
悬挑传力版(8)左副侧板上钻有六个与下方六个预埋竖向筋(5)布置位置一致的钢筋孔洞(18)，预埋竖向筋(5)穿过悬挑传力版(8)钢筋孔洞(18)，伸出地面的预埋竖向筋(5)螺栓拉丝可直接和护栏支架连接件(12)进行螺栓锚固；悬挑传力版(8)右副侧板钻有六个用于上部声屏障支架连接件(13)与悬挑传力版(8)连接锚固的螺栓孔位(17)，以此实现了地下结构、悬挑传力版(8)和上部护栏、声屏障结构的相连。
一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构的施工方法，其步骤为：
(1)材料准备及制作：按照结构方案和要求，采置各类材料，并进行材料加工制作。①钢管1制作技术要求：钢管1材质为热轧无缝钢管，截面为圆形，外直径为8～10cm、壁厚不少于3mm，长度为3～5m，在工厂通过专用钢管钻孔机在钢管1管面钻设梅花形布置的直径为10～15mm喷浆圆孔14，孔间距20～30cm，孔外用弹性较好的橡胶带包裹。锥形导头2铅垂长度10～15cm、后端圆形面直径同钢管1外截面直径，并通过焊接方式与钢管1下端头联结；②封浆片4制作技术要求：封浆片4直径与钢管1内直径相同，厚度不少于5mm，在封浆片4上通过开孔设备按照设计尺寸及位置开设预埋竖向筋穿孔15以及注浆管口孔16，孔位圆心与封浆片4截面圆心重合，其中预埋竖向筋穿孔15直径与预埋竖向筋5直径相匹配，以便于其穿过。注浆管口孔16直径与所选用的注浆管直径匹配，其中注浆管直径取20～30mm；③钢筋件制作技术要求：预埋竖向筋5为螺纹钢筋，伸出地面一端通过钢筋拉丝机进行螺栓拉丝，预埋竖向筋5直径大于18mm，其中预埋竖向筋5的下料长度L根据公式(1)计算。菱形箍筋6和水平拉筋7为螺纹钢筋，二者直径均大于10mm，菱形箍筋6由四条单根螺纹钢筋组成，其中单根螺纹钢筋下料长度S根据公式(2)计算；④悬挑传力板8制作技术要求：悬挑传力板8材质为Q345低合金高强度钢，悬挑传力板8平行于路线走向的方向上的宽度B根据公式(3)计算，垂直于路线走向的方向上的宽度C根据公式(4)计算，在悬挑传力板8左副侧板上开钻六个钢筋孔洞18，其位置根据预埋竖向筋5布置位置确定；右副侧板悬挑段开钻六个螺栓孔位17，用于上部声屏障支架连接件13与悬挑传力板8之间的连接锚固。
(2)测放钢锚管9桩位：待路基施工养护完成，路面铺设施工开始之前，按护栏和声屏障支架安装设计位置通过全站仪进行钢锚管9基础管位施放，一个局部单元护栏及声屏障共用一体钢锚管基础结构包括六个钢锚管9。钢锚管9呈矩形分布布置，在平行于路线走向的方向上布置两列，每列各三个，三个钢锚管9的管心距D0为30～45cm；在垂直于路线走向的方向上布置两排，每排各两个，两个钢锚管9的管心距D1为60～100cm。
(3)引孔：钢管1成孔选用钻机进行引孔，孔径为10cm，孔深按设计要求再加长50cm；钻孔偏斜尺寸不大于总长度的1％。
(4)击入钢管1：将制作完成的钢管1，检查无误后，组装沿引孔位置击入路基中。
(5)制备注浆液及工序：①配制M30水泥砂浆；②配制水玻璃浓度为35波美度、水玻璃模数为2.4的水玻璃溶液，水灰比为0.45的水泥浆液，采用制浆机分别进行浆液制备，并按水泥浆液：水玻璃溶液1:0.5～1:0.6的体积比进行混合搅拌制备得双液；③配制M30水泥砂浆。
(6)第一次注浆：采用注浆泵进行注浆，注浆压力控制在0.2～0.5MPa左右，出现压力急剧上升或注浆管剧烈抖动时应立即停止注浆，并迅速打开回浆阀门，避免漏浆、爆管。钢管1采用二次注浆形式。钢管1入孔后进行第一次注浆，第一次注浆采用M30水泥砂浆，注浆压力控制在0.2～0.5MPa左右，M30水泥砂浆通过注浆管从孔底自下而上反向注浆，将孔底残留的碎渣压出孔外，当孔口留出混合注浆液10～15秒后，可停止注浆。注浆完成后，立即进行封孔处理，封孔方法为：将钢管1外壁周围约0.5m深的土层进行清理，清理半径约比钢管1管径大10cm，清理好后，先用水泥袋或棉纱围着钢管1填塞至孔口以下1m左右，并用钢钎沿钢管1面插捣密实。然后将配置好的双液倒入孔内0.5～1m深，经1～2分钟后，双液凝固，上部再用M30水泥砂浆封孔。
(7)预埋竖向筋5和封浆片4安装：待第一次注浆完成后，将封浆片4安装于钢管1孔口处，两者之间采用焊接方式，焊缝应饱满无缝。将预埋竖向筋5穿过已安装好的封浆片4的预埋竖向筋穿孔15，下放至设计位置，既预埋竖向筋5伸入钢管1深度为Lym，并采取焊接的方式对预埋竖向筋穿孔15与预埋竖向筋5间的孔隙采用填充联结处理，焊接过程中保证预埋竖向筋5的铅垂度复合要求。在注浆管上预套一个橡胶垫圈，将注浆管通过封浆片4的注浆管口孔16，并伸入钢管1内20～40cm，遂将橡胶垫圈拧移至注浆管与注浆管口孔16的接触位置，堵塞注浆管口孔16与注浆管外皮间的孔隙，使其密封。
(8)第二次注浆：当第一次注浆后约4～5小时后以及预埋竖向筋5和封浆片4安装完成进行第二次注浆，第二次注浆劈裂压力为1.5MPa～2MPa。M30水泥砂浆配制完成后，先检查封浆片4与钢管1接触处、预埋竖向筋穿孔15及注浆管口孔16的密封情况，无误后连接高压注浆设备，打开排气阀。第二次注浆时将孔底的水或水泥浆液压出来，至孔口钢管1外围返出正常水泥浆液时，停止注浆。经两次注浆后形成锚固筑体3，并分布于钢管1内外侧，其中钢管1内侧锚固筑体3为水泥筑体，而钢管1外侧锚固筑体3为水泥-桩周土复合筑体，水泥-桩周土复合筑体厚度大于30cm，锚固筑体3由穿入钢管1的注浆管向钢管1内高压注浆而得，注浆液首先填充钢管1内侧，待内侧充满后通过喷浆圆孔14高压射入钢管1外侧土体，与外侧土体共同形成一定强度的水泥-桩周土复合筑体，进而由此实现钢锚管9。第二次注浆完成后，立即用清水冲洗注浆管，以防管内沉浆凝固，保证管路畅通。
(9)菱形箍筋6和水平拉筋7绑扎：注浆完成后，根据菱形箍筋6和水平拉筋7的设计位置进行与预埋竖向筋5的焊接联结。其中菱形箍筋6焊接于平行于路线走向对称两面的预埋竖向筋5，菱形箍筋6中的单根螺纹钢筋一端焊接于平行于路线走向对称两面的两侧预埋竖向筋5上，高度位置具体为两根侧边预埋竖向筋5位于路面混凝土加厚层10或路面混凝土条形基础11中部分长度Lbg的1/2处，另一端焊接于平行于路线走向对称两面的中间预埋竖向筋5上，高度位置具体为单根螺纹钢筋的端头面与中间预埋竖向筋5的轴线重合接触处。水平拉筋7焊接在垂直于路线走向对称两面的预埋竖向筋5，水平拉筋7两端的焊接位置为过上述菱形箍筋6中单根螺纹钢筋与中间预埋竖向筋5的焊接位置的水平线与垂直于路线走向对称两面的预埋竖向筋5垂直相交处。焊接焊缝应饱满、表面平整，焊缝厚度、宽度均满足规范要求，其中焊缝厚度不小于0.3d，焊缝宽度不小于0.8d。
(10)混凝土施工：本发明考虑了不同路面材料的公路类型，可分为混凝土路面和非混凝土路面。对于混凝土路面而言，在第(9)步完成以后，支设路面混凝土加厚层10的加厚部分模板，将路面混凝土加厚层10与全公路混凝土路面铺装一起进行，形成一体浇筑混凝土体。对于非混凝土路面而言，在路面铺装之前，先行支设路面混凝土条形基础11的模板进行混凝土浇筑，其中在路面混凝土条形基础11临路一侧埋设连接钢筋，作为后续非混凝土路面铺装时路面混凝土条形基础11与全路面非混凝土材料结合相连的植筋。
(11)悬挑传力板8安装：第(10)步混凝土养护完成后安装悬挑传力板8。具体将预埋竖向筋5穿过悬挑传力板8的钢筋孔洞18，使伸出地面预埋竖向筋5的螺栓拉丝和上部护栏支架连接件12进行螺栓锚固，上部声屏障支架连接件13与悬挑传力板8右副侧板部分通过螺栓孔位17进行连接锚固，至此实现了地下结构基础、悬挑传力板8和上部护栏、声屏障结构支架的相连固定。本发明一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构得以实现。
本发明的有益效果是：一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构及施工方法，针对公路附属结构物护栏及声屏障基础结构的工程应用现状，提出了一种快速施工、高效利用以及结构可靠的公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构及施工方法。①本发明的钢锚管，具备快速施工以及低成本建造的的优点，关键是依托其深锚于地下的优越锚固性能可以为护栏及声屏障提供较大的水平抗力，保证上部结构的长期安全使用；②钢锚管对于路基边缘的地基土体具有加固处理作用，对于提高路基的稳定性而言也具有重要意义，可以实现路基加固及附属结构物基础综合利用的目的；③预埋竖向筋等采用预埋方式，方便公路施工；④本发明利用混凝土路面作为本基础结构的一部分，考虑了混凝土路面的有效利用；⑤本发明的施工方法技术成熟，工序安排合理，不影响干扰路基和路面的正常施工且具备和二者一起施工的优点，具备快速施工的特点。综合而言，本发明对于安装护栏及声屏障的公路而言具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构(路面材料为混凝土)垂直于路线方向剖面图。
图2为一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构(路面材料为非混凝土)垂直于路线方向剖面图。
图3为一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构平行于路线方向剖面图。
图4为钢锚管剖面图。
图5为钢锚管截面图。
图6为封浆片剖面图。
图7为悬挑传力板剖面图。
图8为一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构的效果图。
附图标记及对应名称为：1、钢管，2、锥形导头，3、锚固筑体，4、封浆片，5、预埋竖向筋，6、菱形箍筋，7、水平拉筋，8、悬挑传力板，9、钢锚管，10、路面混凝土加厚层，11、路面混凝土条形基础，12、护栏支架连接件，13、声屏障支架连接件，14、喷浆圆孔，15、预埋竖向筋穿孔，16、注浆管口孔，17、螺栓孔位，18、钢筋孔洞。
具体实施方式
如图1、图3、图4、图8所示，本发明一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构及施工方法由钢管1、锥形导头2、锚固筑体3、封浆片4、预埋竖向筋5、菱形箍筋6、水平拉筋7和悬挑传力板8组成。
如图1、图2、图3、图8所示，钢管1、锥形导头2、锚固筑体3和封浆片4共同组成钢锚管9，其中钢管1为主体，全部置于地基土体内，在竖直方向上，锥形导头2位于钢管1下端头，锚固筑体3分布于钢管1内外两侧，封浆片4位于钢管1上端头。一个局部单元护栏及声屏障共用一体钢锚管基础结构包括六个钢锚管9、六个预埋竖向筋5、一个悬挑传力板8、两个菱形箍筋6和四个水平拉筋7组成，其中钢锚管9呈矩形分布布置，其中在平行于路线走向的方向上布置两列，每列各三个，三个钢锚管9的管心距D0为30～45cm；在垂直于路线走向的方向上布置两排，每排各两个，两个钢锚管9的管心距D1为60～100cm；预埋竖向筋5数量及位置与钢锚管9一致。在公路路线走向上，整个护栏及声屏障共用一体钢锚管基础结构由多个局部单元护栏及声屏障共用一体钢锚管基础结构组成，其具体数量根据线路总长及所需安装的护栏及声屏障数量确定，其中每相邻两个局部单元护栏及声屏障共用一体钢锚管基础结构的净间距不应大于2.5m。
如图1、图2、图3所示，预埋竖向筋5一端伸入钢锚管9一定深度，一端穿过悬挑传力板8而伸出地面，其余部分均包裹于路面混凝土加厚层10或路面混凝土条形基础11中。预埋竖向筋5为螺纹钢筋，伸出地面一端做有螺栓拉丝，预埋竖向筋5直径大于18mm，预埋竖向筋5入钢锚管9的长度Lym为100～120cm，包裹于路面混凝土加厚层10或路面混凝土条形基础11中的长度Lbg为40～60cm，伸出地面长度Lwl为5～10cm。所述预埋竖向筋5的下料长度L根据公式(1)计算，公式(1)如下：
L＝Lym+Lbg+Lwl (1)
式中：L为预埋竖向筋5的下料长度，单位cm；Lym为预埋竖向筋5入钢锚管9部分的长度，建议值为100～120，单位cm；Lbg为预埋竖向筋5包裹于路面混凝土加厚层10或路面混凝土条形基础11中的长度，推荐取值为40～60，单位cm；Lwl为预埋竖向筋5伸出地面长度，本发明规定为5～10，单位cm。
如图1、图2、图3所示，菱形箍筋6和水平拉筋7位于路面混凝土加厚层10或路面混凝土条形基础11中，菱形箍筋6焊接于平行于路线走向对称两面的预埋竖向筋5，水平拉筋7焊接在垂直于路线走向对称两面的预埋竖向筋5，即通过菱形箍筋6将平行于路线走向方向上的两列预埋竖向筋5拉结在一起，水平拉筋7将垂直于路线走向方向上的两排预埋竖向筋5拉结于一起。从而通过菱形箍筋6和水平拉筋7将所有预埋竖向筋5联结，其中菱形箍筋6、水平拉筋7及预埋竖向筋5三者拉结或联结的方式均为焊接。一个菱形箍筋6由四根单筋组成。菱形箍筋6和水平拉筋7为螺纹钢筋，二者直径均大于10mm。所述单根螺纹钢筋下料长度S根据公式(2)计算，公式(2)如下：
式中：S为单根螺纹钢筋下料长度，单位cm；k为计算系数，取值范围0.65～0.85；Lbg为预埋竖向筋5包裹于路面混凝土加厚层10或路面混凝土条形基础11中的长度，根据上述步骤确定值代入，单位cm；D0为平行于路线走向的方向上相邻钢锚管9的管心距，单位cm。
如图1、图2、图3、图7所示，悬挑传力板8与路面平行，走向垂直于路线方向，左副侧板面通过钢筋孔洞18与预埋竖向筋5接触联系，右副侧板面伸出路面边缘而悬挑。悬挑传力板8左副侧板上钻有六个与下方六个预埋竖向筋5布置位置一致的钢筋孔洞18，待下方预埋竖向筋5及钢锚管9基础养护完成，将预埋竖向筋5穿过悬挑传力板8钢筋孔洞18，伸出地面的预埋竖向筋5螺栓拉丝可直接和护栏支架连接件12进行螺栓锚固；右副侧板钻有六个用于上部声屏障支架连接件13与悬挑传力板8连接锚固的螺栓孔位17，以此实现了地下结构、悬挑传力板8和上部护栏、声屏障结构的相连。所述悬挑传力板8平行于路线走向的方向上的宽度B根据公式(3)计算，公式(3)如下：
B＝3D0+1.5d (3)
式中：B为悬挑传力板8平行于路线走向的方向上的宽度，单位cm；D0为平行于路线走向的方向上相邻钢锚管9的管心距，单位cm；d为钢管1外直径，单位cm。
所述预悬挑传力板8垂直于路线走向的方向上的长度C根据公式(4)计算，公式(4)如下：
C＝2D1+1.5d+X (4)
式中：C为悬挑传力板8垂直于路线走向的方向上的宽度，单位cm；D1为垂直于路线走向的方向上相邻钢锚管9的管心距，单位cm；d为钢管1外直径，单位cm；X为悬挑传力板8悬挑宽度，单位cm。
如图1～图6所示，钢管1截面为圆形，外直径为8～10cm、壁厚不少于3mm，长度为3～5m，管面钻有直径为10～15mm喷浆圆孔14，其中喷浆圆孔14为梅花形布置，孔间距20～30cm。锥形导头2铅垂长度10～15cm、后端圆形面直径同钢管1外截面直径，并通过焊接方式与钢管1下端头联结。封浆片4直径与钢管1内直径相同，厚度不少于5mm，封浆片4上钻有预埋竖向筋穿孔15以及注浆管口孔16，其中预埋竖向筋穿孔15直径与预埋竖向筋5直径相匹配，以便于其穿过，孔位位于封浆片4截面圆心处，预埋竖向筋穿孔15与预埋竖向筋5间的孔隙采用焊接方式处理，并保证预埋竖向筋5的铅垂度复合要求；注浆管口孔16直径与所选用的注浆管直径匹配，其中注浆管直径取20～30mm，注浆管与注浆管口孔16接触位置存在预套于注浆管上的橡胶垫圈，用来堵塞注浆管口孔16与注浆管外皮间的孔隙，形成密封接触联结。锚固筑体3分布于钢管1内外侧，其中钢管1内侧锚固筑体3具体为水泥筑体，而钢管1外侧锚固筑体3具体为水泥-桩周土复合筑体，水泥-桩周土复合筑体厚度大于30cm，锚固筑体3由穿入钢管1的注浆管向钢管1内高压注浆而得，注浆液首先填充钢管1内侧，待内侧充满后通过喷浆圆孔14高压射入钢管1外侧土体，与外侧土体共同形成一定强度的水泥-桩周土复合筑体。
如图1～图6所示，一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构的施工方法，其步骤为：
(1)材料准备及制作：按照结构方案和要求，采置各类材料，并进行材料加工制作。①钢管1制作技术要求：钢管1材质为热轧无缝钢管，截面为圆形，外直径为8～10cm、壁厚不少于3mm，长度为3～5m，在工厂通过专用钢管钻孔机在钢管1管面钻设梅花形布置的直径为10～15mm喷浆圆孔14，孔间距20～30cm，孔外用弹性较好的橡胶带包裹。锥形导头2铅垂长度10～15cm、后端圆形面直径同钢管1外截面直径，并通过焊接方式与钢管1下端头联结；②封浆片4制作技术要求：封浆片4直径与钢管1内直径相同，厚度不少于5mm，在封浆片4上通过开孔设备按照设计尺寸及位置开设预埋竖向筋穿孔15以及注浆管口孔16，孔位圆心与封浆片4截面圆心重合，其中预埋竖向筋穿孔15直径与预埋竖向筋5直径相匹配，以便于其穿过。注浆管口孔16直径与所选用的注浆管直径匹配，其中注浆管直径取20～30mm；③钢筋件制作技术要求：预埋竖向筋5为螺纹钢筋，伸出地面一端通过钢筋拉丝机进行螺栓拉丝，预埋竖向筋5直径大于18mm，其中预埋竖向筋5的下料长度L根据公式(1)计算。菱形箍筋6和水平拉筋7为螺纹钢筋，二者直径均大于10mm，菱形箍筋6由四条单根螺纹钢筋组成，其中单根螺纹钢筋下料长度S根据公式(2)计算；④悬挑传力板8制作技术要求：悬挑传力板8材质为Q345低合金高强度钢，悬挑传力板8平行于路线走向的方向上的宽度B根据公式(3)计算，垂直于路线走向的方向上的宽度C根据公式(4)计算，在悬挑传力板8左副侧板上开钻六个钢筋孔洞18，其位置根据预埋竖向筋5布置位置确定；右副侧板悬挑段开钻六个螺栓孔位17，用于上部声屏障支架连接件13与悬挑传力板8之间的连接锚固。
(2)测放钢锚管9桩位：待路基施工养护完成，路面铺设施工开始之前，按护栏和声屏障支架安装设计位置通过全站仪进行钢锚管9基础管位施放，一个局部单元护栏及声屏障共用一体钢锚管基础结构包括六个钢锚管9。钢锚管9呈矩形分布布置，在平行于路线走向的方向上布置两列，每列各三个，三个钢锚管9的管心距D0为30～45cm；在垂直于路线走向的方向上布置两排，每排各两个，两个钢锚管9的管心距D1为60～100cm。
(3)引孔：钢管1成孔选用钻机进行引孔，孔径为10cm，孔深按设计要求再加长50cm；钻孔偏斜尺寸不大于总长度的1％。
(4)击入钢管1：将制作完成的钢管1，检查无误后，组装沿引孔位置击入路基中。
(5)制备注浆液及工序：①配制M30水泥砂浆；②配制水玻璃浓度为35波美度、水玻璃模数为2.4的水玻璃溶液，水灰比为0.45的水泥浆液，采用制浆机分别进行浆液制备，并按水泥浆液：水玻璃溶液1:0.5～1:0.6的体积比进行混合搅拌制备得双液；③配制M30水泥砂浆。
(6)第一次注浆：采用注浆泵进行注浆，注浆压力控制在0.2～0.5MPa左右，出现压力急剧上升或注浆管剧烈抖动时应立即停止注浆，并迅速打开回浆阀门，避免漏浆、爆管。钢管1采用二次注浆形式。钢管1入孔后进行第一次注浆，第一次注浆采用M30水泥砂浆，注浆压力控制在0.2～0.5MPa左右，M30水泥砂浆通过注浆管从孔底自下而上反向注浆，将孔底残留的碎渣压出孔外，当孔口留出混合注浆液10～15秒后，可停止注浆。注浆完成后，立即进行封孔处理。封孔方法为：将钢管1外壁周围约0.5m深的土层进行清理，清理半径约比钢管1管径大10cm，清理好后，先用水泥袋或棉纱围着钢管1填塞至孔口以下1m左右，并用钢钎沿钢管1面插捣密实。然后将配置好的双液倒入孔内0.5～1m深，经1～2分钟后，双液凝固，上部再用M30水泥砂浆封孔。
(7)预埋竖向筋5和封浆片4安装：待第一次注浆完成后，将封浆片4安装于钢管1孔口处，两者之间采用焊接方式，焊缝应饱满无缝。将预埋竖向筋5穿过已安装好的封浆片4的预埋竖向筋穿孔15，下放至设计位置，既预埋竖向筋5伸入钢管1深度为Lym，并采取焊接的方式对预埋竖向筋穿孔15与预埋竖向筋5间的孔隙采用填充联结处理，焊接过程中保证预埋竖向筋5的铅垂度复合要求。在注浆管上预套一个橡胶垫圈，将注浆管通过封浆片4的注浆管口孔16，并伸入钢管1内20～40cm，遂将橡胶垫圈拧移至注浆管与注浆管口孔16的接触位置，堵塞注浆管口孔16与注浆管外皮间的孔隙，使其密封。
(8)第二次注浆：当第一次注浆后约4～5小时后以及预埋竖向筋5和封浆片4安装完成进行第二次注浆，第二次注浆劈裂压力为1.5MPa～2MPa。M30水泥砂浆配制完成后，先检查封浆片4与钢管1接触处、预埋竖向筋穿孔15及注浆管口孔16的密封情况，无误后连接高压注浆设备，打开排气阀。第二次注浆时将孔底的水或水泥浆液压出来，至孔口钢管1外围返出正常水泥浆液时，停止注浆。经两次注浆后形成锚固筑体3，并分布于钢管1内外侧，其中钢管1内侧锚固筑体3为水泥筑体，而钢管1外侧锚固筑体3为水泥-桩周土复合筑体，水泥-桩周土复合筑体厚度大于30cm，锚固筑体3由穿入钢管1的注浆管向钢管1内高压注浆而得，注浆液首先填充钢管1内侧，待内侧充满后通过喷浆圆孔14高压射入钢管1外侧土体，与外侧土体共同形成一定强度的水泥-桩周土复合筑体，进而由此实现钢锚管9。第二次注浆完成后，立即用清水冲洗注浆管，以防管内沉浆凝固，保证管路畅通。
(9)菱形箍筋6和水平拉筋7绑扎：注浆完成后，根据菱形箍筋6和水平拉筋7的设计位置进行与预埋竖向筋5的焊接联结。其中菱形箍筋6焊接于平行于路线走向对称两面的预埋竖向筋5，菱形箍筋6中的单根螺纹钢筋一端焊接于平行于路线走向对称两面的两侧预埋竖向筋5上，高度位置具体为两根侧边预埋竖向筋5位于路面混凝土加厚层10或路面混凝土条形基础11中部分长度Lbg的1/2处，另一端焊接于平行于路线走向对称两面的中间预埋竖向筋5上，高度位置具体为单根螺纹钢筋的端头面与中间预埋竖向筋5的轴线重合接触处。水平拉筋7焊接在垂直于路线走向对称两面的预埋竖向筋5，水平拉筋7两端的焊接位置为过上述菱形箍筋6中单根螺纹钢筋与中间预埋竖向筋5的焊接位置的水平线与垂直于路线走向对称两面的预埋竖向筋5垂直相交处。焊接焊缝应饱满、表面平整，焊缝厚度、宽度均满足规范要求，其中焊缝厚度不小于0.3d，焊缝宽度不小于0.8d。
(10)混凝土施工：本发明考虑了不同路面材料的公路类型，可分为混凝土路面和非混凝土路面。对于混凝土路面而言，在第(9)步完成以后，支设路面混凝土加厚层10的加厚部分模板，将路面混凝土加厚层10与全公路混凝土路面铺装一起进行，形成一体浇筑混凝土体。对于非混凝土路面而言，在路面铺装之前，先行支设路面混凝土条形基础11的模板进行混凝土浇筑，其中在路面混凝土条形基础11临路一侧埋设连接钢筋，作为后续非混凝土路面铺装时路面混凝土条形基础11与全路面非混凝土材料结合相连的植筋。
(11)悬挑传力板8安装：第(10)步混凝土养护完成后安装悬挑传力板8。具体将预埋竖向筋5穿过悬挑传力板8的钢筋孔洞18，使伸出地面预埋竖向筋5的螺栓拉丝和上部护栏支架连接件12进行螺栓锚固，上部声屏障支架连接件13与悬挑传力板8右副侧板部分通过螺栓孔位17进行连接锚固，至此实现了地下结构基础、悬挑传力板8和上部护栏、声屏障结构支架的相连固定。本发明一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构得以实现。
Claims (10)
1.一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构，其特征在于：该基础结构由钢管(1)、锥形导头(2)、锚固筑体(3)、封浆片(4)、预埋竖向筋(5)、菱形箍筋(6)、水平拉筋(7)和悬挑传力板(8)组成；钢管(1)、锥形导头(2)、锚固筑体(3)和封浆片(4)共同组成钢锚管(9)，其中钢管(1)为主体，全部置于地基土体内；沿竖直方向上，锥形导头(2)位于钢管(1)的下端头，锚固筑体(3)分布于钢管(1)的内外两侧，封浆片(4)位于钢管(1)的上端头；预埋竖向筋(5)一端伸入钢锚管(9)一定深度，一端穿过悬挑传力板(8)而伸出地面，其余预埋竖向筋(5)部分均包裹于路面混凝土加厚层(10)或路面混凝土条形基础(11)中；菱形箍筋(6)和水平拉筋(7)位于路面混凝土加厚层(10)或路面混凝土条形基础(11)中，菱形箍筋(6)焊接于平行于路线走向对称两面的预埋竖向筋(5)，水平拉筋(7)焊接在垂直于路线走向对称两面的预埋竖向筋(5)；悬挑传力板(8)与路面平行，走向垂直于路线方向，悬挑传力板(8)的左侧板面通过预钻孔洞与预埋竖向筋(5)接触联系，悬挑传力板(8)的右侧板面伸出路面边缘而悬挑。
2.根据权利要求1所述的一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构，其特征在于：钢管(1)截面为圆形，外直径为8～10cm、壁厚不少于3mm，长度为3～5m，四周钻有直径为10～15mm喷浆圆孔(14)，喷浆圆孔(14)为梅花形布置，孔间距20～30cm；锥形导头(2)铅锤长度10～15cm、后端圆形面直径同钢管(1)外截面直径，并通过焊接方式与钢管(1)前端头联结；封浆片(4)直径与钢管(1)内直径相同，厚度不少于5mm，封浆片(4)上钻有预埋竖向筋穿孔(15)以及注浆管口孔(16)，其中预埋竖向筋穿孔(15)直径与预埋竖向筋(5)直径相匹配，预埋竖向筋穿孔(15)与预埋竖向筋(5)间的孔隙采用焊接方式处理；注浆管口孔(16)直径与所选用的注浆管直径匹配，注浆管与注浆管口孔(16)接触位置存在预套于注浆管上的橡胶垫圈，用来堵塞注浆管口孔(16)与注浆管外皮间的孔隙；锚固筑体(3)分布于钢管(1)内外侧。
3.根据权利要求1所述的一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构，其特征在于：预埋竖向筋(5)一端伸入钢锚管(9)，一端穿过悬挑传力板(8)而伸出地面，其余部分均包裹于路面混凝土加厚层(10)或路面混凝土条形基础(11)中；预埋竖向筋(5)为螺纹钢筋，伸出地面一端做有螺栓拉丝，直径大于18mm；预埋竖向筋(5)伸入钢锚管(9)的长度Lym为100～120cm，包裹于路面混凝土加厚层(10)或路面混凝土条形基础(11)中的长度Lbg为40～60cm，伸出地面长度Lwl为5～10cm。
4.根据权利要求1所述的一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构，其特征在于：菱形箍筋(6)焊接于平行于路线走向对称两面的预埋竖向筋(5)，水平拉筋(7)焊接在垂直于路线走向对称两面的预埋竖向筋(5)，从而通过菱形箍筋(6)和水平拉筋(7)将所有预埋竖向筋(5)联结；其中菱形箍筋(6)、水平拉筋(7)及预埋竖向筋(5)三者拉结或联结的方式均为焊接；一个菱形箍筋(6)由四根单筋组成；菱形箍筋(6)和水平拉筋(7)为螺纹钢筋，二者直径均大于10mm。
5.根据权利要求1所述的一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构，其特征在于：悬挑传力板(8)与路面平行，悬挑传力板(8)左副侧板面通过钢筋孔洞(18)与预埋竖向筋(5)接触联系，悬挑传力板(8)右副侧板面伸出路面边缘而悬挑。
6.根据权利要求1所述的一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构，其特征在于：悬挑传力板(8)左副侧板上钻有六个与下方六个预埋竖向筋(5)布置位置一致的钢筋孔洞(18)，预埋竖向筋(5)穿过悬挑传力板(8)钢筋孔洞(18)，伸出地面的预埋竖向筋(5)螺栓拉丝可直接和护栏支架连接件(12)进行螺栓锚固；悬挑传力板(8)右副侧板钻有六个用于上部声屏障支架连接件(13)与悬挑传力板(8)连接锚固的螺栓孔位(17)，以此实现地下结构、悬挑传力板(8)和上部护栏、声屏障结构的相连。
7.根据权利要求1所述的一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构，其特征在于：预埋竖向筋(5)的下料长度L根据公式(1)计算，公式(1)如下：
L＝Lym+Lbg+Lwl (1)
式中：L为预埋竖向筋(5)的下料长度，单位cm；Lym为预埋竖向筋(5)入钢锚管(9)部分的长度，建议值为100～120，单位cm；Lbg为预埋竖向筋(5)包裹于路面混凝土加厚层(10)或路面混凝土条形基础(11)中的长度，推荐取值为40～60，单位cm；Lwl为预埋竖向筋(5)伸出地面长度，为5～10，单位cm。
8.根据权利要求1所述的一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构，其特征在于：单根螺纹钢筋下料长度S根据公式(2)计算，公式(2)如下：
式中：S为单根螺纹钢筋下料长度，单位cm；k为计算系数，取值范围0.65～0.85；Lbg为预埋竖向筋(5)包裹于路面混凝土加厚层(10)或路面混凝土条形基础(11)中的长度，根据上述步骤确定值代入，单位cm；D0为平行于路线走向的方向上相邻钢锚管(9)的管心距，单位cm。
9.根据权利要求1所述的一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构，其特征在于：悬挑传力板(8)平行于路线走向的方向上的宽度B根据公式(3)计算，公式(3)如下：
B＝3D0+1.5d (3)
式中：B为悬挑传力板(8)平行于路线走向的方向上的宽度，单位cm；D0为平行于路线走向的方向上相邻钢锚管(9)的管心距，单位cm；d为钢管(1)外直径，单位cm；
所述预悬挑传力板(8)垂直于路线走向的方向上的长度C根据公式(4)计算，公式(4)如下：
C＝2D1+1.5d+X (4)
式中：C为悬挑传力板(8)垂直于路线走向的方向上的宽度，单位cm；D1为垂直于路线走向的方向上相邻钢锚管(9)的管心距，单位cm；d为钢管(1)外直径，单位cm；X为悬挑传力板(8)悬挑宽度，单位cm。
10.一种公路护栏和声屏障共用一体钢锚管基础结构的施工方法，其特征在于：其步骤包括如下，
1)材料准备及制作：按照结构方案和要求，采置各类材料，并进行材料加工制作；①钢管(1)制作技术要求：钢管(1)材质为热轧无缝钢管，截面为圆形，外直径为8～10cm、壁厚不少于3mm，长度为3～5m，在工厂通过专用钢管钻孔机在钢管(1)管面钻设梅花形布置的直径为10～15mm喷浆圆孔(14)，孔间距20～30cm，孔外用弹性较好的橡胶带包裹；锥形导头(2)铅垂长度10～15cm、后端圆形面直径同钢管(1)外截面直径，并通过焊接方式与钢管(1)下端头联结；②封浆片(4)制作技术要求：封浆片(4)直径与钢管(1)内直径相同，厚度不少于5mm，在封浆片(4)上通过开孔设备按照设计尺寸及位置开设预埋竖向筋穿孔(15)以及注浆管口孔(16)，孔位圆心与封浆片(4)截面圆心重合，其中预埋竖向筋穿孔(15)直径与预埋竖向筋(5)直径相匹配，以便于其穿过；注浆管口孔(16)直径与所选用的注浆管直径匹配，其中注浆管直径取20～30mm；③钢筋件制作技术要求：预埋竖向筋(5)为螺纹钢筋，伸出地面一端通过钢筋拉丝机进行螺栓拉丝，预埋竖向筋(5)直径大于18mm，其中预埋竖向筋(5)的下料长度L根据公式(1)计算；菱形箍筋(6)和水平拉筋(7)为螺纹钢筋，二者直径均大于10mm，菱形箍筋(6)由四条单根螺纹钢筋组成，其中单根螺纹钢筋下料长度S根据公式(2)计算；④悬挑传力板(8)制作技术要求：悬挑传力板(8)材质为Q345低合金高强度钢，在悬挑传力板(8)左副侧板上开钻六个钢筋孔洞(18)，其位置根据预埋竖向筋(5)布置位置确定；右副侧板悬挑段开钻六个螺栓孔位(17)，用于上部声屏障支架连接件(13)与悬挑传力板(8)之间的连接锚固；
2)测放钢锚管(9)桩位：待路基施工养护完成，路面铺设施工开始之前，按护栏和声屏障支架安装设计位置通过全站仪进行钢锚管(9)基础管位施放，一个局部单元护栏及声屏障共用一体钢锚管基础结构包括六个钢锚管(9)；钢锚管(9)呈矩形分布布置，在平行于路线走向的方向上布置两列，每列各三个，三个钢锚管(9)的管心距D0为30～45cm；在垂直于路线走向的方向上布置两排，每排各两个，两个钢锚管(9)的管心距D1为60～100cm；
3)引孔：钢管(1)成孔选用钻机进行引孔，孔径为10cm，孔深按设计要求再加长50cm；钻孔偏斜尺寸不大于总长度的1％；
4)击入钢管(1)：将制作完成的钢管(1)，检查无误后，组装沿引孔位置击入路基中；
5)制备注浆液及工序：①配制M30水泥砂浆；②配制水玻璃浓度为35波美度、水玻璃模数为2.4的水玻璃溶液，水灰比为0.45的水泥浆液，采用制浆机分别进行浆液制备，并按水泥浆液：水玻璃溶液1:0.5～1:0.6的体积比进行混合搅拌制备得双液；③配制M30水泥砂浆；
6)第一次注浆：采用注浆泵进行注浆，注浆压力控制在0.2～0.5MPa左右，出现压力急剧上升或注浆管剧烈抖动时应立即停止注浆，并迅速打开回浆阀门，避免漏浆、爆管；钢管(1)采用二次注浆形式；钢管(1)入孔后进行第一次注浆，第一次注浆采用M30水泥砂浆，注浆压力控制在0.2～0.5MPa左右，M30水泥砂浆通过注浆管从孔底自下而上反向注浆，将孔底残留的碎渣压出孔外，当孔口留出混合注浆液10～15秒后，停止注浆；注浆完成后，立即进行封孔处理，封孔方法为：将钢管(1)外壁周围约0.5m深的土层进行清理，清理半径约比钢管(1)管径大10cm，清理好后，先用水泥袋或棉纱围着钢管(1)填塞至孔口以下1m左右，并用钢钎沿钢管(1)面插捣密实；然后将配置好的双液倒入孔内0.5～1m深，经1～2分钟后，双液凝固，上部再用M30水泥砂浆封孔；
7)预埋竖向筋(5)和封浆片(4)安装：待第一次注浆完成后，将封浆片(4)安装于钢管(1)孔口处，两者之间采用焊接方式，焊缝应饱满无缝；将预埋竖向筋(5)穿过已安装好的封浆片(4)的预埋竖向筋穿孔(15)，下放至设计位置，既预埋竖向筋(5)伸入钢管(1)深度为Lym，并采取焊接的方式对预埋竖向筋穿孔(15)与预埋竖向筋(5)间的孔隙采用填充联结处理，焊接过程中保证预埋竖向筋(5)的铅垂度复合要求；在注浆管上预套一个橡胶垫圈，将注浆管通过封浆片(4)的注浆管口孔(16)，并伸入钢管(1)内20～40cm，遂将橡胶垫圈拧移至注浆管与注浆管口孔(16)的接触位置，堵塞注浆管口孔(16)与注浆管外皮间的孔隙，使其密封；
8)第二次注浆：当第一次注浆后4～5小时后以及预埋竖向筋(5)和封浆片(4)安装完成进行第二次注浆，第二次注浆劈裂压力为1.5MPa～2MPa；M30水泥砂浆配制完成后，先检查封浆片(4)与钢管(1)接触处、预埋竖向筋穿孔(15)及注浆管口孔(16)的密封情况，无误后连接高压注浆设备，打开排气阀；第二次注浆时将孔底的水或水泥浆液压出来，至孔口钢管(1)外围返出正常水泥浆液时，停止注浆；经两次注浆后形成锚固筑体(3)，并分布于钢管(1)内外侧，其中钢管(1)内侧锚固筑体(3)为水泥筑体，而钢管(1)外侧锚固筑体(3)为水泥-桩周土复合筑体，水泥-桩周土复合筑体厚度大于30cm，锚固筑体(3)由穿入钢管(1)的注浆管向钢管(1)内高压注浆而得，注浆液首先填充钢管(1)内侧，待内侧充满后通过喷浆圆孔(14)高压射入钢管(1)外侧土体，与外侧土体共同形成一定强度的水泥-桩周土复合筑体，进而由此实现钢锚管(9)；第二次注浆完成后，立即用清水冲洗注浆管，以防管内沉浆凝固，保证管路畅通；
9)菱形箍筋(6)和水平拉筋(7)绑扎：注浆完成后，根据菱形箍筋(6)和水平拉筋(7)的设计位置进行与预埋竖向筋(5)的焊接联结；其中菱形箍筋(6)焊接于平行于路线走向对称两面的预埋竖向筋(5)，菱形箍筋(6)中的单根螺纹钢筋一端焊接于平行于路线走向对称两面的两侧预埋竖向筋(5)上，高度位置具体为两根侧边预埋竖向筋(5)位于路面混凝土加厚层(10)或路面混凝土条形基础(11)中部分长度Lbg的1/2处，另一端焊接于平行于路线走向对称两面的中间预埋竖向筋(5)上，高度位置具体为单根螺纹钢筋的端头面与中间预埋竖向筋(5)的轴线重合接触处；水平拉筋(7)焊接在垂直于路线走向对称两面的预埋竖向筋(5)，水平拉筋(7)两端的焊接位置为过上述菱形箍筋(6)中单根螺纹钢筋与中间预埋竖向筋(5)的焊接位置的水平线与垂直于路线走向对称两面的预埋竖向筋(5)垂直相交处；焊接焊缝应饱满、表面平整，焊缝厚度、宽度均满足规范要求，其中焊缝厚度不小于0.3d，焊缝宽度不小于0.8d；
10)混凝土施工：考虑不同路面材料的公路类型，分为混凝土路面和非混凝土路面；对于混凝土路面而言，在第(9)步完成以后，支设路面混凝土加厚层(10)的加厚部分模板，将路面混凝土加厚层(10)与全公路混凝土路面铺装一起进行，形成一体浇筑混凝土体；对于非混凝土路面而言，在路面铺装之前，先行支设路面混凝土条形基础(11)的模板进行混凝土浇筑，其中在路面混凝土条形基础(11)临路一侧埋设连接钢筋，作为后续非混凝土路面铺装时路面混凝土条形基础(11)与全路面非混凝土材料结合相连的植筋；
11)悬挑传力板(8)安装：第(10)步混凝土养护完成后安装悬挑传力板(8)；具体将预埋竖向筋(5)穿过悬挑传力板(8)的钢筋孔洞(18)，使伸出地面预埋竖向筋(5)的螺栓拉丝和上部护栏支架连接件(12)进行螺栓锚固，上部声屏障支架连接件(13)与悬挑传力板(8)右副侧板部分通过螺栓孔位(17)进行连接锚固，至此实现了地下结构基础、悬挑传力板(8)和上部护栏、声屏障结构支架的相连固定。
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- 2018-12-13 CN CN201811528598.6A patent/CN109736156B/zh active Active
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