冻土变刚度路桥过渡结构及其施工工艺

技术领域

本发明涉及路桥建设领域，具体而言，涉及一种冻土变刚度路桥过渡结构及其施工工艺。

背景技术

冻土是低于0℃且含有部分水冻结的土岩。冻土(季节冻土和多年冻土)总面积约占我国国土面积的75％，在多年冻土地区进行众多道路、桥梁等基础设施建设已经成为不可或缺的发展手段。然而，冻土的性质与温度变化密切相关，其未冻水含量将随着外界环境温度的变化而变化，这一特性决定冻土的力学和热学性能有较强的动态性和不稳定性，由此容易造成道路工程的路基不稳定，进而导致严重的工程病害。对于路桥过渡段而言，路面的不均匀沉降与路面开裂导致桥头跳车现象频频发生，严重地影响了行车安全及路面通行能力，同时由桥台跳车颠簸引起的冲击荷载，加速了桥台、支座等的劣化，降低了道路的使用寿命。

经研究发现，现有的冻土变刚度路桥过渡结构存在如下缺点：

不能够同时满足过渡段路基的变刚度需求以及路基稳定性，不能保护冻土地基层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冻土变刚度路桥过渡结构和冻土变刚度路桥过渡结构的施工工艺，其既能满足路桥过渡段路基的变刚度需求，同时保证路基稳定性，防止其断裂、滑移，并且对冻土地基层具有降温保护作用。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明提供一种冻土变刚度路桥过渡结构，包括：

用于设于地基层上的桥台和路基；

路基包括：

用于设于地基层上的级配碎石垫层；

设于级配碎石垫层上的钢筋混凝土支挡墙，钢筋混凝土支挡墙设有在路基的延伸方向上间隔排布的多个填充区域；钢筋混凝土支挡墙与桥台连接；

设于多个填充区域内的块碎石填料层，块碎石填料层背离级配碎石垫层的一侧设置有斜坡，且斜坡的高度在由靠近桥台的一侧向远离桥台的一侧的方向上逐渐减小；

设于斜坡上的填土层；

以及设于填土层与桥台之间的刚性搭板，刚性搭板被块碎石填料层承载且与桥台连接。

在可选的实施方式中，钢筋混凝土支挡墙包括框架式墙体，框架式墙体包括墙踵板以及与墙踵板连接的多个第一墙面板，多个第一墙面板的高度在由靠近桥台的一侧向远离桥台的一侧的方向上逐渐降低，墙踵板与多个第一墙面板共同限定出多个填充区域。

在可选的实施方式中，框架式墙体还包括高度相等的两个第二墙面板，两个第二墙面板均与墙踵板连接，两个第二墙面板均位于多个第一墙面板中高度最高的第一墙面板靠近桥台的一侧，两个第二墙面板在路基的延伸方向上具有间距，两个第二墙面板中远离第一墙面板的第二墙面板与桥台连接。

在可选的实施方式中，块碎石填料层包括块石填料层以及碎石找平层，块石填料层设于多个填充区域中，碎石找平层设于块石填料层上且位于两个第二墙面板之间；

刚性搭板同时被碎石找平层以及两个第二墙面板承载。

在可选的实施方式中，框架式墙体的多个墙面板中的至少两个之间设有对拉钢筋。

在可选的实施方式中，级配碎石垫层包括由下至上依次设置的第一级配碎石垫层、第一土工格栅层、第二级配碎石垫层、第二土工格栅层和第三级配碎石垫层。

在可选的实施方式中，桥台包括由下至上依次设置的台基础、台身和台顶，台基础用于与地基层连接，且台基础的部分与级配碎石垫层远离钢筋混凝土支挡墙的一侧连接。

在可选的实施方式中，台基础与级配碎石垫层之间设有混凝土回填层。

在可选的实施方式中，桥台预埋有第一连接钢筋，刚性搭板设有第二连接钢筋，第一连接钢筋与第二连接钢筋通过螺纹套筒连接。

第二方面，本发明提供一种冻土变刚度路桥过渡结构的施工工艺，施工工艺包括如下步骤：

在设有桥台的地基层上铺设级配碎石垫层；

在级配碎石垫层上设置具有多个填充区域的钢筋混凝土支挡墙，钢筋混凝土支挡墙与桥台抵接；

在多个填充区域设置块碎石填料层，且使块碎石填料层远离桥台的一侧形成斜坡；

在斜坡上设置填土层；

在填土层与桥台之间设置刚性搭板，刚性搭板同时被钢筋混凝土支挡墙以及块碎石填料层承载，将刚性搭板与桥台固定连接。

本发明实施例的有益效果是：

综上所述，本实施例提供的冻土变刚度路桥过渡结构，块碎石填料层和填土层的连接处形成斜坡结构，实现了路桥过渡处桥台与路基间变刚度衔接，避免了桥台与路基因为刚度不同而造成的台阶式压实沉降，并与桥台的台背处设置刚性搭板的方式相结合，使得路面动荷载得以向路基均匀传递，避免了块碎石填料层破碎或区域性压实，可以有效地防止该段路面在长期动荷载作用下因刚度骤变和块碎石压密效应而发生的不均匀沉降。并且，相较于普通填土层而言，块碎石填料层可以极大程度地消散列车经过时产生的动应力，有效地降低对路基结构的不利影响，增加了路基的稳定性及使用年限。

同时，块碎石填料层对于多年冻土区地基具有良好的热量屏蔽和冷量交换作用，可以实现对冻土地基的降温保护，防止多年冻土地基发生融化沉降，进一步改善了路基塌陷及路面不均匀沉降问题。同时，路桥过渡段侧面设置具有斜坡结构的块碎石填料层梯，取代了以往路桥过渡段的混凝土锥形护坡，不仅改善了混凝土面板面积过大、吸热过多问题，还可通过块碎石填料层的降温作用降低冻土地基内的平均温度，实现冻土保护。同时，块碎石填料层的热量屏蔽作用也可以阻止桥梁下水流对冻土地基强烈的水侵蚀作用，避免冻土处于长期不稳定状态。

并且，块碎石填料层设于钢筋混凝土支挡墙构成的填充区域中，作用于路基的动载荷传递至钢筋混凝土支挡墙和块碎石填料层，由于钢筋混凝土支挡墙对块碎石填料层具有约束作用，能够改善块碎石填料层滑移现象，从而改善路基沉降现象，进而提高路基的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例的冻土变刚度路桥过渡结构的结构示意图；

图2为本发明实施例的冻土变刚度路桥过渡结构的断面结构示意图；

图3为本发明实施例的路桥过度结构的立体结构示意图；

图4为本发明实施例的钢筋混凝土支挡墙的结构示意图；

图5为本发明实施例的钢筋混凝土支挡墙的部分结构示意图；

图6为本发明实施例的桥台与刚性搭板的结构示意图；

图7为本发明实施例的桥台与刚性搭板的连接结构的部分结构示意图。

图标：

001-地基层；101-第一承载面；102-第二承载面；100-桥台；110-台基础；111-上台；112-下台；120-台身；130-台顶；140-混凝土回填层；150-第一连接钢筋；160-螺纹套筒；200-路基；300-级配碎石垫层；400-钢筋混凝土支挡墙；410-框架式墙体；411-墙踵板；412-第一墙面板；413-第二墙面板；420-对拉钢筋；430-填充区域；440-灌浆套筒；441-注浆口；442-出浆口；450-预留钢筋；500-块碎石填料层；510-斜坡；520-块石填料层；530-碎石找平层；600-填土层；700-刚性搭板；710-第二连接钢筋；800-通风管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-图7，本实施例提供了一种冻土变刚度路桥过渡结构，服役期间不易出现大幅度沉降，使用安全性高，使用年限长。

请参阅图1和图2，本实施例中，冻土变刚度路桥过渡结构包括用于设于地基层001上的桥台100和路基200，其中，地基层001为冻土地基层001。

路基200包括用于设于地基层001上的级配碎石垫层300、设于级配碎石垫层300上的钢筋混凝土支挡墙400、块碎石填料层500、设于斜坡510上的填土层600和设于填土层600与桥台100之间的刚性搭板700。钢筋混凝土支挡墙400设有在路基200的延伸方向上间隔排布的多个填充区域430，钢筋混凝土支挡墙400与桥台100连接。块碎石填料层500设于多个填充区域430内，块碎石填料层500背离级配碎石垫层300的一侧设置有斜坡510，且斜坡510的高度在由靠近桥台100的一侧向远离桥台100的一侧的方向上逐渐减小；刚性搭板700被块碎石填料层500承载且与桥台100连接。

本实施例提供的冻土变刚度路桥过渡结构的有益效果包括，例如：

本实施例提供的冻土变刚度路桥过渡结构主要依靠块碎石填料层500和填土层600相结合的方式来实现路桥过渡段刚度的缓慢变化，并且对块碎石填料层500采用钢筋混凝土支挡墙400进行加固，不仅改善了块碎石填料层500在长期动荷载作用下易发生侧向滑移的问题，还通过减少混凝土板的表面积而减少地基层001吸热，由此达到保护冻土地基层001的目的。同时该冻土变刚度路桥过渡结构还利用块碎石填料层500的降温作用阻止冻土地基发生融化沉降，进一步保护了多年冻土，有效地解决了路面不均匀沉降引发的桥头跳车问题。

请参阅图1，本实施例中，应当理解，地基层001包括具有高度差的两个承载面，两个承载面均为水平设置，第一承载面101的高度低于第二承载面102的高度，第一承载面101和第二承载面102通过竖直面相连。

请参阅图3，本实施例中，在设置路基200前，先在第一承载面101上铺设桥台100。桥台100包括由下自上依次设置的台基础110、台身120和台顶130，台基础110用于与地基层001的第一承载面101连接。

可选的，台基础110的横截面为“T”形，换句话说，台基础110包括上台111和下台112，上台111在路基200延伸方向上的宽度小于下台112在路基200长度方向上的宽度，从而使台基础110的断面为“T”形。台基础110固定于第一承载面101后，下台112与第二承载面102之间具有高度差，在下台112与上台111靠近第二承载面102的一侧设置混凝土回填层140。混凝土回填层140的顶面高度与第二承载面102位于同一平面中。

台身120固定于上台111的顶面，台顶130靠近第二承载面102的一侧预埋有第一连接钢筋150。第一连接钢筋150用于与刚性搭板700连接。

进一步的，台基础110采用C50钢筋混凝土，桥台100的其余部分采用C35钢筋混凝土，浇筑时混凝土下料采用通长导管串筒以保证混凝土自由落差不超过2m，且采用分层浇筑法，每层厚度不超过30cm，从而减轻浇筑时混凝土的冲击，保证桥台100的抗压强度。

请参阅图6和图7，进一步的，桥台100的台顶130右侧沿路基200延伸方向设有1.5m长的第一连接钢筋150用于连接刚性搭板700；第一连接钢筋150采用间距为200mm布置的Φ8螺纹钢筋；混凝土回填层140为C15素混凝土回填形成。

本实施例中，可选的，级配碎石垫层300用于铺设在第二承载面102上，级配碎石垫层300的厚度设置为50cm，级配碎石垫层300铺设完成后，级配碎石垫层300与上台111以及混凝土回填层140连接，且级配碎石垫层300的顶面与上台111的顶面位于同一平面内，也即级配碎石垫层300的顶面高度与上台111的顶面高度相等。级配碎石垫层300主要由透水性良好的且粒径为5-6cm的破碎花岗岩堆砌而成。级配碎石层的抗压强度不小于80MPa，压碎值应不小于35％，软弱颗粒含量小于5％，含泥量小于2％，扁平细长碎石含量小于20％，压实系数不小于0.95。

进一步的，级配碎石层包括由下至上依次层叠铺设的第一级配碎石垫层300、第一土工格栅层、第二级配碎石垫层300、第二土工格栅层和第三级配碎石垫层300，第一级配碎石垫层300、第二级配碎石垫层300、第三级配碎石垫层300均采用先人工铺摊后机械碾压的方式铺设，碾压后高低差不大于±15mm。第一土工格栅层、第二土工格栅层搭接长度应大于30cm，抗拉强度不小于25MPa，拉伸模量不小于650Mpa。

请参阅图4，本实施例中，可选的，钢筋混凝土支挡墙400包括框架式墙体410和对拉钢筋420。框架式墙体410包括墙踵板411以及均墙踵板411连接的多个墙面板，多个墙面板均与墙踵板411垂直，且在路基200的延伸方向上，相邻墙面板的间距相等。

可选的，多个墙面板包括多个第一墙面板412和两个第二墙面板413，多个第一墙面板412的高度在由靠近桥台100的一侧向远离桥台100的一侧的方向上逐渐降低，墙踵板411与多个第一墙面板412共同限定出多个填充区域430。两个第二墙面板413均位于多个第一墙面板412中高度最高的第一墙面板412靠近桥台100的一侧，两个第二墙面板413在路基200的延伸方向上具有间距，两个第二墙面板413中远离第一墙面板412的第二墙面板413与桥台100的台身120贴合且连接，两个第二墙面板413和墙踵板411共同限定出一填充区域430。墙踵板411铺设在级配碎石垫层300上以及与上台111的部分顶面连接。

应当理解，多个第一墙面板412中高度最低的第一墙面板412与墙踵板411远离桥台100的一侧具有间距，高度最低的第一墙面板412和墙踵板411构成直角三角形的填充区域430。

对拉钢筋420的数量按需设置，相邻两块墙面板之间设有至少一根对拉钢筋420，从而增强钢筋混凝土支挡墙400的结构稳定性。

请参阅图5，本实施例中，需要说明的是，钢筋混凝土支挡墙400为预制件，可以在工厂预制好后再运输至现场进行装配。例如，钢筋混凝土支挡墙400采用全灌浆套筒440连接，即先将灌浆套筒440车丝，再把需要连接的预留钢筋450套丝，预留钢筋450与套筒通过丝扣连接，最后灌入灌浆料。应当理解，灌浆套筒440设有注浆口441和出浆口442，从注浆口441注入浆料。

进一步的，墙踵板411和墙面板均按照抗震等级二级要求设置为160mm墙厚，墙内按间距200mm均匀布置Φ16螺纹钢并配置箍筋，水平和竖向分布钢筋配筋率不小于0.2％，并且按照对拉钢筋420的位置提前预留30cm长钢筋以便进行锚固连接。墙踵板411在路基200的延伸方向上的长度为100m。

进一步的，对拉钢筋420采用Q235光圆钢筋，直径为12mm，高度方向按照1m等间距布置，每排对拉钢筋420的数量从下至上逐渐递减。

本实施例中，可选的，每个填充区域430中均填充有块碎石填料层500，多个填充区域430中的多个块碎石填料层500构成外轮廓大致呈直角梯形的结构。其中，直角梯形的上底背离级配碎石填料垫层，下底与墙踵板411接触，可选的，上底的长度为10m，下底的长度为100m。上底形成于两个第二墙面板413构成的填充区域430之间，上底与两个第二墙面板413的顶面位于同一高度，也即，上底与两个第二墙面板413的顶面位于同一平面内，该平面用于支撑刚性搭板700。

请参阅图3，可选的，块碎石填料层500包括块石填料层520和碎石找平层530，块石填料层520的块石最大粒径不大于150mm，每层压实厚度不超过30cm，压实后沉降量应小于3mm，孔隙度不大于28％。碎石找平层530的厚度为20cm，采用5～6cm的碎石填筑并压实。碎石找平层530设于块石填料层520的顶部，且碎石找平层530的顶面即为块碎石填料层500的上底，也即，碎石找平层530位于两个第二墙面板413之间的块石填料层520的顶部，并与第二墙面板413一起共同支撑刚性搭板700。

本实施例中，填土层600采用细粒含量小于30％的混合土和砂粘土作为填料，每层最大压实厚度不超过20cm，采用1:1.5的边坡比进行放坡。填土层600铺设完成后，填土层600的顶面高于碎石找平层530的顶面，填土层600与台顶130之间形成用于卡接刚性搭板700的矩形槽。

本实施例中，可选的，刚性搭板700长度设置为10m，搭板厚度不小于30cm，板内布置间距为200mm、直径为8mm的第二连接钢筋710，刚性搭板700设于碎石找平层530上，同时与两个第二墙面板413接触，刚性搭板700在路基200的延伸方向上的两侧分别与台顶130和填土层600连接，且刚性搭板700上的第二连接钢筋710与台顶130上的第一连接钢筋150通过螺纹套筒160连接，并采用C30混凝土浇筑。

应当理解，路桥过渡段处，由于纵坡变化较小，于是可将该段处路面近似为一圆弧，此时车辆通过时会产生向心加速度。假设M为人车自重，则向心力为F＝Mv

应当理解，刚性搭板700设置完成后，刚性搭板700的顶面与填土层600的顶面平齐。

在其他实施例中，块石填料层520中预埋有多根通风管800，通风管800沿路基200的宽度方向延伸，通风管800的两端均为敞口。

本实施例提供的冻土变刚度路桥过渡结构，结构稳定性高，服役时间长，安全可靠。

本实施例还提供了一种冻土变刚度路桥过渡结构的施工工艺，包括如下步骤：

A.路基200开工前，应实现三通一平，通过碾压方式处理路基200规划范围内的天然地表，同时进行测量定线工作，测量精度以《公路路线勘测规程》的要求为标准。

B.在处理好的天然地表上采用先人工铺摊后机械压实的方式铺设第一级配碎石垫层300，测量级配碎石垫层300平整程度达到《公路路基200施工技术规范》要求，然后铺设土工格栅。重复上述步骤从下至上依次铺设第二级配碎石垫层300、第三级配碎石垫层300，并压实。

C.将钢筋混凝土支挡墙400运输至施工现场后，按要求采用螺纹式套筒连接的方式进行组装。先沿着预制墙体的内边线安装钢筋定位卡具和固定七字码，方便引导预制组件的落位，并采用镜子观察预制组件钢筋是否与灌浆套筒440对孔。落位完成后，通过斜支撑调节预制墙体的垂直度并固定斜支撑，然后立刻对灌浆区域墙体内侧进行封堵，确保在灌浆前封堵砂浆达到设计强度等级，同时避免对灌浆区域造成污染。砂浆封堵4小时后，采用机械连续灌浆，并按照规范要求留置试块。

D.已安装好的钢筋混凝土支挡墙400养护完成后，在其墙面板内布置对拉钢筋420，对拉钢筋420两端分别与钢筋混凝土支挡墙400的墙面板的预留钢筋450进行锚固连接。

E.按要求在钢筋混凝土支挡墙400内分层填入块碎石填料并压实，每层压实厚度不超过30cm，最后铺设20cm厚的碎石找平层530。将块碎石填料运输到施工场地后，进行测量放线，先人工铺摊后，采用挖掘机粗平，接着用挖掘机履带排压一遍，然后用装载机配合人工用碎石细料填充石块缝隙，再用振动压路机碾压4～6遍直至满足压实标准后进行下一层铺筑。

F.填土层600采用分层摊铺路基200填料，每层摊铺高度控制在25cm，采用钢轮压路机静压一遍后再用振动压路机碾压5～6遍。每层施工前需对上层压实填筑土洒水湿润，防止路基200破坏，减少粉尘污染。

G.在块碎石路基200上层绑扎钢筋，左侧与预留钢筋450通过螺纹套筒160连接，然后按刚性搭板700的面板尺寸支模板，采用C30混凝土进行浇筑，浇筑完成后养护14天。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。