一种控制高速公路过渡段不均匀沉降的长短桩-板结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及软土地区高速公路地基处理技术领域，具体而言，涉及一种控制高速公路过渡段不均匀沉降的长短桩-板结构及其施工方法。

背景技术

我国沿海地区广泛分布着含水率高、孔隙比大、强度低、压缩性高、渗透性低的软土，同时这些地区也是高速交通密集建设区。由于软土具有显著的蠕变性和触变性特点，在施工期如果地基处理措施针对性不强、加上运营期周边环境扰动与交通荷载作用，极易出现软基不均匀沉降病害，特别是在桥头连接段因差异沉降引起的桥头跳车病害十分严重和普遍，严重影响了乘车的舒适性，甚至存在行车安全隐患。

在高速公路软土地基不均匀沉降的处治中，桥头连接段和一般路段根据设计规范规定沉降需分别控制在10cm和30cm之内，因此需要在处治路段，特别是过渡段合理选择桩型和调整桩长及桩间距补偿地基整体刚度，实现变刚度控沉和调平的目的，在满足不同性质路基工后沉降设计标准的前提下，有效控制不同性质路段之间的局部纵向差异沉降。

中国专利文献CN110904741A公开了一种控制高速铁路路桥过渡段不均匀沉降的组合结构，包括土质路基以及设置于混凝土桥台和土质路基之间的过渡路基，过渡路基下方设置沿纵向和横向排布，且伸入地下土层的水泥粉煤灰碎石加固桩，加固桩的长度沿桥至路的方向逐渐递减；过渡路基底面与加固桩之间依次铺设钢筋混凝土板和水泥级配碎石加筋层，所加固桩固支于钢筋混凝土板上，形成桩基础，加固整个过渡段的组合结构。该组合结构在过渡段采用单一桩型及改变桩长的结构形式，由于刚性桩处治使过渡段地基整体刚度提高，过渡段地基与一般路段地基将产生新的刚度差异，可能形成新的差异沉降问题，需进行二次过渡处理；而且，这种结构形式容易在软土地基中形成悬浮桩，造成工后沉降难以控制的问题，不能满足高速公路建设及运营过程中不同性质路段之间变刚度控沉及调平过渡的要求，无法实现高速公路桥头过渡段地基整体刚度的有效调整与协配，难以达到解决“桥头跳车”病害的目的。

鉴于以上工程背景及存在的问题，本发明提出了一种在具有加固效果好、技术可靠且经济合理的前提下，同时能够实现地基整体刚度的有效调整与协配的新型桩基复合地基技术，对保障高速公路长期性能具有重要的工程意义。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种控制高速公路过渡段不均匀沉降的长短桩-板结构及其施工方法，该长短桩-板结构及施工方法加固效果好、技术可靠、经济合理，能够实现软土地区高速公路桥头过渡段纵向刚度的均匀过渡。

为了实现上述目的，本发明提供了一种控制高速公路过渡段不均匀沉降的长短桩-板结构，包括过渡路段和一般路段，过渡路段和一般路段设置有钢筋混凝土板，钢筋混凝土板的下方于过渡路段内设有多根预应力管桩，钢筋混凝土板的下方于一般路段内设有多根水泥搅拌桩，预应力管桩和水泥搅拌桩均与钢筋混凝土板直接刚性连接，沿桥-路方向多根预应力管桩的长度逐渐减小，沿路-桥方向多根水泥搅拌桩的桩间距逐渐减小。

进一步地，多根预应力管桩成排等间距布置；多根水泥搅拌桩呈三角形布置，多根水泥搅拌桩的桩长相等。

进一步地，相邻的预应力管桩的桩间距为2.3m-2.7m；沿桥-路方向，多排预应力管桩的长度以2.5m的等值递减至与水泥搅拌桩的桩长相同。

进一步地，沿路-桥方向，相邻的水泥搅拌桩的桩间距从1.5m逐渐减小至1.1m。

进一步地，钢筋混凝土板的顶面和底面均埋设有由纵向钢筋和横向钢筋组成的钢筋网，预应力管桩和水泥搅拌桩中的钢筋伸入钢筋混凝土板内与钢筋网焊接。

进一步地，预应力管桩内沿预应力管桩的轴向埋设有多根第一纵向连接钢筋，第一纵向连接钢筋从预应力管桩的桩顶伸出，并伸入钢筋混凝土板内与钢筋混凝土板顶面的钢筋网中的纵向钢筋焊接。

进一步地，第一纵向连接钢筋的底端焊接有与预应力管桩等内径的钢制托板。

进一步地，水泥搅拌桩内沿水泥搅拌桩的轴向埋设有多根第二纵向连接钢筋，第二纵向连接钢筋从水泥搅拌桩的桩顶伸出，并伸入钢筋混凝土板内与钢筋混凝土板顶面的钢筋网中的纵向钢筋焊接。

进一步地，与纵向钢筋连接的多根第一纵向连接钢筋通过多根横向钢筋搭接焊闭合成圈；与纵向钢筋连接的多根第二纵向连接钢筋通过多根横向钢筋搭接焊闭合成圈。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述的控制高速公路过渡段不均匀沉降的长短桩-板结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：平整施工场地，将地基处理路段划分为过渡路段和一般路段，其中过渡路段靠近桥台连接段，一般路段为非特殊路段的一部分；

步骤二：对过渡路段和一般路段的地基进行桩位测量，现场施工预应力管桩和水泥搅拌桩分别形成刚性桩复合地基和柔性桩复合地基，其中预应力管桩和水泥搅拌桩均超出标高；

步骤三：在水泥搅拌桩凝固前，顶部沿其圆周方向等距插入多根第二纵向连接钢筋，第二纵向连接钢筋外部伸出桩顶；对施工完后的预应力管桩清理桩头，顶部沿其圆周方向等距绑扎多根第一纵向连接钢筋，第一纵向连接钢筋外部伸出桩顶，在第一纵向连接钢筋的底端焊接与预应力管桩等内径的钢制托板；

步骤四：施工混凝土找平层，在路堤边缘安装模板，布置钢筋混凝土板顶面和底面的钢筋网，然后箍筋架立；与桩基础连接的多根第二纵向连接钢筋和第一纵向连接钢筋与钢筋混凝土板顶面的钢筋网中的纵向钢筋连接；再通过多根横向钢筋连接成闭合圈，连接方式均采用搭接焊；

步骤五：在路堤边缘安装模板，设置伸缩缝，浇筑混凝土，形成钢筋混凝土板，待钢筋混凝土板养护达到强度后，在其上进行填筑形成填筑路堤。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

(1)、本发明将地基处理路段分为过渡路段和一般路段，在过渡路段和一般路段设置钢筋混凝土板结构，过渡路段钢筋混凝土板下方的预应力管桩的长度沿桥-路方向等值递减，一般路段钢筋混凝土板下方的水泥搅拌桩间距沿桥-路方向逐渐增大，预应力管桩与水泥搅拌桩共同形成复合群桩；本发明在使用复合桩的同时，综合调整桩长和桩间距，使得整个路桥过渡路段到一般路段的纵向刚度平稳过渡，在有效地控制了路桥过渡段纵向的不均匀沉降的同时，缩短了施工工期并节约了施工成本。

(2)、本发明通过设置钢筋混凝土板，使得预应力管桩刚性复合地基和水泥搅拌桩柔性复合地基形成一个整体，取得了过渡路段和一般路段路基刚柔统一的效果，避免了因刚性桩处理过渡路段导致整体刚度提升，与一般路段产生新的差异沉降的问题。与此同时，增大了群桩(预应力管桩和水泥搅拌桩)与路基的接触面积，路堤整体均匀沉降，消除了路堤中心和路堤边缘产生的差异沉降，避免了路面纵向裂缝的产生。

(3)、本发明中的第一纵向连接钢筋和第二纵向连接钢筋与钢筋混凝土板顶面的钢筋网中的纵向钢筋焊接，在现浇时实现了桩头嵌入钢筋混凝土板的效果，使桩与钢筋混凝土板形成一个整体，使桩基整体受力均匀，增强了桩体的侧向稳定性；连接钢筋与顶面的钢筋网中的纵向钢筋连接，然后通过顶面钢筋网中的横向钢筋搭接焊闭合成圈，有利于增强结构纵向的抗剪能力，抑制路面横向裂缝的产生。

(4)、本发明的“长短”桩-板结构适用范围较为广泛，不仅适用于桥梁与路基之间的过渡，同样也适用于路基与涵洞之间以及路基与隧道之间过渡。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的长短桩-板结构的横断面示意图。

图2为本发明实施例的长短桩-板结构中预应力管桩和水泥搅拌桩的平面布置图。

图3为本发明实施例的长短桩-板结构中预应力管桩与钢筋混凝土板的连接断面图。

图4为本发明实施例的长短桩-板结构中水泥搅拌桩与钢筋混凝土板的连接断面图。

图5为本发明实施例的长短桩-板结构中桩-板连接平面图。

图6为采用本发明的长短桩-板结构的路堤中心纵断面工后沉降图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、过渡路段；2、一般路段；3、钢筋混凝土板；4、填筑路堤；5、预应力管桩；6、水泥搅拌桩；31、钢筋网；311、纵向钢筋；312、横向钢筋；51、第一纵向连接钢筋；52、钢制托板；61、第二纵向连接钢筋。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

参见图1至图5，一种本发明实施例的控制高速公路过渡段不均匀沉降的长短桩-板结构，该长短桩-板结构主要包括过渡路段1和一般路段2；其中，过渡路段1靠近桥台连接段，一般路段2为非特殊路段的一部分；在过渡路段1和一般路段2范围内设置有钢筋混凝土板3，该钢筋混凝土板3的上方铺设有填筑路堤4，在钢筋混凝土板3的下方于过渡路段1的范围内向下延伸设置有多根预应力管桩5，在钢筋混凝土板3的下方于一般路段2的范围内向下延伸设置有多根水泥搅拌桩6；该预应力管桩5和水泥搅拌桩6均与钢筋混凝土板3直接刚性连接；沿桥-路方向(即从桥向路延伸的方向，参见图1)多根预应力管桩5的长度逐渐减小，沿路-桥方向(即从路向桥延伸的方向，参见图1)多根水泥搅拌桩6的桩间距逐渐减小。

上述的长短桩-板结构，通过在过渡路段1和一般路段2设置钢筋混凝土板3，过渡路段1内的钢筋混凝土板3下方的预应力管桩5的长度沿桥-路方向等值递减，一般路段2内的钢筋混凝土板3下方的水泥搅拌桩6的间距沿桥-路方向逐渐增大，预应力管桩5与水泥搅拌桩6共同形成复合群桩；使得整个路桥过渡路段1到一般路段2的纵向刚度平稳过渡，取得了过渡路段1和一般路段2路基刚柔统一的效果，避免了因刚性桩处理过渡路段1导致整体刚度提升，与一般路段2产生新的差异沉降的问题。与此同时，该长短桩-板结构增大了群桩与路基的接触面积，路堤整体均匀沉降，消除了路堤中心和路堤边缘产生的差异沉降，避免了路面纵向裂缝的产生。

具体来说，在本实施例中，地基处理段总长度为45m，过渡路段1取为25m，一般路段2取为20m；钢筋混凝土板3按强度为C30、厚度50cm、宽度52m、长度45m，其顶面及底面配有钢筋网31，现浇成型进行设计。

在本实施例中，过渡路段1的下方预应力管桩5的直径为0.4m，桩位呈方形布置，如图2所示。相邻的预应力管桩5的纵向间距均为2.5m，预应力管桩5的桩长沿桥-路方向分别为45m、42.5m、40m、37.5m、35m、32.5m、30m、27.5m、25m、22.5m、20m，如图1所示。

在本实施例中，一般路段2下方的水泥搅拌桩6的直径为0.5m，桩位呈三角形布置，如图2所示。水泥搅拌桩6的桩长均为20m，桩间距沿路-桥方向桩间距从1.5m逐渐减小至1.3m，再减小至1.1m，如图1所示。

在本实施例中，钢筋混凝土板3的顶面和底面均埋设有由纵向钢筋311和横向钢筋312组成的钢筋网31。预应力管桩5的顶部沿其圆周方向等距绑扎有四根第一纵向连接钢筋51，第一纵向连接钢筋51在预应力管桩5的内部沿其轴向设置，该第一纵向连接钢筋51从预应力管桩5的桩顶伸出50cm，并伸入钢筋混凝土板3内；在预应力管桩5的上方与钢筋混凝土板3之间不再设置桩帽，而是通过预留的第一纵向连接钢筋51与钢筋混凝土板顶面的钢筋网31中的纵向钢筋311刚性焊接。另外，在第一纵向连接钢筋51的底端还焊接有与预应力管桩5等内径的钢制托板52，确保混凝土浇筑时不出现流失。如图3和图5所示。

进一步地，水泥搅拌桩6的顶部沿其圆周方向等距绑扎有四根第二纵向连接钢筋61，第二纵向连接钢筋61在水泥搅拌桩6的内部沿其轴向设置，该第二纵向连接钢筋61于桩内的插入深度为15cm，该第二纵向连接钢筋61从水泥搅拌桩6的桩顶伸出50cm，并伸入钢筋混凝土板3内；在水泥搅拌桩6的上方与钢筋混凝土板3之间不再设置垫层，而是通过第二纵向连接钢筋61与钢筋混凝土板3顶面的钢筋网31中的纵向钢筋刚性焊接。如图4和图5所示。

如此设置，第一纵向连接钢筋51和第二纵向连接钢筋61与钢筋混凝土板3顶面的钢筋网31中的纵向钢筋311焊接，在现浇时实现了桩头嵌入钢筋混凝土板3的效果，使桩与钢筋混凝土板3形成一个整体，使桩基整体受力均匀，增强了桩体的侧向稳定性。

在本实施例中，与钢筋混凝土板3顶面的纵向钢筋311连接的多根第一纵向连接钢筋51通过多根横向钢筋312搭接焊闭合成圈；与钢筋混凝土板3顶面的纵向钢筋311连接的多根第二纵向连接钢筋61同样通过多根横向钢筋312搭接焊闭合成圈。这样设置，连接钢筋与顶面的钢筋网31中的纵向钢筋311连接，然后通过顶面钢筋网31中的横向钢筋312搭接焊闭合成圈，有利于增强结构纵向的抗剪能力，抑制路面横向裂缝的产生。

为了体现本发明在高速公路过渡段控制不均匀沉降的效果，采集工后五年沿桥-路方向桥头连接段、过渡路段1和一般路段2路堤中心纵断面沉降数据绘制成图6。从图6中可以看出，采用本发明的长短桩-板结构处理后，桥头连接段最大工后沉降为7.8cm、一般路段2最大工后沉降为19.7cm、过渡路段1工后沉降介于两者之间，均满足规范在相应路段的规定标准，处治效果较好。图6还表明，从桥头连接段到一般路段2工后沉降平顺过渡，没有较大的突变产生。特别是，刚性预应力管桩5处理后的过渡路段1与一般路段2之间的差异沉降也实现了平顺过渡，无需进行二次过渡处理，实现了不同性质路段之间沉降控制及调平过渡的效果。

上述的控制高速公路过渡段不均匀沉降的长短桩-板结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：平整施工场地，将地基处理路段划分为过渡路段1和一般路段2，其中过渡路段1靠近桥台连接段(或称桥头连接路段)，一般路段2为非特殊路段的一部分；过渡路段1长25m，一般路段2长20m；

步骤二：对过渡路段1和一般路段2的地基进行桩位测量，现场施工预应力管桩5和水泥搅拌桩6分别形成刚性桩复合地基和柔性桩复合地基，其中预应力管桩5和水泥搅拌桩6均超出标高0.1m；

步骤三：在水泥搅拌桩6凝固前，顶部沿其圆周方向等距插入四根第二纵向连接钢筋61，第二纵向连接钢筋61内部插入深度为15cm，外部伸出桩顶50cm；对施工完后的预应力管桩5清理桩头，顶部沿其圆周方向等距绑扎四根第一纵向连接钢筋51，第一纵向连接钢筋51外部伸出桩顶50cm，在第一纵向连接钢筋51的底端焊接与预应力管桩5等内径的钢制托板52，钢制托板52距桩顶150cm；

步骤四：施工0.1m厚C20混凝土找平层，在路堤边缘安装模板，布置钢筋混凝土板3顶面和底面的钢筋网31，然后箍筋架立；将与桩基础连接的四根第二纵向连接钢筋61和四根第一纵向连接钢筋51与钢筋混凝土板3顶面的钢筋网31中的纵向钢筋311连接；再通过横向钢筋312连接成闭合圈，连接方式均采用搭接焊；

步骤五：在路堤边缘安装模板，每隔15m设置宽为20mm的伸缩缝，浇筑混凝土，形成钢筋混凝土板3，钢筋混凝土板3的厚度为50cm，宽度为52cm；待钢筋混凝土板3养护达到预定强度后，在其上进行填筑形成填筑路堤4。

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。