CN1335433A - 采用复合地基的架空路 - Google Patents

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本发明涉及一种采用复合地基的架空路,其主要特征在于采用水泥土桩等复合地基、条形基础、排架墩来支撑而离开地面的钢筋砼桥梁。本发明结构简单,施工容易快速,每平方米造价七百元左右,适用于引桥、跨线桥及代替软基、高填土路基、穿越良田和村镇的道路。如全长53.7公里的京珠高速广珠段,若采用本发明,估算可节省工程投资7.3亿元,少征地569亩,增加桥下空间51.7万平方米,并能显著降低运营时的维修费。

Description

采用复合地基的架空路
架空路是指用柱子等支撑而离开地面的道路,这与架在江河、山谷等上面以便通行的桥梁目的和形式有所不同。
公路和铁路的密度和等级是社会发展的需要和表现,但交通建设的同时存在下列五大技术和社会问题未得到解决:1、高等级道路技术要求高、施工难度大、容易出现如路面平整度差、伸缩缝损坏、桥头跳车等七大病害,及实际使用年限短等技术问题;2工程造价高,如双向四车道高速公路每公里工程直接费,经济的梁式桥段3100-4000万元之间、一般填方路段1500万元左右、软基路段为2000-3000万元;3、建设工期长,资金回收慢;4、至96年底全国交通占用土地面积已达0.82亿亩,是最大的用地行业,随着千岁老人概念的产生,交通占用耕地的矛盾更加突出;5、破坏环保及影响当地群众的生活和生产。
解决结构问题,首先必须解决基础问题。复合地基由天然地基和增强桩体所组成,其本质就是考虑桩、土的共同作用,因此这较之荷载仅由天然地基承担容易控制沉降,又较之荷载仅由桩基承担更经济和合理。碎石桩、砂石桩、水泥土桩、石灰桩、灰土桩等是复合地基经济可行的形式,尤其是对采用粉喷或浆拌而成的水泥深层搅拌桩的受力机理已进行了深入的研究,施工方法和施工机械目益发展更新,九层以下的楼房等结构物已大量采用水泥土桩复合地基代替钻孔灌注桩基础,并取得显著的经济效益。高等级公路和铁路在涵洞、挡土墙和桥台高填土路段的软基处理等也引入了水泥土桩等复合地基。
架空楼是房地产界为营造环境而创造出来的新名词,许多交通工程,如引桥、高架桥、立交桥等实际上是一种架空路,但在设计观念上,均离不开桥梁结构一般形式的思想框框,喜欢采用桩顶沉降近乎零的钻孔灌注桩基础,认为桥梁的经济跨径在16至20米之间,因此造成路段和桥段的结构形式不同、设计效果不同、造价差异很大。对于砼路面来说,若进行配筋,并适当支撑而离开地面形成一种新的结构形式,必定具有重大的经济效益和社会效益。
本发明的目的是引用架空楼设计思想和应用复合地基等技术,突破桥梁最经济跨径约16米的概念,考虑征地、利用桥下空间、不影响当地群众的生活生产、环保等因素,设计一种小跨径桥梁使路面架空,形成一种结构简单、施工容易快速、质量保证、造价低廉的架空路,做为旱地桥梁,用于大桥引桥、跨线桥、匝道桥、及代替软基、高填土路基、穿越良田和村镇的道路。
本发明的特征在于条形基础1设置在由天然地基土体2和由水泥土桩、石灰桩等增强桩体3组成的复合地基4上,排架墩5的立柱6的柱脚垂直浇固在条形基础1的上面,梁板7以静定或超静定的结构形式与排架墩5的顶帽8连接构成的钢筋砼桥梁。
我们知道决定桥梁造价的要素一是跨径,二是基础工程。而制约桥墩设计的主要因素是承载力、沉降量和沉降差。《公路桥涵设计规范》中对桥梁的墩台沉降和位移的容许值作了明确规定:小跨径简支梁墩台均匀总沉降值、相邻墩台均匀总沉降差的容许值分别为10cm和5cm。根据工程设计计算和实测结果表明,在软土基础上采用水泥土桩复合地基,预计计算的最终沉降值平均为3cm左右,较大的沉降值约至5cm,而实测的沉降值平均为1.5cm。可见采用水泥土桩复合地基就是在软土地基上,也能满足桥规有关沉降方面的要求。针对复合地基4采用条形基础1和排架墩5的结构,可使下部构造既简单又经济。采用小跨径梁桥,并进一步优化设计可使架空路的造价非常低廉,接近甚至低于路基路段的造价。复合地基4采用的增强桩体3的形式包括了碎石桩、砂石桩、水泥土桩、石灰桩和灰土桩等。
本发明的特征在于梁板7以简支梁形式两端安放在顶帽8上,梁板可采用预制或现浇法施工的钢筋砼或预应力砼结构,桥面采用多跨连续的砼铺装层9,对应在顶帽8等处设置伸缩缝17,为提高桥梁的整体性和减少砼铺装层9的损坏,对于预制梁,砼调平层20与砼铺装层9宜做为一个整体一起现浇砼,并在墩顶处设置足够的钢筋网。为提高行车的舒适性和减少噪音,也可采用沥青砼桥面层。若跨径小于或等于10米梁板7可采用沥青纸垫层18做支座。
为消灭伸缩缝,结合小跨径桥的特点,本发明的特征在于梁板7以简支梁形式两端安放在顶帽8上,一孔的梁板7与另一孔的梁板7在顶帽8上方的间隙中,可采用泡沫塑料板等为分隔材料10,传力杆11从一孔的梁板7梁端的砼中横穿过分隔材料10至另一孔的梁板7梁端的砼中,桥面采用连续的沥青砼铺装层12。由于采用小跨径,每一孔梁板的微小的温差变形、砼收缩徐变等能被间缝及分隔材料和沥青砼路面吸收,因此可设计成为一种可不设伸缩缝的沥青砼桥面的简支式整体桥。另一种砼桥面的简支式整体桥的特征是在砼铺装层9对应于顶帽8横桥轴线上,安装一片比桥面低2至4cm的分隔材料10,传力杆11从一孔的梁板7或砼铺装层9中横穿过分隔材料10至另一孔的梁板7或砼铺装层9中。砼桥面连续浇注以保证其平整度。至砼桥面终凝后,用切缝机沿分隔材料10的上方横桥向切出一条贯通的施工缝13,并用沥青油膏等填充料灌满施工缝13做为伸缩缝。采用上述两种形式的整体桥,不但有利于通车,而且还能减少温差变形等对下部构造的影响,简化排架墩的受力计算节省配筋,更有利于减少温差变形对桥面铺装层的影响,减少铺装层的损坏。
本发明的特征还在于梁板7为连续梁14,或梁板7与顶帽8浇注成整体,成为一种框架式桥梁15。对于小跨径桥梁自重荷载只占设计荷载的30%左右或更低,而70%以上为随机活载,故可通过提高条形基础1的刚度来均衡降低地基的承载力,如将条形基础1设计成如倒T梁一样带扩大基础的地下连续墙16。也可采用水泥土桩等增强桩体3长短桩相结合的加固形式,或将桩基并排组成壁状加固型、格构式加固型等措施增加地基协调变形的能力,减少工程造价。
图1是一种架空路断面示意图。
图2是桥面铺装连续的架空路墩顶结构形式示意图。
图3是采用沥青砼桥面的整体式架空路墩顶结构形式示意图。
图4是采用砼桥面的整体式架空路墩顶结构形式示意图。
图5是采用连续梁的架空路墩顶结构形式示意图。
图6是框架式架空路节点结构形式示意图。
图7是填方路基断面示意图。
图8是并靠式架空路的断面示意。
图9是考虑架空路下地面阳光强度的设计原理示意图。
图10是采用中间带加宽的设计形式示意图。
图11是一种架空路与桥梁连接的结构形式示意图。
图12是一种采用框架式架空路与路基连接的结构形式示意图。
本发明由于采用复合地基,设计灵活,能满足上部构造的承载力和沉降要求,最大限度地利用原状土,施工时无振动、无噪音、无污染、加快了工期,降低了造价。针对复合地基采用条形基础和排架墩,使下部构造既简单又经济,由于采用小跨径桥梁,因此可采用沥青纸等低值产品做支座,也因为小跨径桥梁,温差变形量相应较小,因此可设计成不设伸缩缝的沥青砼桥面和砼桥面的简支式整体桥,不但节省了伸缩缝,消除因伸缩缝引起的一系列病害,而且也简化了排架墩的受力计算。在构造上本发明还可采用连续梁和框架桥等多种形式。并可通过采用地下连续墙等形式,通过提高条形基础的刚度等方法来均衡地基承载力,进一步降低工程造价。本发明与现有的桥梁结构相比较,跨径较小,不采用钻孔灌注桩基础,也可不采用橡胶支座和伸缩缝,能方便地成为桥面结构与砼路面相似的整体式桥梁,结构简单,技术难度低,施工快速,无污染,造价降低了50%以上,养护费用也将极大降低。本发明与路基路段形式相比较,能节省征地50%左右,极大减少建筑物物料用量、采集和运输,改路基覆盖植皮为桥下有用空间,不影响当地群众的生活和生产,不必考虑地基稳定时间,施工快速,造价与路基相当或有所降低,但设计寿命比路基结构延长数倍,因此运营时的维修费将极大降低。除填挖平衡路段外,若大量采用架空路,也就减少桥头跳车的问题。可见这是一个利国利民利企业,具有重大应用价值的发明。
下面结合附图和实施例对本发明的结构和施工方法作进一步的描述。
实施例1:简支式桥面连续的架空路。
原设计为双向四车道高速公路,设计路面宽2×12m,路基高6米,如附图7所示,须征用土地范围58.8m宽,为节省用地现改为架空路,设计断面如附图8所示,包括防撞栏两侧各加宽1m,只须征地26.02m,相比可节省征地面积55.7%。架空路设计跨径取5m,如附图1所示,下部构造采用水泥搅拌桩复合地基4,条形基础1和排架墩5。复合地基设计时根据设计荷载和工程地质条件,先计算单桩承载力,确定置换率和布桩数,进行复合地基承载力验算,再验算下卧层强度,最后进行总沉降验算,并使总沉降量控制在5cm以内。加固施工时为使桩体水泥拌和均匀,须慢速提升,采用二次半喷浆搅拌施工工艺,并在成桩后进行质量检验,以确保水泥土桩的工程质量。条形基础和排架墩的设计和施工无特殊要求。如附图2所示,上部构造采用现浇钢筋砼板7,板7采用三层沥青纸做支座,板与板之间均采用3cm厚的泡沫塑料板隔离。桥面砼铺装层20孔一连,在每个墩顶上切一条约3cm深的施工缝。桥面采用SSFB伸缩缝。
实施例2:考虑桥下光照强度的架空路。
为最大限度使用土地资源,使桥下仍保持一定的光照强度,桥下土地还可用于种植等。如附图9所示,将左右上下行桥分开,两桥中间带宽度参照建筑规范取大于2倍桥高,桥下净高考虑取大于二分之一桥宽。
其余同实施例1。
实施例3:经济适用的中间加宽设计模式。
如附图10所示,本高速公路先按双向四车道的要求设计和施工,但上下行桥中间带预留宽度取大于2个行车道宽外加1m中央分隔带,即大于8.5m。第一期一次征地,中间带先做为绿化带,种植树木,用于绿化并起到防眩光的作用。第二期修建中间的架空路,凿除原左右桥内侧的防撞栏,并使新桥左右两侧的桥面标高与原两桥的标高对应,保持相应横坡,1m宽的中央分隔带用于绿化。加宽过程不会影响到主线出入口等交通设施的变更,规划更科学,经济适用,及减少影响交通运营。
其余同实施1。
实施例4:采用沥青砼桥面的简支式整体架空路。
如附图11所示,设计跨径取8m。复合地基采用φ50水泥粉喷桩,为提高条形基础1的刚度将其设计为如倒T梁形式的带大扩基础的地下连续墙16,并在基础和复合地基之间增加30cm的粗砂层19,以更好发挥天然地基的承载力。梁板7为预应力预制板,20为砼调平层,调平层的间隙采用泡沫塑料板分隔,调平层20与调平层20之间设传力杆11,沥青砼桥面12连续铺设,为减少沥青路面在墩顶上开裂,在对应于墩顶处的沥青调平层和磨损层中间加入网状物。结构物的温差等变形被间缝、泡沫板和沥青路面吸收,成为一种可不设伸缩缝的整体式架空路。
其余同实施例1实施例5:采用砼桥面的简支式整体架空路如附图4所示,设计跨径为10m,复合地基采用石灰粉喷桩。梁板7为预应力预制板,桥面铺装层9和调平层20一次浇注砼,在梁板7的间隙中插入一片厚3cm的泡沫塑料板,泡沫板顶面距桥面低3cm,泡沫板安装时应保证垂直、平顺。按要求安装传力杆11,相邻孔砼桥面的砼铺装时连续浇注,以保证桥面的平整度。当浇注砼终凝后,用切缝机沿泡沫塑料板10的上方切割一条贯通的施工缝13.切缝宽度大于3mm,并用沥青胶等填充饱满。切缝能满足消除温差变形对结构物的影响,成为不设专门伸缩缝的简支式整体架空路。
其余同实施例1。
实施例6架空路与路基的一种连接方式如附图12所示,边跨采用5跨一连的框架式架空路,以增加边跨抵抗路基土压力的能力,同时也采用水泥搅拌桩对桥头路基地基进行加固,为减少路基变形对架空路造成的影响,施工顺序做了如下安排:①同时施工架空路和路基的水泥搅拌桩;②填筑路基并至路基下沉稳定达到要求;③挖土方施工条形基础1、排架墩5及其桥面系;④施工路基垫梁21,⑤现浇桥头踏板22,⑥施工桥面铺装层;⑦桥台护坡23等。
其余同实施例1。

Claims (7)

1.采用复合地基的架空路,其特征在于条形基础1设置在由天然地基土体2和由水泥土桩、石灰桩等增强桩体3组成的复合地基4上,排架墩5的立柱6的柱脚垂直浇固在条形基础1的上面,梁板7以静定或超静定的结构形式与排架墩5的顶帽8连接构成的钢筋砼桥梁。
2.如权利要求1所述,其特征在于梁板7以简支梁形式两端安放在顶帽8上,桥面采用多跨连续的砼铺装层9。
3.如权利要求1所述,其特征在于梁板7以简支梁形式,两端安放在顶帽8上,一孔的梁板7与另一孔的梁板7在顶帽8上方的间隙中采用泡沫塑料板等为分隔材料10,传力杆11从一孔的梁板7梁端的砼中横穿过分隔材料10至另一孔的梁板7梁端的砼中,桥面采用连续的沥青砼铺装层12。
4.如权利要求1所述,其特征在于梁板7以简支梁形式两端安放在顶帽8上,桥面采用砼铺装层9,在砼铺装层9对应于顶帽8横桥轴线上安装一片比桥面低2至4cm的分隔材料10,传力杆11从一孔的梁板7或砼铺装层9中横穿过分隔材料10至另一孔的梁板7或砼铺装层9中,用切缝机沿分隔材料10的上方横桥向切出一条贯通的施工缝13。
5.如权利要求1所述,其特征在于梁板7为连续梁14。
6.如权利要求1所述,其特征在于梁板7与顶帽8浇注成整体,成为框架式桥梁15。
7.如权利要求1至6所述,其特征在于条形基础1为带扩大基础的地下连续墙16。
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