一种路桥过渡段自适应变刚度结构

技术领域

本发明属于路桥过渡段设备领域，具体为一种路桥过渡段自适应变刚度结构。

背景技术

路桥过渡段作为连接道路与桥梁的关键结构，是保证车辆平顺、安全通行的关键。然而该结构由于桥台与路基的刚度骤然变化导致其易发生差异性沉降病害，尤其是在通车后动力荷载作用下该病害表现得更为明显。而在多年冻土地区或软弱路基地区公路、铁路路桥过渡段冻土热融、路基下沉使桥头路基与桥台的刚度相差扩大更易造成刚度差异性沉降，同时带来的问题是桥台处伸缩缝寿命大大降低。

针对刚性的桥台和半刚性或柔性的路基，国内为使桥梁段和路基段刚度在冻土热融和不均匀沉降作用下差异不扩大，一般采取了以下措施：(1)设置桥头搭板，使得刚度渐变且减缓冻融影响；(2)土质改性或片(块、碎)石材料填筑等方法增加过渡段路基的刚度，调控路基横断面上能量分布不均匀状态；(3)设置通风箱或板桩改善过渡段路基刚度；(4)设置热棒路基，将冻土中的热量导出，实现工程作用下冻土结构的能量平衡，减少路基侧的沉降；(5)延长桥梁长度，采用“以桥代路”的形式逃避不稳定、高风险的高温、高含冰量冻土，减少路基高度，以最小的热扰动跨越冻土。(6)增设桥头挡渣墙、干砌片石加高路肩等措施，增加道床的横向阻力。根据多年冻土区和软弱地基区桥梁病害研究，以上措施虽然短时间内对该类病害有所治理，但无法从根本上解决此病害，随着时间的增加反复多次的使用上述方法，会影响路基稳定性，造成桥头路基下沉问题依然严重，需要进一步积极研究，制定出切实可行的整治方案解决路桥过渡段的差异性沉降，使冻土路基或者软弱路基保持长期稳定性

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种路桥过渡段自适应变刚度结构及施工方法，该路桥过渡段自适应变刚度结构外观简洁，结构受力合理，施工快速便捷，使沿远离桥位方向路基沉降的逐步变化，减小了路桥过渡段的病害，保证了车辆的平顺、安全通行，具备规模化建设应用的广阔前景。

为实现上述目的，具体技术方案如下：

第一方面提供了一种路桥过渡段自适应变刚度结构，自适应变刚度结构用于桥体单元和路面单元，所述自适应变刚度结构包括：

筏形基础，若干所述筏形基础布置于不稳定地基上；

其中，筏形基础为钢混箱、通箱、复合工字架或船体；

其中，若干所述筏形基础之间通过横向连接件和纵向连接件连接；

其中，所述横向连接件和纵向连接件为软钢金属消能阻尼器或低屈服点高塑性型钢；

其中，所述筏形基础沿纵向靠近桥台处尺寸大于远离桥台处尺寸，呈依次递减；以及

支柱，若干所述支柱设置于筏形基础上；

顶盖板，所述顶盖板固定于若干所述支柱上；

其中，所述顶盖板上铺设路面单元，所述顶盖板上的刚性搭板与桥体单元搭接；

其中，自适应变刚度结构空间内填充路基填料。

进一步的，所述筏形基础纵向相邻间长度比例为1:1～1:0.4。

进一步的，所述筏形基础纵向相邻间高度比例为1:1～1:0.4。

进一步的，所述钢混箱采用空腔结构。

进一步的，所述通箱采用两端开孔的箱式结构。

进一步的，所述通箱内部设置基础隔板；

所述复合工字架内部设置基础隔板。

进一步的，所述船体由篷架和船舱组成，所述船舱上部连接有篷架；

其中，船舱内部设置加重体，加重体的重心居中；

其中，所述篷架和船舱之间设置基础隔板。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：

1)本发明提供一种路桥过渡段自适应变刚度结构，通过自适应变刚度结构，实现桥梁段桥台到路基段刚度逐渐变小的自适应刚度衔接，避免了刚度突变造成的地基差异性沉降。并且将台后刚性搭板与自适应变刚度结构结合，路面车辆荷载可以均匀地向路基传递，防止路面在长期车辆荷载作用下因刚度变化过大和路基填料压密效应造成沉降。

2)本发明提供的自适应变刚度结构构造简单，受力明确。顶盖板承担路面荷载和车辆动荷载，提高路基侧的整体刚度，实现了变形的平顺过渡。支墩连接顶盖板和筏形基础，同时支墩的数量和高度可调节分段结构的刚度。筏形基础可减少路基的自身变形以及冻融影响，基础尺寸、数量可根据路基宽度、高度、车辆荷载等指标进行调整，不连续的不同长度、不同大小的筏形基础提供了不同的地基刚度，实现了刚度的自适应性，在冻土热融、地基下沉时能起到上浮抵消沉降的作用。筏形基础间可设置基础连接材料，进一步增强了地基的整体性和相互间变形平顺性。

3)本发明提供的箱型筏形基础结构可保证通风保温，抵抗高温冻土地基的不均匀沉降，实现冻土地基的降温保护用，避免冻土处于长期不稳定状态，同时减小路基自身变形。

4)本发明提供的一种路桥过渡段自适应变刚度结构施工效率高、风险小，可以装配化制作和安装，刚性搭板、顶盖板、支墩、筏形基础以及基础连接材料都可以工厂预制，现场安装，契合现代化桥梁、路基装配化施工的理念，使路桥过渡段自适应变刚度结构施工安装工期明显缩短并节约施工成本。

5)本发明从变形平顺过渡、自适应调节刚度、抵抗差异性沉降、主动冷却冻土等综合方法治理冻土地区和软弱地基地区的路桥过渡带病害，同时该组合结构还适用于冻土区、沼泽区、湿地区、淤泥区的路基段和路桥过渡段设计。克服目前冻土区和软弱地基区路桥过渡带治理的被动性、单一性问题，是一种综合治理措施，具有很好的适应性、施工简便、抵抗地基不均匀沉降、自适应调节路面刚度过渡、主动冷却冻土、运营维护成本低等特点。

附图说明

图1为本发明实施例1路桥过渡段立面示意图；

图2为本发明实施例1路桥过渡段横断面示意图；

图3为本发明实施例1自适应变刚度结构立体结构示意图；

图4为本发明实施例2路桥过渡段立面示意图；

图5为本发明实施例2路桥过渡段横断面示意图；

图6为本发明实施例2自适应变刚度结构立体结构示意图；

图7为本发明实施例3路桥过渡段立面示意图；

图8为本发明实施例3路桥过渡段横断面示意图；

图9为本发明实施例3自适应变刚度结构立体结构示意图；

图10为本发明实施例4路桥过渡段立面示意图；

图11为本发明实施例4路桥过渡段横断面示意图；

图12为本发明实施例4自适应变刚度结构立体结构示意图。

图中所示：

桥体单元100；

路面单元200；

自适应变刚度结构300、筏形基础310、钢混箱311、通箱312、复合工字架313、船体314、篷架3141、船舱3142、加重体3143、横向连接件320、纵向连接件330、基础隔板340、支柱350、顶盖板360、刚性搭板361；

路基填料400

不稳定地基500。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

实施例1：一种路桥过渡段自适应变刚度结构，其结构如图1-3所示。

本实施例的自适应变刚度结构300包括筏形基础310、横向连接件320、纵向连接件330、基础隔板340、支柱350和顶盖板360，其中筏形基础310采用钢混箱311结构。

本实施例所述路桥过渡段自适应变刚度结构适用于冻土地区，路基宽度为25.5m。

本实施例所述顶盖板360为钢混凝土组合结构，宽度28.5m，厚度0.6m，长度28m，顶盖板360钢板采用Q355钢材，钢材壁厚30mm，盖板内填充C60微膨胀混凝土。

本实施例所述顶盖板360上侧连接刚性搭板361,具体连接时，刚性搭板361一侧搭接于顶盖板360上，另一侧搭接于桥体单元100上，所述顶盖板360下侧连接支柱350。

本实施例所述筏形基础310为不连续的不同长度、不同大小的钢混箱311结构。为保证钢混箱311具备浮力，钢混箱311内部为空腔结构。钢混箱311采用Q355钢材和C60微膨胀混凝土，三个基础钢板内外侧壁厚分别为35mm、30mm、28mm，三个基础内外侧钢板之间的混凝土厚度分别为50cm、45cm、40cm。

所述钢混箱311纵向由三个基础连接形成，基础间不连续，基础纵向长度分别为12m、8m、5m，基础高度分别为3.5m、2.5m、1.8m。

所述相邻两个纵向钢混箱311长度比例依次为1:0.67,、1:0.63，相邻两个纵向筏形基础高度比例依次为1:0.7、1:0.72。

所述钢混箱311横桥向宽度略大于路基宽度，本实施例中筏形基础横向总宽度为30m，钢混箱311横向由三个基础连接形成,单个横向基础宽度均为9m。

所述钢混箱311间设置横向连接件320和纵向连接件330，横向连接件320和纵向连接件330采用软钢金属消能阻尼器或低屈服点高塑性型钢，可增强地基的整体性和相互间变形平顺性。

所述支柱350连接顶盖板360和筏形基础310，第一组钢混箱311的支柱350纵向间距为3m，横向间距6.5m，第二组钢混箱311的支柱350纵向间距为2.5m，横向间距6.5m，第三组钢混箱311的支柱350纵向间距为2m，横向间距6.5m。

所述支柱350为钢混组合结构，与筏形基础310、顶盖板360一致。支柱350钢板采用Q355钢材，钢板壁厚为28mm，钢管内填充C60微膨胀混凝土。

在自适应变刚度结构300其余空间内填充路基填料400，保证了过渡段的稳定性。

本实施例所述一种路桥过渡段自适应变刚度结构的施工方法为：

1.施工桥体单元100，并对路基平面进行平整压实；

2.在筏形基础310底设置保温材料；

3.预制安装筏形基础310钢结构；

4.安装支柱350钢结构并浇筑钢箱内C60微膨胀混凝土，分层分段完成顶盖板360以下处路基护坡施工；

5.安装顶盖板360钢结构并浇筑钢箱内C60微膨胀混凝土，完成自适应变刚度结构的施工；

6.安装桥头刚性搭板，进行路面单元施工。

实施例2：一种路桥过渡段自适应变刚度结构，其结构如图4-6所示

本实施例的自适应变刚度结构300包括筏形基础310、横向连接件320、纵向连接件330、基础隔板340、支柱350和顶盖板360，其中筏形基础310采用通箱312结构。

本实施例所述路桥过渡段自适应变刚度结构适用于冻土地区，路基宽度为25.5m。

本实施例所述顶盖板360为UHPC超高性能混凝土，宽度25.5m，厚度0.5m，长度25m。

本实施例所述顶盖板360上侧连接刚性搭板361,具体连接时，刚性搭板361一侧搭接于顶盖板360上，另一侧搭接于桥体单元100上，所述顶盖板360下侧连接支柱350。

本实施例所述筏形基础310为不连续的不同长度、不同大小的通箱312结构。通箱312为空心箱型结构，两端设置开口结构，三个基础壁厚分别为0.5m、0.45m、0.4m。

所述通箱312纵向由三组基础连接形成，基础间不连续，基础纵向长度分别为10m、7m、4m，基础高度分别为3m、2m、1.5m。

所述相邻两个纵向通箱312长度比例依次为1:0.7,、1:0.6，相邻两个纵通箱312基础高度比例依次为1:0.67、1:0.75。

所述通箱312横桥向宽度略大于路基宽度，本实施例中筏形基础横向宽度为28m。

所述通箱312沿横向设置四道筏形基础隔板340，可提高基础刚度，隔板沿横向间距相等，均为7m，隔板壁厚30cm，隔板内设通风孔洞，可保证通风保温。

所述通箱312材料为C60混凝土结构。

所述通箱3120间设置横向连接件320和纵向连接件330，横向连接件320和纵向连接件330采用软钢金属消能阻尼器或低屈服点高塑性型钢，可增强地基的整体性和相互间变形平顺性。

所述支柱350连接顶盖板360和筏形基础310，第一组通箱312的支柱350纵向间距为2.5m，横向间距5m，第二组通箱312的支柱350纵向间距为2m，横向间距5m，第三组通箱312的支柱350纵向间距为2m，横向间距5m

所述支柱350为C60混凝土结构，与筏形基础310一致。

本实施例所述一种路桥过渡段自适应变刚度结构的施工方法为：

1.施工桥体单元100，并对路基平面进行平整压实；

2.在筏形基础310底设置保温材料；

3.设置模板，浇筑筏形基础310，并铺设保温材料；

4.浇筑支墩350，分层分段完成顶盖板360以下处路基护坡施工；

5.浇筑顶盖板360，完成自适应变刚度结构的施工；

6.安装桥头刚性搭板，进行路面单元施工。

实施例3：一种路桥过渡段自适应变刚度结构，其结构如图7-9所示

本实施例的自适应变刚度结构300包括筏形基础310、横向连接件320、纵向连接件330、基础隔板340、支柱350和顶盖板360，其中筏形基础310采用复合工字架313结构。

本实施例所述路桥过渡段自适应变刚度结构适用于冻土地区，路基宽度为12.75m。

本实施例所述顶盖板360为C60混凝土，宽度12.5m，厚度0.4m，长度16m。

本实施例所述顶盖板360上侧连接刚性搭板361,具体连接时，刚性搭板361一侧搭接于顶盖板360上，另一侧搭接于桥体单元100上，所述顶盖板360下侧连接支柱350。

本实施例所述筏形基础310为不连续的不同长度、不同大小的复合工字架313结构，基础纵向长度分别为6m、4.5m、3m，基础高度分别为2.5m、2m、1.5m。

所述相邻两个纵向复合工字架313长度比例依次为1:0.75、1:0.67，相邻两个纵向筏形基础高度比例依次为1:0.8、1:0.75。

所述复合工字架313的三个基础翼缘厚度分别为0.5m、0.4m、0.3m，三个基础中腹板厚度分别为0.7m、0.6m、0.5m，三个基础边腹板厚度分别为0.4m、0.35m、0.3m。

所述复合工字架313横桥向宽度略大于路基宽度，本实施例中筏形基础横向总宽度为14m，复合工字架313横向由两个基础连接形成,单个横向基础宽度均为6.5m。

所述复合工字架313间设置横向连接件320和纵向连接件330，横向连接件320和纵向连接件330采用软钢金属消能阻尼器或低屈服点高塑性型钢，可增强地基的整体性和相互间变形平顺性。

所述支柱350连接顶盖板360和筏形基础310，第一组复合工字架313的支柱350纵向间距为1.5m，横向间距4.5m，第二组复合工字架313的支柱350纵向间距为1.7m，横向间距4.5m，第三组复合工字架313的支柱350纵向间距为1.5m，横向间距4.5m。

所述支柱350为为C60混凝土结构，与筏形基础310、顶盖板360一致。

在自适应变刚度结构300其余空间内填充路基填料400，保证了过渡段的稳定性。

本实施例所述一种路桥过渡段自适应变刚度结构的施工方法为：

1.施工桥体单元100，并对路基平面进行平整压实；

2.在筏形基础310底设置保温材料；

3.设置模板，浇筑复合工字架313；

4.浇筑支墩，分层分段完成顶盖板以下处路基护坡施工；

5.安装顶盖板360，完成自适应变刚度结构的施工；

6.安装桥头刚性搭板，进行路面单元施工。

实施例4：一种路桥过渡段自适应变刚度结构，其结构如图10-12所示

本实施例的自适应变刚度结构300包括筏形基础310、横向连接件320、纵向连接件330、基础隔板340、支柱350和顶盖板360，其中筏形基础310采用船体314结构。

本实施例所述路桥过渡段自适应变刚度结构适用于冻土地区，路基宽度为15.75m。

本实施例所述顶盖板360为钢混凝土组合结构，宽度12.5m，厚度0.4m，长度16m。

本实施例所述顶盖板360上侧连接刚性搭板361,具体连接时，刚性搭板361一侧搭接于顶盖板360上，另一侧搭接于桥体单元100上，所述顶盖板360下侧连接支柱350。

本实施例所述筏形基础310为不连续的不同长度、不同大小的船体314结构，基础纵向长度分别为6m、4.5m、3m，基础高度分别为2.5m、2m、1.5m。

所述相邻两个纵向船体314长度比例依次为1:0.75、1:0.67，相邻两个纵向船体314高度比例依次为1:0.8、1:0.75。

所述船体314由篷架3141和船舱3142组成，在船舱3142内设置加重体3143，形成不倒翁船体。

所述船体314横桥向宽度略大于路基宽度，本实施例中筏形基础横向总宽度为13m，复合工字架313横向由两个基础连接形成,单个横向基础宽度均为6.5m。

所述船体314间设置横向连接件320和纵向连接件330，横向连接件320和纵向连接件330采用软钢金属消能阻尼器或低屈服点高塑性型钢，可增强地基的整体性和相互间变形平顺性。

所述支柱350连接顶盖板360和船体314的篷架3141，第一组船体314的支柱350纵向间距为1.5m，横向间距4.5m，第二组船体314的支柱350纵向间距为1.7m，横向间距4.5m，第三组船体314的支柱350纵向间距为1.5m，横向间距4.5m。

所述支柱350为钢柱，内部填充混凝土。

在自适应变刚度结构300其余空间内填充路基填料400，保证了过渡段的稳定性。

本实施例所述一种路桥过渡段自适应变刚度结构的施工方法为：

1.施工桥体单元100，并对路基平面进行平整压实；

2.在筏形基础310底设置保温材料；

3.预制船体314，并现场完成安装；

4.浇筑支墩，分层分段完成顶盖板以下处路基护坡施工；

5.安装顶盖板360，完成自适应变刚度结构的施工；

6.安装桥头刚性搭板，进行路面单元施工。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、结构的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、结构。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此发明的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。