一种主动隔离式新旧拼接路基差异沉降控制结构及方法

本发明涉及土木工程领域，尤其是一种主动隔离式新旧拼接路基差异沉降控制结构及方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、随着社会经济的发展和城市车流量的增大，高速公路现阶段运营能力逐渐受到了制约。近几年来，在全世界范围内逐渐出现了诸多高速公路改扩建项目。通过拼宽既有路基的形式对既有高速公路进行拓宽，主流工艺为在既有路基的一侧进行路面及附属结构拆除后，对旧路基进行台阶开挖至地基表面，对地基进行相应的处理后分层填筑新路基区域。素土路基填至标高后施作路面结构层，完成路基拼接施工。可以很明显的得知，利用传统施工工艺的新旧拼接路基固结度不同，新填路基区域必然会在工后很长一段时间内持续产生较大的累积沉降值，工程实践也表明利用传统方法施工完成的改扩建高速公路，必然会在新旧路基拼接区域产生较为明显的纵向裂缝。因此如何提出一种有效的新旧拼接路基差异沉降控制技术是高速公路改扩建工程中亟需解决的技术问题。

3、在现有技术中也有很多的新旧拼接路基的结构或者施工方法，例如通过预埋在新填路基中的注浆抬升系统，在后期出现差异沉降时通过注浆抬升新路基达到治理的目的；或者通过在搭接区域的路面不同深度处设置若干台阶，铺设防拉裂部件并逐层浇筑路面结构层，能加强路面结构层的抗拉强度，并不能消除新填路基水平位移带来的危害；或者在新旧拼接路基处设置土工格栅，将土工格栅打入旧路基的锚杆进行锚拉。

4、发明人发现，现有的改扩建道路路基方法存在如下几个方面的问题：

5、1.虽然能够实现路基拓宽，但无法控制新旧路基拼接过程中存在的差异沉降问题，或者虽然能够控制新填路基水平方向的变形，但对竖向变形无法进行有效控制，或者不能消除水平位移带来的危害；

6、2.能在公路运营后期对已经发生差异沉降的公路进行修复，不能从源头上解决差异沉降问题，且预埋构件较多，会对改扩建施工造成一定的影响；

7、3.部分结构中虽然有铺设土工格栅，但整个结构无法形成统一的整体，而且对新旧路基拼接结构无法提供有效的竖向抵抗刚度。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种主动隔离式新旧拼接路基差异沉降控制结构，可有效控制新填路基的侧向变形，约束住新填路基水平向土压力引起的抗侧移管桩水平向位移，从而有效控制新旧拼接路基的差异沉降。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

3、一种主动隔离式新旧拼接路基差异沉降控制结构，包括开挖于旧路面结构层和旧路基一侧的多段连续的台阶，最顶端台阶向下的区域填筑有新素土形成新填素土路基，最顶端台阶处向下对新填素土路基贯入有若干抗侧移管桩，抗侧移管桩的底端超出新填素土路基的底部设置，新填素土路基顶面处铺设凸部构件和土工格栅，最顶端台阶的底角位置处朝向旧路基方向设置有若干约束式土钉，凸部构件设置若干凸部，凸部向上穿过土工格栅设置，约束式土钉与凸部构件、土工格栅的一侧连接，土工格栅的另一侧嵌入抗侧移管桩的顶部。

4、如上所述的控制结构，在新填素土路基的顶面设置土工格栅，土工格栅的一侧与抗侧移管桩连接，另一端通过凸部构件与约束式土钉连接，对土工格栅的两侧均进行有效固定，可以限制在竖向位移作用下土工格栅在土层中的滑动，同时土工格栅的滑动进一步约束抗侧移管桩的横向变形，由此通过各部件之间存在的相互作用，限制新旧拼接路基区域差异沉降。

5、如上所述的一种主动隔离式新旧拼接路基差异沉降控制结构，所述凸部构件包括基板，基板位于所述土工格栅一侧的下方，基板一侧设置多处所述的凸部，相邻两凸部之间间隔设定距离，基板的端部设置用于同所述约束式土钉、土工格栅连接的第一连接孔；

6、所述凸部构件包括多处，所有的凸部构件均沿着最顶端台阶的底角位置处设置，保证与约束式土钉端头的可靠连接。

7、如上所述的一种主动隔离式新旧拼接路基差异沉降控制结构，所述土工格栅的一侧在横向条和纵向条的交叉处设置第二连接孔，连接件穿过约束式土钉端头上侧、第二连接孔、第一连接孔和约束式土钉端头下侧设置。

8、如上所述的一种主动隔离式新旧拼接路基差异沉降控制结构，所述抗侧移管桩顶部的环向设置凹槽，所述土工格栅的一侧可卡入抗侧移管桩顶部的凹槽处，实现土工格栅与抗侧移管桩连接为一体；

9、所述抗侧移管桩位于新填素土路基顶部远离旧路基的一侧，新填素土路基远离旧路基的一侧为倾斜向下的斜面。

10、如上所述的一种主动隔离式新旧拼接路基差异沉降控制结构，所述约束式土钉斜向打入最顶端台阶的底角位置处；

11、所述约束式土钉与水平面的角度在30°～45°之间。

12、如上所述的一种主动隔离式新旧拼接路基差异沉降控制结构，所述约束式土钉与所述凸部构件、土工格栅的一侧通过销钉或钢筋连接；

13、所述约束式土钉包括多根，每一凸部构件的两端分别连接一处约束式土钉。

14、如上所述的一种主动隔离式新旧拼接路基差异沉降控制结构，所述抗侧移管桩包括多根，多根抗侧移管桩的中心轴线位于同一平面，所述约束式土钉与多根抗侧移管桩的中心轴线所在平面垂直设置；

15、相邻两抗侧移管桩之间间隔设定距离设置。

16、如上所述的一种主动隔离式新旧拼接路基差异沉降控制结构，所述抗侧移管桩的顶端突出于新填素土路基10-100mm，使得抗侧移管桩顶部在新路面结构层底部，对新路面结构层进行有效承托；

17、所述抗侧移管桩贯入新填素土路基下部地基的深度为新填素土路基高度的0.8～1倍。

18、第二方面，本发明还提供了一种主动隔离式新旧拼接路基差异沉降控制结构的施工方法，包括如下内容：

19、分台阶开挖旧路面结构层和旧路基的一侧至基底位置处，并对最顶端台阶下的区域填筑新素土形成新填素土路基；

20、在最顶端台阶处向下对新填素土路基贯入若干抗侧移管桩，抗侧移管桩的底端超出新填素土路基的底部设置；

21、在最顶端台阶的底角位置处，向旧路基中打入若干约束式土钉；

22、约束式土钉打设完成后，在新填素土路基顶面的一侧设置凸部构件，并在新填素土路基顶面处铺设土工格栅，土工格栅的一侧位于凸部构件的上方，凸部构件的凸部穿过土工格栅设置；

23、约束式土钉与凸部构件、土工格栅的一侧连接，土工格栅的另一侧嵌入抗侧移管桩的顶部；

24、在土工格栅表面铺设新路面结构层。

25、如上所述的一种主动隔离式新旧拼接路基差异沉降控制结构的施工方法，所述抗侧移管桩的施工，包括在新填素土路基顶面的路肩位置处放线定位桩孔，采用钻机进行引孔工作，引孔深度为抗侧移管桩全长度范围。

26、上述本发明的有益效果如下：

27、1)本发明通过在新填素土路基的顶面设置土工格栅，土工格栅的一侧与抗侧移管桩连接，另一端通过凸部构件与约束式土钉连接，对土工格栅的两侧均进行有效固定，能将新填路基区域上部行车荷载传递至两侧，较好的控制新填路基区域行车荷载对素土路基沉降的影响，通过各部件之间存在的相互作用，从源头上解决差异沉降的问题。

28、2)本发明没有设置较多的预埋构件，通过设置约束式土钉插入旧路基中，对土工格栅的一侧稳定限位，通过抗侧移管桩对土工格栅的另一侧进行限位，形成统一的整体，可以限制在竖向位移作用下土工格栅在土层中的滑动，增强对路基变形的抵抗能力，同时土工格栅的滑动进一步约束抗侧移管桩的横向变形。

29、3)本发明中新填素土路基贯入有若干抗侧移管桩，充分利用抗侧移管桩的抗弯性能和支撑性能，对新旧路基拼接结构提供有效的竖向抵抗刚度，并较好的控制新填路基的侧向变形；另一方面抗侧移管桩顶部位于新路面结构层底部，能对新路面结构层的底部进行有效承托，有效改变新路面结构层的承载变形性状，提高新路面结构层的使用寿命。

30、4)本发明通过约束式土钉的设置，由于土工格栅和约束式土钉的存在，可以在抗侧移管桩的顶端位置处提供明显的水平拉力，可以约束住新填路基水平向土压力引起的抗侧移管桩水平向位移。

31、5)本发明抗侧移管桩位于新填素土路基顶部远离旧路基的一侧，对新路面结构层进行有效承托，新填素土路基远离旧路基的一侧为倾斜向下的斜面，在新填素土路基发生固结后，抗侧移管桩外侧斜坡位置处土体会对抗侧移管桩产生水平向土压力，联合抗侧移管桩共同抵抗新铺路面结构层下方路基土体的水平向变形。