CN114635373B - 一种无需内撑结构的自稳承载通道 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无需内撑结构的自稳承载通道，属于道路工程技术领域，该自稳承载通道由以下两部分组成：小间距加筋土倒梯形复合体、路床均荷加筋垫，此两部分均通过筋材选用合适的小间距，改变筋层范围内全部土体，加筋土体通过筋土相互作用而表现出明显的复合体力学特性，具有复合体承载能力和刚度。通过创新性的采用小间距加筋土倒梯形复合体和小间距加筋复合体均荷垫技术，实现了无需内撑结构的自稳承载通道，实现了意向不到的技术效果，达到了前所未有的通道节能环保效果。
Description
技术领域：
本发明属于道路工程技术领域，特别涉及填方道路的下穿通道，亦适用于对变形控制要求低的低等级道路、人行道路、公园景观道路的下穿通道等。
背景技术：
传统的通道结构，采用钢筋混凝土，波纹钢等作为支撑结构，需要消耗大量的钢材和混凝土，经济投入高、碳排放量大。
现有的通道结构，如“一种薄壁环形装配式地下通道(专利号：CN201420320661.8)”、“一种高填方路基涵洞主动式综合减荷结构和减荷方法(专利号：CN202010658451.X)”，“一种桥隧涵洞预制构配件与施工工艺(专利号：CN202011034055.6)”、“高速公路工程涵洞组合式加固结构及其施工方法(专利号：CN202110448333.0)”一种涵洞台背路基加固结构(专利号：CN201921492445.0)、一种基于生态廊道建设便于生物穿越的道路涵洞(专利号：CN201911246932.3)、预制混凝土涵洞组装结构(专利号：CN201310321391.2)、一种用于涵洞的波纹板拱涵(专利号：CN201920972947.7)。
未见仅采用路基填料而不采用钢材、混凝土等高承载结构建造的通道结构。
目前，国家对节能环保提出了高要求，采用钢材、混凝土等建造通道的方案，碳排放量大，经济投入高。因此，需要在节能环保、就地取材、降低碳排放、降低投资基础上，提供一种基于传统路基填料的环保通道的新技术方案来解决上述问题。现提出一种无需内撑结构的自稳承载通道。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种无需内撑结构的自稳承载通道。
本发明所需要解决的技术问题采用以下方法进行实现：
一种无需内撑结构的自稳承载通道，由以下两部分组成：小间距加筋土倒梯形复合体、路床均荷加筋垫。此两部分均通过筋材选用合适的小间距，改变筋层范围内全部土体，加筋土体通过筋土相互作用而表现出明显的复合体力学特性，具有复合体承载能力和刚度。
所述小间距加筋土倒梯形复合体为采用小间距加筋土复合体技术且设置向内反向坡的路基结构。由筋材和加筋区填料组成；其中筋材采用土工合成材料，筋材间距为≤30cm。加筋区填料采用级配碎石、天然砂砾石、未筛分碎石等，加筋区填料压实度≥95％。
所述路床均荷加筋垫为采用小间距加筋土复合体技术的垫状结构。由筋材和加筋区填料组成；其中筋材采用土工合成材料，筋材间距为≤20cm，顶部筋材间距为≤10cm。加筋区填料采用路面基层许用填料，加筋区填料压实度≥98％。
本发明的进一步技术：
优选的，所述小间距加筋土倒梯形复合体的向内反坡坡面与地面的夹角为60°-90°。在夹角偏小或上部荷载要求高的情况下，顶部一定范围内适当减小加筋间距，优选内摩擦角大、筋土间界面摩擦作用强的坚硬填料。
优选的，所述小间距加筋土倒梯形复合体与路基的交界线与地面的夹角为90°-0°。当该夹角为90°时，两部分分界线为竖直线，当该夹角为0°时，全路基断面均为小间距加筋土倒梯形复合体，此时，路基范围为零。
优选的，所述筋材采用有纺土工布、土工格栅、无纺土工布等，加筋间距通常采用20cm，筋材需张紧。
优选的，所述加筋区填料分为开级配和连续级配两种类型，填料内摩擦角均不小于45°，填料与筋材摩擦系数均较大，填料最大粒径均不大于5cm，控制细粒含量，对于连续级配而言粒径75um及以下细粒含量≤12％，对于开级配而言粒径300um及以下细粒含量≤5％。
优选的，所述路床均荷加筋垫中筋材采用不与路面基层许用填料产生化学反应的有纺土工布、土工格栅、无纺土工布等，例如，路面基层许用填料采用水稳碎石时，不应采用聚酯材质的筋材。顶层筋材与路面间留有10cm的填料，以避免路面摊铺中热量、化学反应等对筋材的老化和腐蚀。筋材中顶部两层筋材向相接路床延伸≥90cm，以保证良好过渡。
本发明具有以下有益效果：
本发明提出的无需内撑结构的自稳承载通道，下部为抗弯刚度大的小间距加筋土倒梯形复合体，上部设置刚度更大的路床均荷加筋垫，采用天然碎石、砾石、或人工砂石料等低碳环保材料，通过合适填料性能下筋材强度、间距选择，采用竖向小间距分层加筋，形成可自稳且承载能力强、刚度大、变形小、抗交通动荷载强、抗震能力极佳的承载通道。
以形成底宽8m，高度7m的等边三角形通道为例，通道周长为24m，通道面积为28m2。单侧小间距加筋土倒梯形复合体底宽为2.5m，顶宽为7.9m，高度为7m；路床均荷加筋垫高度为0.9m，宽度为22m。无需内撑结构的自稳承载通道所用材料为每延米584.4m2的PP有纺土工布。采用与无需内撑结构的自稳承载通道同等条件的填料，如设置钢筋混凝土涵洞，涵洞壁厚通常为45cm，钢筋混凝土涵洞每延米混凝土用量为10.8m3，按含钢量150kg/m3计算，用钢量为每延米1620kg。显而易见，无需内撑结构的自稳承载通道方案增加材料仅为每延米584.4m2的PP有纺土工布，以20元每平米计算，增加造价为11688元，以每平米400g的重量计算，每延米运输材料重量为233.76kg。而传统钢筋混凝土涵洞方案，以混凝土每立方600元的市场价计算，每延米混凝土材料价格6480元；钢筋按以每千克4.5元的市场价计算，每延米钢筋材料价格7290元，传统钢筋混凝土通道方案，每延米材料造价为13770元，每延米运输材料重量为25380kg。综合可见，采用无需内撑结构的自稳承载通道，实现了材料造价大幅削减(材料造价减少15.1％)、材料运输重量大幅减少(减少至传统方案9.2‰)，用材极大的降低了碳排放量，达到了前所未有的经济、技术、环保效果。
综合可见，本发明提出的无需内撑结构的自稳承载通道，基于既有经济性好的天然填料，通过创新性的采用小间距加筋土倒梯形复合体和小间距加筋复合体均荷垫技术，实现了无需内撑结构的自稳承载通道，实现了意向不到的技术效果，达到了前所未有的通道节能环保效果。
附图说明:
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1为无需内撑结构的自稳承载通道示意图。
图中：1—小间距加筋土倒梯形复合体，1-1—筋材，1-2—加筋区填料，2—路床均荷加筋垫，2-1—筋材，2-2—加筋区填料。
具体实施方式:
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参见图1，一种无需内撑结构的自稳承载通道，为底宽8m，高度7m的等边三角形通道，通道周长为24m，通道面积为28m2。由以下两部分组成：小间距加筋土倒梯形复合体1和路床均荷加筋垫2。此两部分均通过筋材选用合适的小间距，改变筋层范围内全部土体，加筋土体通过筋土相互作用而表现出明显的复合体力学特性，具有复合体承载能力和刚度。
小间距加筋土倒梯形复合体1的向内反坡坡面与地面的夹角为60°。其中筋材1-1采用聚丙烯有纺土工布，筋材间距为20cm，筋材纵横向抗拉强度分别为100kN/m和90kN/m。加筋区填料1-2采用天然砂砾石，内摩擦角为49°，加筋区填料1-2压实度≥95％。
路床均荷加筋垫2中筋材2-1采用聚丙烯有纺土工布，筋材间距除顶部为10cm外，其余均为20cm。顶层筋材与路面间留有10cm的填料2-2，以避免路面摊铺中热量、化学反应等对筋材2-1的老化和腐蚀。筋材2-1中顶部两层筋材向相接路床延伸310cm，以保证良好过渡。加筋区填料2-2采用路面基层用水稳碎石，综合内摩擦角为55°，加筋区填料2-2压实度≥98％。
单侧小间距加筋土倒梯形复合体1底宽为2.5m，顶宽为7.9m，高度为7m；路床均荷加筋垫2高度为0.9m，宽度为22m。无需内撑结构的自稳承载通道所用材料为每延米584.4m2的PP有纺土工布。采用与无需内撑结构的自稳承载通道同等条件的填料，如设置钢筋混凝土涵洞，涵洞壁厚通常为45cm，钢筋混凝土涵洞每延米混凝土用量为10.8m3，按含钢量150kg/m3计算，用钢量为每延米1620kg。显而易见，无需内撑结构的自稳承载通道方案增加材料仅为每延米584.4m2的PP有纺土工布，以20元每平米计算，增加造价为11688元，以每平米400g的重量计算，每延米运输材料重量为233.76kg。而传统钢筋混凝土涵洞方案，以混凝土每立方600元的市场价计算，每延米混凝土材料价格6480元；钢筋按以每千克4.5元的市场价计算，每延米钢筋材料价格7290元，传统钢筋混凝土通道方案，每延米材料造价为13770元，每延米运输材料重量为25380kg。
由本实施例可见，采用无需内撑结构的自稳承载通道，实现了材料造价大幅削减(材料造价减少15.1％)、材料运输重量大幅减少(减少至传统方案9.2‰)，用材极大的降低了碳排放量，达到了前所未有的经济、技术、环保效果。
事实上，本发明实施例中的小间距加筋土倒梯形复合体和小间距加筋复合体均荷垫，根据工程实际的需要及所处的地理环境，还可以应用到其他领域，比如看台、施工平台、绑宽路基、底部大顶部小的景观艺术品等，此外，在本发明基础上，还可以在通道内部施加提高工程耐久性的非承载或者低承载结构拱，均属于本发明的保护范围。
综合可见，本发明提出的无需内撑结构的自稳承载通道，基于既有经济性好的天然填料，通过创新性的采用小间距加筋土倒梯形复合体和小间距加筋复合体均荷垫技术，实现了无需内撑结构的自稳承载通道，实现了意向不到的技术效果，达到了前所未有的通道节能环保效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种无需内撑结构的自稳承载通道，其特征在于：为小间距加筋土倒梯形复合体(1)和路床均荷加筋垫(2)通过填料性能下筋材强度、间距选择，而共同形成的厚型实腹式拱形自稳承载通道结构;
所述小间距加筋土倒梯形复合体（1）为采用小间距加筋土复合体技术且设置向内反向坡的路基结构，由第一筋材（1-1）和第一加筋区填料（1-2）组成，其中第一筋材（1-1）采用土工合成材料，第一筋材（1-1）间距为≤30cm，第一加筋区填料（1-2）采用级配碎石、天然砂砾石或未筛分碎石，第一加筋区填料（1-2）压实度≥95%；
所述第一加筋区填料（1-2）分为开级配和连续级配两种类型，填料内摩擦角均不小于45°，填料最大粒径均不大于5cm，控制细粒含量，对于连续级配而言粒径75um及以下细粒含量≤12%，对于开级配而言粒径300um及以下细粒含量≤5%;
所述路床均荷加筋垫（2）为采用小间距加筋土复合体技术的垫状结构，由第二筋材（2-1）和第二加筋区填料（2-2）组成；其中第二筋材（2-1）采用土工合成材料，第二筋材（2-1）间距为≤20cm，第二筋材（2-1）间距为≤10cm，第二加筋区填料（2-2）采用路面基层许用填料，第二加筋区填料（2-2）压实度≥98%。
2.根据权利要求1中所述的一种无需内撑结构的自稳承载通道，其特征在于：所述小间距加筋土倒梯形复合体（1）的向内反坡坡面与地面的夹角为60°-90°。
3.根据权利要求1中所述的一种无需内撑结构的自稳承载通道，其特征在于：所述小间距加筋土倒梯形复合体（1）与路基的交界线与地面的夹角为90°-0°。
4.根据权利要求3中所述的一种无需内撑结构的自稳承载通道，其特征在于：当该夹角为90°时，两部分分界线为竖直线，当该夹角为0°时，全路基断面均为小间距加筋土倒梯形复合体（1），此时，路基范围为零。
5.根据权利要求1中所述的一种无需内撑结构的自稳承载通道，其特征在于：所述第一筋材（1-1）采用有纺土工布、土工格栅或无纺土工布，第一筋材（1-1）间距采用20cm，第一筋材（1-1）张紧。
6.根据权利要求1中所述的一种无需内撑结构的自稳承载通道，其特征在于：所述路床均荷加筋垫（2）中第二筋材（2-1）采用不与路面基层许用填料产生化学反应的有纺土工布、土工格栅或无纺土工布。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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