CN112281637B - 一种抗震墙面加筋土桥台及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗震墙面加筋土桥台，包括路桥连接支承系统和加筋土桥台系统，所述路桥连接支承系统设于加筋土桥台系统的上部，包括路面结构、桥梁上部结构、L型台座和返包式加筋土引道；所述加筋土桥台系统包括加筋土体和抗震墙面。本发明还公开了一种如上所述抗震墙面加筋土桥台的施工方法。本发明的有益效果为：使用多种模块组成的抗震墙面，能够在地震中有效缓解墙面背后填土产生的动土压力，与此同时，桥台底部不随地震产生较大变形，保证了桥台的稳定性，除此之外，该墙面结构仅通过改变内部填充物就实现上述目标，并对EPS填充物进行了保护，结构简单，施工方便，有良好的耐久性，有利于降低施工难度及成本。

Description

一种抗震墙面加筋土桥台及其施工方法

技术领域

本发明涉及公路桥梁领域，具体涉及一种抗震桥面加筋土桥台及其施工方法。

背景技术

近年来，我国大力实施交通强国战略，不断完善现有交通网络，以提高人员和物流流通速度，为经济快速发展奠定基础。大量交通基础设施的兴建，往往意味着后期维护需要高昂的成本，在一定程度上为各级财政带来了不小的压力。加筋土桥台能够在保证优异服役性能和抗震性能的同时，减少后期维护成本，对保证交通强国战略的实现有重要意义。

目前的加筋土桥台相关专利文件中，仅对静力荷载下加筋土桥台的承载特性做出了描述，缺乏对其抗震特性的说明，更未进一步提高其抗震能力，没有充分利用加筋土材料屈服极限较高、不易产生塑形变形的特性，浪费了加筋土材料特有的技术优势。CN202881845U公开了一种公路桥梁加筋土柔性桥台，其中仅涉及了放置上部机构的支承结构及其背后引道，未提及桥梁上部结构的放置方法，且其仅仅针对静力荷载下加筋土桥台的承载特性做出说明，没有充分利用加筋土较高的屈服极限，没有对加筋土桥台结构做出相关改进，浪费了加筋土桥台利用可恢复的弹性变形耗散振动能量的特性。中国专利CN204676593U公开了一种超高整体钢塑格栅加筋土桥台挡墙结构，其仅对下部多级加筋土挡墙结构进行了叙述，而没有针对加筋土桥台上部结构、支承结构以及引道部分做出说明，且同样没有利用加筋土桥台可以利用可恢复变形减小地震影响的特点。另外，随着加筋土桥台逐步推广使用，越来越多的工程出现在地震活跃区，这些加筋土桥台面临着极大的考验，刚性墙面的加筋土桥台在地震中依靠大刚度墙面强度抵抗地震引起的动土压力，需要较为保守的设计才能防止破坏，但这又对工程项目的成本和工期产生了巨大的压力。模块式墙面的加筋土桥台允许在模块间发生一定程度的相对位移，可以消散一部分能量，从而保护结构不被破坏，但是由于墙面模块为混凝土块体干砌制成，混凝土块体自身难以变形，限制了其能量耗散能力的进一步提升，实际效果也不理想。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种适用范围广、服役性能出色、抗震性能优异的抗震墙面加筋土桥台及其施工方法。

本发明采用的技术方案为：一种抗震墙面加筋土桥台，包括路桥连接支承系统和加筋土桥台系统，所述路桥连接支承系统设于加筋土桥台系统的上部，其包括路面结构、桥梁上部结构、L型台座和返包式加筋土引道；所述路面结构位于桥梁上部结构及返包式加筋土引道的顶部，且桥梁上部结构的一端搭接在L型台座的水平段上，二者接缝处填充有EPS缓冲层；所述返包式加筋土引道设于L型台座的竖直段外侧。

按上述方案，所述加筋土桥台系统包括加筋土体和抗震墙面，所述L型台座和返包式加筋土引道均设于加筋土体的顶部；所述抗震墙面竖直固定于加筋土体一侧，且抗震墙面的高度超出加筋土体的高度；所述抗震墙面的外侧增设有浆砌石防护体。

按上述方案，所述抗震墙面包括自下而上依次对正相连的基础模块、底部模块、稳定模块、抗震模块和顶部模块，所述基础模块根据设计图纸固定设计位置，所述底部模块通过插筋与基础模块相连；所述稳定模块内设有包裹在土工格栅内的金属填充体；所述抗震模块内设有包裹在土工格栅内的EPS填充体；土工格栅伸入其侧部的土体内，形成加筋土体。

按上述方案，所述抗震模块包括若干上下依次连接的H型抗震模块单元，上下相邻两个H型抗震模块单元连接后中部形成空腔，包裹在土工格栅内的EPS填充体放置在该空腔内，包裹EPS填充体的土工格栅与空腔内壁相连；所述土工格栅穿过上下两个H型抗震模块单元之间的连接缝后伸入侧部的土体。

按上述方案，所述稳定模块包括若干上下依次连接的H型稳定模块单元，上下相邻两个H型稳定模块单元连接后中部形成空腔，包裹在土工格栅内的金属填充体放置在该空腔内，包裹金属填充体的土工格栅与空腔内壁相连；所述土工格栅穿过上下两个H型稳定模块单元的连接缝后伸入侧部的土体。

按上述方案，H型抗震模块单元和H型稳定模块单元均可分别通过长螺栓压紧金属环状垫片与土工格栅固定。

按上述方案，所述返包式加筋土引道包括多层依次上下堆叠的填料包，填料包采用土工格栅将填料返包在内。

本发明还采用了一种如上所述抗震墙面加筋土桥台的施工方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、平整场地，施工所需要的材料和设备进场，做好施工前的准备工作；

步骤二、抗震墙面及加筋土体施工；

步骤三、抗震墙面达到设计高度后，平整填料表面，将L型台座放置在加筋土体上，随后在L型台座后方进行返包式加筋土层引道施工，保证压实后高度与L型顶部一致；

步骤四、将桥梁上部结构与EPS缓冲层放置在L型台座另一侧，待变形稳定后，铺设路面结构，完成施工。

按上述方案，抗震墙面及加筋土体的施工方法为：在设计位置放置基础模块及底部模块，填筑第一层填料，对填料进行压实，达到底部模块顶部并整平后，连接筋材与模块，并在模块空腔内放置金属填充体，随后循环进行放置稳定模块、填筑填料、连接筋材与模块、铺设筋材的作业直至达到稳定模块顶部，开始填充EPS填充体，并以相似步骤开展上部抗震模块的施工，直到墙面设计高度。

按上述方案，模块单元空腔内放置填充体时，土工格栅与H型稳定模块单元的机械连接方式为：土工格栅进入上下相邻的两个模块单元形成的空腔后向下弯折，利用第一机械连接机构固定于下模块单元内侧，随后紧贴其余内侧表面内部向上弯折，到达上模块单元内部与下模块单元机械连接所处同一表面的内表面后，利用第二机械连接机构固定于上模块单元内侧。

按上述方案，模块单元空腔内放置填充体时，土工格栅与H型稳定模块单元或H型抗震模块单元的机械连接方式为：土工格栅进入空腔向下弯折后，先不与第一机械连接机构连接，在第二机械连接机构处连接后，继续向下铺设，经过上下模块单元的接缝处，到达第一个机械连接处，此时再通过第一个机械连接构件将两层土工格栅压紧固定。

本发明的有益效果为：

1、抗震墙面的使用，满足了不同高度墙面对于抗震性能的要求。在墙面上部，能够有效缓解地震引起的动土压力，且最大可能的避免加速度放大效应产生的破坏，而在墙面下部，能够提供较好的位移限制能力，不随地震发生较大的底部变形，从而保证墙面的稳定性。

2、抗震墙面中使用了EPS填充体，相比于仅使用模块作为墙面，能够利用模块自身变形耗散更多的能量，保护墙面不发生过大变形，且能够充分利用加筋土良好的弹性变形能力，最大限度发挥加筋土不易发生塑形变形的优点。

3、两种机械连接方式，可以满足不同填充体的使用要求。对于金属填充体，其自身有较强的抗剪能力，不需要担心H型模块单元之间错动引起的剪力，不需要土工格栅保护。对于EPS填充体，自身抗剪能力不足，则利用第二种机械连接方式将土工格栅完全包裹EPS填充体，防止剪力直接施加于EPS填充体上，提高了H型抗震模块的耐久性。

4、本发明增强了抗震性能，并在成本、工期方面达到较好的平衡。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的纵截面示意图。

图2为本实施例中抗震模块的示意图。

图3为本实施例中稳定模块的示意图。

图4为本实施例中机械连接结构示意图。

其中：1.路面结构，2.桥梁上部结构，3.EPS缓冲层，4.L型台座，5.返包式加筋土引道，6.顶部模块，7.抗震模块，8.EPS填充体，9.稳定模块，10.底部模块，11.基础模块，12.土工格栅，13.浆砌石防护体，14. H型抗震模块单元，15.H型稳定模块单元，16.第一机械连接机构，17.第二机械连接机构，18.加筋土体，19.金属填充体，20.长螺栓，21.金属垫片，22.螺纹，23.长螺母。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

一种抗震墙面加筋土桥台，包括路桥连接支承系统和加筋土桥台系统，所述路桥连接支承系统设于加筋土桥台系统的上部，路桥连接支承系统包括路面结构1、桥梁上部结构2、L型台座4和返包式加筋土引道5；所述路面结构1位于桥梁上部结构2及返包式加筋土引道5的顶部；所述桥梁上部结构2的一端搭接在L型台座4的水平段上，二者接缝处填充有EPS缓冲层3；所述返包式加筋土引道5设于L型台座4的竖直段外侧。

本发明中，所述返包式加筋土引道5包括多层依次上下堆叠的填料包，填料包采用土工格栅12将填料返包在内。

优选地，所述加筋土桥台系统包括加筋土体18和抗震墙面，所述L型台座4和返包式加筋土引道5均设于加筋土体18的顶部；所述抗震墙面竖直固定于加筋土体18一侧，且抗震墙面的高度超出加筋土体18的高度；所述抗震墙面的外侧增设有浆砌石防护体13。

优选地，所述抗震墙面包括自下而上依次对正相连的基础模块11、底部模块10、稳定模块9、抗震模块7和顶部模块6，所述基础模块11根据设计图纸固定设计位置，所述底部模块10通过插筋与基础模块11相连；所述稳定模块9内设有包裹在土工格栅12内的金属填充体19；所述抗震模块7内设有包裹在土工格栅12内的EPS填充体8；土工格栅12伸入其侧部的土体内，形成加筋土体18。

优选地，所述抗震模块7包括若干上下连接的H型抗震模块单元14，上下相邻两个H型抗震模块单元14连接后中部形成空腔，包裹在土工格栅12内的EPS填充体8放置在该空腔内，且通过土工格栅12与空腔内壁相连；所述土工格栅12穿过上下两个H型抗震模块单元14的连接缝后伸入侧部的土体。本发明中，所述顶部模块6顶部平整，底部开有凹槽，与首层H型抗震模块单元14对接。

优选地，所述稳定模块9包括若干上下依次连接的H型稳定模块单元15，上下相邻两个H型稳定模块单元15连接后中部形成空腔，包裹在土工格栅12内的金属填充体19放置在该空腔内，且通过土工格栅12与空腔内壁相连；所述土工格栅12穿过上下两个H型稳定模块单元15之间的连接缝后伸入侧部的土体。

本发明中，H型抗震模块单元14和H型稳定模块单元15均可分别通过长螺栓20压紧金属垫片21（可为环状）与土工格栅12固定。具体为，长螺栓20依次穿过土工格栅12和金属垫片21，利用金属垫片21压紧土工格栅12。

本发明中，土工格栅12与H型稳定模块单元15和H型抗震模块单元14的机械连接方式有两种，第一种为：土工格栅12进入上下相邻的两个模块单元形成的空腔后向下弯折，利用第一机械连接机构16固定于下模块单元内侧，随后紧贴其余内侧表面内部向上弯折，到达上模块单元内部与下模块单元机械连接所处同一表面的内表面后，利用第二机械连接机构17固定于上模块单元内侧；第二种机械连接方式相对于第一种所需预留土工格栅12更长，土工格栅12进入空腔向下弯折后，先不与第一机械连接机构16连接，在第二机械连接机构17处连接后，继续向下铺设，经过上下模块单元的接缝处，到达第一机械连接机构16处，此时再通过第一个机械连接构件将两层土工格栅12压紧固定。H型稳定模块单元中，两种连接方式均可使用，而H型抗震模块单元中仅可使用第二种链接方式。所述第一机械连接构件和第二机械连接构件均可为螺栓。

实施例

如图1所示的一种抗震墙面加筋土桥台，包括路桥连接支承系统和加筋土桥台系统两部分；路桥连接支承系统包括路面结构1、桥梁上部结构2、EPS缓冲层3、L型台座4（为钢筋混凝土结构）和返包式加筋土引道5；加筋土桥台系统包括抗震墙面、加筋土体18以及浆砌石防护体13，其中抗震墙面由顶部模块6、抗震模块7、稳定模块9、底部模块10和基础模块11组成，抗震模块7中为筋材包裹的EPS填充体8，稳定模块9中为筋材包裹的金属填充体19。

桥梁上部结构2，一般使用钢筋混凝土箱梁或板梁；EPS缓冲层3放置在桥梁上部结构2和L型台座4的接缝处，L型台座4直接放置在加筋土桥台上，支承桥梁上部结构2。EPS缓冲层3既能够防止地震产生的冲击破坏，又能减小由于季节性温度变化带来的台座变形和破坏；L型台座4可以将桥梁上部结构2和返包式加筋土引道5荷载均匀分布在加筋土桥台系统顶面，使其产生较为均匀的沉降变形。返包式加筋土引道5使用土工格栅12将填料返包在内，能有效保证填料压实度。

抗震墙面，从上到下依次为顶部模块6、抗震模块7、稳定模块9、底部模块10和基础模块11，具体结构为：

1、顶部模块6，上部平整，下部开有凹槽与首层H型抗震模块单元14对接。

2、抗震模块7（如图2所示），包括若干上下依次连接的H型抗震模块单元14，上下相邻两个H型抗震模块单元14连接后中部形成空腔，包裹在土工格栅12内的EPS填充体8放置在该空腔内，包裹EPS填充体8的土工格栅12与空腔内壁相连；所述土工格栅12穿过上下两个H型抗震模块单元14之间的连接缝后伸入侧部的土体。抗震模块7在地震作用下，可通过EPS填充体8产生一定程度的弹性变形，耗散大部分能量，防止墙面在地震中破坏。

3、稳定模块9（如图3所示），结构与抗震模块7相似，包括若干上下依次连接的H型稳定模块单元15，上下相邻两个H型稳定模块单元15连接后中部形成空腔，包裹在土工格栅12内的金属填充体19放置在该空腔内，包裹金属填充体19的土工格栅12与空腔内壁相连；所述土工格栅12穿过上下两个H型稳定模块单元15的连接缝后伸入侧部的土体。稳定模块9中填充有金属块体，能够在地震中保持稳定，不产生左右错动，从而保证上部墙面不发生过大位移。

4、底部模块10，与顶部模块6结构类似，其顶部开设有凹槽，以与底层H型稳定模块单元15对接；底部模块10通过钢筋与基础模块11相连接，能够较好的保证墙面的稳定性。

5、基础模块11，通过外侧的浆砌石防护体13增强支撑。

H型抗震模块单元14和H型稳定模块单元15均可分别通过长螺栓20压紧金属环状垫片21与土工格栅12固定。具体为，长螺栓20依次穿过土工格栅12和大刚度金属环状垫片，与预埋在模块单元内的长螺母23螺纹连接（图4中螺纹为附图标记22），利用金属环状垫片21压紧土工格栅12。模块制作时将长螺母23埋入模块单元内侧，在使用机械连接构件时，只需加入金属垫片21拧紧螺栓即可（如图4所示），操作简单高效，极大地方便了施工的进行。

土工格栅12与模块单元的机械连接方式有两种：第一种机械连接方式为土工格栅12进入上下两个相邻模块单元的凹槽形成的空腔后，向下弯折，利用第一机械连接机构16固定于下模块单元内侧，随后紧贴其余内侧表面内部向上弯折，到达上模块单元内部与下模块单元机械连接所处同一表面的内表面后，利用第二机械连接机构17固定于上模块单元内侧。第二种机械连接方式相对于第一种所需预留土工格栅12更长，土工格栅12进入空腔向下弯折后，先不与第一机械连接机构16连接，在第二机械连接机构17处连接后，继续向下铺设，经过上下模块单元接缝处，到达第一个机械连接处，此时再通过第一个机械连接构件将两层土工格栅12压紧固定。在稳定模块9中两种连接方式都可以使用；抗震模块7中使用第二种连接方式，能够防止EPS填充体8被上模块单元和下模块单元之间产生的剪力破坏，且每种机械连接方式均有两个机械连接构件，能够防止由于单个连接构件损坏导致的挡土墙破坏。

一种抗震墙面加筋土桥台施工方法，该包括以下步骤：

步骤一、平整场地，施工所需要的材料和设备进场，做好施工前的准备工作；

步骤二、在设计位置放置基础模块11及底部模块10，填筑第一层填料，利用小型手扶式碾压机对填料进行压实，达到底部模块10顶部并整平后，连接筋材与H型稳定模块单元15，并在上下两个H型稳定模块单元15组成的空腔内放置金属填充体19，随后循环进行放置H型稳定模块单元15、填筑填料、连接筋材与模块、铺设筋材的作业直至达到稳定模块9顶部；开始填充EPS填充体8，并以相似步骤开展上部抗震模块7的施工，直至墙面设计高度；

步骤三、达到设计高度后，平整填料表面，将L型台座4放置在加筋土体18上，随后在L型台座4后方进行返包式加筋土引道5的施工，保证压实后高度与L型台座4顶部一致；

步骤四、将桥梁上部结构2与EPS缓冲层3放置在L型钢筋混凝土台座另一侧，待变形稳定后，铺设路面结构1，完成施工。

最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种抗震墙面加筋土桥台，其特征在于，包括路桥连接支承系统和加筋土桥台系统，所述路桥连接支承系统设于加筋土桥台系统的上部，路桥连接支承系统包括路面结构、桥梁上部结构、L型台座和返包式加筋土引道；所述路面结构位于桥梁上部结构的上部，且桥梁上部结构的一端搭接在L型台座的水平段上，二者接缝处填充有EPS缓冲层；所述返包式加筋土引道设于L型台座的竖直段外侧；所述加筋土桥台系统包括加筋土体和抗震墙面，所述L型台座和返包式加筋土引道均设于加筋土体的顶部；所述抗震墙面竖直固定于加筋土体一侧，且抗震墙面的高度超出加筋土体的高度；所述抗震墙面的外侧增设有浆砌石防护体；所述抗震墙面包括自下而上依次对正相连的基础模块、底部模块、稳定模块、抗震模块和顶部模块，所述基础模块根据设计图纸固定设计位置，所述底部模块通过插筋与基础模块相连；所述稳定模块内设有包裹在土工格栅内的金属填充体；所述抗震模块内设有包裹在土工格栅内的EPS填充体；土工格栅伸入其侧部的土体内，形成加筋土体；所述抗震模块包括若干上下依次连接的H型抗震模块单元，上下相邻两个H型抗震模块单元连接后中部形成空腔，包裹在土工格栅内的EPS填充体放置在该空腔内，包裹EPS填充体的土工格栅通过机械连接机构与空腔内壁相连；所述土工格栅穿过上下两个H型抗震模块单元的连接缝后伸入侧部的土体；所述稳定模块包括若干上下依次连接的H型稳定模块单元，上下相邻两个H型稳定模块单元连接后中部形成空腔，包裹在土工格栅内的金属填充体放置在该空腔内，包裹金属填充体的土工格栅通过机械连接机构与空腔内壁相连；所述土工格栅穿过上下两个H型稳定模块单元的连接缝后伸入侧部的土体。

2.如权利要求1所述的抗震墙面加筋土桥台，其特征在于，所述返包式加筋土引道包括多层依次上下堆叠的填料包，填料包采用土工格栅将填料返包在内。

3.一种权利要求1～2中任意一项所述抗震墙面加筋土桥台的施工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、平整场地，施工所需要的材料和设备进场，做好施工前的准备工作；

步骤二、抗震墙面及加筋土体施工，抗震墙面及加筋土体的施工方法为：在设计位置放置基础模块及底部模块，填筑第一层填料，对填料进行压实，达到底部模块顶部并整平后，连接筋材与模块，并在模块空腔内放置金属填充体，随后循环进行放置稳定模块、填筑填料、连接筋材与模块、铺设筋材的作业直至达到稳定模块顶部，开始填充EPS填充体，并以相似步骤开展上部抗震模块的施工，直到墙面设计高度；模块单元空腔内放置填充体时，土工格栅与H型稳定模块单元的机械连接方式为：土工格栅进入上下相邻的两个模块单元形成的空腔后向下弯折，利用第一机械连接机构固定于下模块单元内侧，随后紧贴其余内侧表面内部向上弯折，到达上模块单元内部与下模块单元机械连接所处同一表面的内表面后，利用第二机械连接机构固定于上模块单元内侧；

步骤三、抗震墙面达到设计高度后，平整填料表面，将L型台座放置在加筋土体上，随后在L型台座后方进行返包式加筋土层引道施工，保证压实后高度与L型台座顶部一致；

步骤四、将桥梁上部结构与EPS缓冲层放置在L型台座另一侧，待变形稳定后，铺设路面结构，完成施工。

4.如权利要求3所述的施工方法，其特征在于，模块单元空腔内放置填充体时，土工格栅与H型稳定模块单元或H型抗震模块单元的机械连接方式为：土工格栅进入空腔向下弯折后，先不与第一机械连接机构连接，在第二机械连接机构处连接后，继续向下铺设，经过上下模块单元的接缝处，到达第一个机械连接处，此时再通过第一个机械连接构件将两层土工格栅压紧固定。

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