本發(fā)明屬于地基處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種路堤結(jié)構(gòu)及施工方法，尤其涉及一種微生物改性纖維-砂土-廢舊輪胎骨料-格柵加筋路堤結(jié)構(gòu)及施工方法。

背景技術(shù)：

在軟土地區(qū)修建高速公路和鐵路時，由于軟土自身強度低、壓縮性高等不良工程因素，常常發(fā)生不均勻沉降問題，對道路的正常使用產(chǎn)生了巨大的挑戰(zhàn)。

目前解決此問題的常用方法是采用樁承式加筋路堤結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由以下幾個部分組成：路堤填土、砂墊層、筋材、樁、樁帽、軟弱地基以及持力層。在路堤填土荷載作用下，在樁帽之間形成土拱效應(yīng)，使得大部分路堤荷載通過樁傳遞到持力層；筋材通過與砂墊層之間的界面摩阻力的相互作用約束路堤側(cè)向位移并通過筋材的張拉膜效應(yīng)提高樁的荷載分擔比。然而，筋材與砂墊層之間的界面摩擦力相當有限，當達到極限界面摩擦力時，這種加筋墊層無法有效限制路堤側(cè)向位移，通過學(xué)者專家的研究發(fā)現(xiàn)，樁承式加筋路堤在解決軟土地區(qū)高速公路修建時仍存在以下缺點：

1)路堤失穩(wěn)或局部失穩(wěn)現(xiàn)象仍然可能出現(xiàn)；2)路堤邊坡側(cè)向位移現(xiàn)象仍然明顯；3)路堤沉降和不均勻沉降問題仍然顯著；4)筋材對地基深層的側(cè)向位移限制作用不大；5)筋材與土體的界面摩阻力有限，筋材的強度和剛度無法得到充分發(fā)揮；6)筋材張拉膜效應(yīng)荷載傳遞能力有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種結(jié)構(gòu)合理、施工方便以及可有效減小路堤的沉降的路堤結(jié)構(gòu)及施工方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種路堤結(jié)構(gòu)，包括持力層、軟土地基以及鋪設(shè)在軟土地基上的路堤填土；所述路堤填土上表面設(shè)有路面防水層、兩側(cè)設(shè)置有護坡防水層；其特征在于：所述路堤結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在軟土地基與路堤填土之間并嵌入軟土地基的減小路堤沉降結(jié)構(gòu)；所述減小路堤沉降結(jié)構(gòu)包括樁帽、防水土工布、混凝土密封溝、微生物改性加筋墊層、預(yù)埋鋼筋、樁帽蓋板以及由m行×n列鋼筋混凝土薄壁管樁組成的混凝土樁組；所述樁帽置于鋼筋混凝土薄壁管樁的頂部；所述鋼筋混凝土薄壁管樁打穿軟土地基并嵌入持力層中；所述樁帽的上表面固定設(shè)置有插入樁帽中的預(yù)埋鋼筋；所述微生物改性加筋墊層通過預(yù)埋鋼筋平鋪固定在樁帽的上表面；所述樁帽蓋板通過預(yù)埋鋼筋與樁帽相連；所述微生物改性加筋墊層的頂部以及底部均鋪設(shè)有防水土工布；所述路堤填土置于微生物改性加筋墊層頂部的防水土工布的上表面；所述防水土工布密封在混凝土密封溝的底部。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的微生物改性加筋墊層包括三向土工格柵籠、三向土工格柵、塑料扎帶以及骨料混合料；所述三向土工格柵置于相鄰三向土工格柵籠之間，并通過塑料扎帶連接固定；所述骨料混合料填充在三向土工格柵籠以及三向土工格柵之間，并通過微生物方法固化；所述三向土工格柵籠通過預(yù)埋鋼筋平鋪固定在樁帽的頂部；所述微生物方法包括先連續(xù)噴淋1小時濃度為0.5M的尿素溶液；而后，連續(xù)噴淋6-8小時含0.5M的氯化鈣的巴氏芽孢桿菌離心液；最后，連續(xù)噴淋14-20天含有尿素與氯化鈣的膠結(jié)液；所述膠結(jié)液中尿素的終濃度與氯化鈣的終濃度均是0.5M；所述巴氏芽孢桿菌離心液是將培養(yǎng)獲得的巴氏芽孢桿菌液采用離心機離心后獲得的細菌懸浮液，其中巴氏芽孢桿菌液的OD₆₀₀大于1.0。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的三向土工格柵籠的截面整體呈矩形；所述三向土工格柵籠的高度是300-400mm；所述三向土工格柵籠的寬度與樁帽的寬度相同。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的三向土工格柵沿三向土工格柵籠的高度方向分層鋪設(shè)3-4層，每層高度是100mm；每層三向土工格柵均通過塑料扎帶與三向土工格柵籠相連；所述塑料扎帶之間的間距不大于100mm。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的三向土工格柵與三向土工格柵籠均滿足伸長率為0.5％時的抗拉強度不小于200kN/m的條件。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的骨料混合料是由纖維、中粗砂以及廢舊輪胎骨料均勻混合而成；所述骨料混合料采用分層壓實填筑；所述骨料混合料分層厚度為100mm，壓實度控制為30％；所述骨料混合料中纖維長度為3-5mm，摻入質(zhì)量占混合料質(zhì)量的0.1％；所述骨料混合料中中粗砂粒徑范圍為0.5-2.0mm，摻入比例占混合料質(zhì)量的90-95％；所述骨料混合料中廢舊輪胎骨料由廢舊橡膠輪胎經(jīng)機械破碎成顆粒狀，粒徑范圍為1.5-3.0mm。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的鋼筋混凝土薄壁管樁的彈性模量是20-30GPa，所述鋼筋混凝土薄壁管樁的樁體外徑是500-600mm，所述鋼筋混凝土薄壁管樁的壁厚是80-100mm，所述鋼筋混凝土薄壁管樁的樁體按矩形布置，所述混凝土樁組相鄰兩個鋼筋混凝土薄壁管樁之間的樁間距是2.0-3.0m；所述鋼筋混凝土薄壁管樁所采用的混凝土強度等級不小于C60，所述鋼筋混凝土薄壁管樁包括鋼筋籠骨架；所述鋼筋籠骨架包括鋼筋籠縱筋以及纏繞在鋼筋籠縱筋外周的箍筋；所述鋼筋籠縱筋采用HRB400，所述鋼筋籠縱筋的直徑是18mm；所述箍筋采用HRB335，所述箍筋的直徑是10mm。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的樁帽的截面呈正方形；所述樁帽的邊長是800～1500mm；所述樁帽的厚度不小于250mm；所述樁帽采用混凝土強度等級不小于C30，所述鋼筋混凝土薄壁管樁鑲嵌于樁帽的下底面；所述鋼筋混凝土薄壁管樁進入樁帽的長度不小于50mm；所述預(yù)埋鋼筋插入樁帽的上表面；所述預(yù)埋鋼筋埋入樁帽的長度不小于150mm；所述預(yù)埋鋼筋的直徑不小于8mm；所述預(yù)埋鋼筋包括17根，其中，一根位于樁帽截面的中心，另外16根均布于樁帽截面的邊緣且距樁帽邊緣的距離不小于100mm；所述預(yù)埋鋼筋在樁帽上表面裸露的部分的厚度不小于350mm。

一種基于如上所述的路堤結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于：所述施工方法包括以下步驟：

1)施工準備：包括測量放線，場地平整，設(shè)備進場，超挖微生物改性加筋墊層的厚度，確定鋼筋混凝土薄壁管樁的樁位；

2)鋼筋混凝土薄壁管樁施工：包括樁基就位、沉管到位、下放鋼筋籠、灌注混凝土至管頂、振動拔管、樁頂封閉以及檢測質(zhì)量；

3)現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁帽：在鋼筋混凝土薄壁管樁的樁頂支模，現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁帽，并在樁帽頂部預(yù)留17根鋼筋頭，其中一根位于樁帽中心，4根位于樁帽截面四角，距樁帽邊緣不小于100mm，鋼筋頭所使用的鋼筋直徑不小于8mm；而后對現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁帽進行自然養(yǎng)護，采用篷布、塑料布進行覆蓋，防止表面水分蒸發(fā)，鋼筋混凝土樁帽達到75％強度后，在樁帽間填充路堤填土至樁帽頂部，并進行場地平整、樁帽頂面清潔等工作；

4)微生物改性加筋墊層施工：在路堤底部鋪設(shè)第一層防水土工布，并通過預(yù)埋鋼筋固定在樁帽頂部；在相鄰樁帽上鋪設(shè)三向土工格柵籠，并通過預(yù)埋鋼筋固定在樁帽頂部；在軟土地基上方分別分層鋪設(shè)三向土工格柵及骨料混合料，分層厚度為100mm，骨料混合料的壓實度控制為30％，每層三向土工格柵鋪設(shè)完成后，采用塑料扎帶與三向土工格柵籠相固定；而后，對該加筋墊層進行微生物固化：

先連續(xù)噴淋1小時濃度為0.5M的尿素溶液；而后，連續(xù)噴淋6-8小時含0.5M的氯化鈣的巴氏芽孢桿菌離心液；最后，連續(xù)噴淋14-20天含有尿素與氯化鈣的膠結(jié)液；所述膠結(jié)液中尿素的終濃度與氯化鈣的終濃度均是0.5M；所述巴氏芽孢桿菌離心液是將培養(yǎng)獲得的巴氏芽孢桿菌液采用離心機離心后獲得的細菌懸浮液，其中巴氏芽孢桿菌液的OD₆₀₀大于1.0；

5)現(xiàn)澆混凝土樁帽蓋板以及修筑混凝土密封溝：在微生物改性加筋墊層上鋪設(shè)第二層防水土工布，在樁帽上方支模現(xiàn)澆混凝土樁帽蓋板，并在路堤兩側(cè)修筑混凝土密封溝，將防水土工布密封；

6)修筑路面防水層及護坡防水層：待現(xiàn)樁帽蓋板自然養(yǎng)護達到75％強度后，進行路堤修筑，并在路堤頂面及路堤邊坡分別修筑路面防水層及護坡防水層。

作為優(yōu)選，本發(fā)明所采用的骨料混合料是由纖維、中粗砂以及廢舊輪胎骨料均勻混合而成，所述骨料混合料采用分層壓實填筑，所述骨料混合料分層厚度為100mm，壓實度控制為30％；所述骨料混合料中纖維長度為3-5mm，摻入質(zhì)量占混合料質(zhì)量的0.1％；所述骨料混合料中中粗砂粒徑范圍為0.5-2.0mm，摻入比例占混合料質(zhì)量的90-95％；所述骨料混合料中廢舊輪胎骨料由廢舊橡膠輪胎經(jīng)機械破碎成顆粒狀，粒徑范圍為1.5-3.0mm。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

本發(fā)明提供了一種路堤結(jié)構(gòu)及施工方法，該路堤結(jié)構(gòu)包括持力層、軟土地基、路堤填土，以及設(shè)置在軟土地基與路堤填土之間并嵌入軟土地基的減小路堤沉降結(jié)構(gòu)。該減小路堤沉降結(jié)構(gòu)是采用骨料混合料、三向土工格柵籠以及三向土工格柵構(gòu)建的加筋墊層，并通過微生物固化技術(shù)將該加筋墊層固化成整體性好、強度高、剛度大的微生物改性加筋墊層，該過程不會產(chǎn)生有害物質(zhì)對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響。該減小路堤沉降結(jié)構(gòu)與剛性樁組成一個承載力極高的承載體系，能夠?qū)⒋蟛糠致返毯奢d傳遞至持力層，進而有效限制路堤側(cè)向位移，并減小路堤沉降及不均勻沉降；與傳統(tǒng)的樁板結(jié)構(gòu)路堤或樁承式加筋路堤相比，本發(fā)明提供的路堤結(jié)構(gòu)具有承載力高、經(jīng)濟效益好、施工周期短、與環(huán)境友好等優(yōu)點，是一種值得推廣的綠色生態(tài)結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所提供的路堤結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；

圖2是本發(fā)明所提供的微生物改性加筋墊層與鋼筋混凝土薄壁管樁搭接示意圖；

圖3是本發(fā)明的所采用的微生物改性加筋墊層的剖面示意圖；

圖4是本發(fā)明所采用的三向土工格柵籠鋪設(shè)示意圖；

圖5是本發(fā)明所采用的三向土工格柵籠三維示意圖；

圖6是本發(fā)明的預(yù)埋鋼筋布置示意圖；

附圖標記說明如下：

1-持力層；2-軟土地基；3-鋼筋混凝土薄壁管樁；4-樁帽；5-防水土工布；6-三向土工格柵籠；7-三向土工格柵；8-微生物改性加筋墊層；9-預(yù)埋鋼筋；10-樁帽蓋板；11-路面防水層；12-路堤填土；13-護坡防水層；14-混凝土密封溝；15-骨料混合料；16-塑料扎帶。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

參見圖1以及圖2，本發(fā)明提供了一種路堤結(jié)構(gòu)，包括持力層1以及軟土地基2以及鋪設(shè)在軟土地基2上的路堤填土12；路堤填土12的上表面的寬度小于軟土地基2的表面寬度；路堤填土12上表面與軟土地基2之間設(shè)置有護坡；該路堤結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在軟土地基2與路堤填土12之間并伸入軟土地基2以及持力層1的防止路堤沉降裝置；防止路堤沉降裝置包括樁帽4、防水土工布5、微生物改性加筋墊層8、預(yù)埋鋼筋9、樁帽蓋板10以及由m行×n列鋼筋混凝土薄壁管樁3組成的混凝土樁組；樁帽4置于鋼筋混凝土薄壁管樁3的頂部；鋼筋混凝土薄壁管樁3伸入軟土地基2中；樁帽4的上表面固定設(shè)置有插入樁帽4中的預(yù)埋鋼筋9；微生物改性加筋墊層8通過預(yù)埋鋼筋9平鋪固定在樁帽4的上表面；樁帽蓋板10通過預(yù)埋鋼筋9與樁帽4相連；微生物改性加筋墊層8的頂部以及底部均鋪設(shè)有防水土工布5；路堤填土12置于微生物改性加筋墊層8頂部的防水土工布5的上表面。

參見圖3，本發(fā)明所采用的微生物改性加筋墊層8包括三向土工格柵籠6、三向土工格柵7、塑料扎帶16以及骨料混合料15；三向土工格柵7置于三向土工格柵籠6內(nèi)并通過塑料扎帶16連接；骨料混合料15填充在三向土工格柵籠6以及三向土工格柵7之間，并通過微生物方法固化；三向土工格柵籠6通過預(yù)埋鋼筋9平鋪固定在樁帽4的頂部。

參見圖4以及圖5，本發(fā)明所采用的三向土工格柵籠6的截面整體呈矩形；三向土工格柵籠6的高度是300-400mm；三向土工格柵籠6的寬度與樁帽4的寬度相同。本發(fā)明所采用的三向土工格柵7沿三向土工格柵籠高度方向分層鋪設(shè)3-4層，每層高度是100mm；每層三向土工格柵7均通過塑料扎帶16與三向土工格柵籠6相連；塑料扎帶16之間的間距不大于100mm。本發(fā)明所采用的三向土工格柵7與三向土工格柵籠6均滿足伸長率為0.5％時的抗拉強度不小于200kN/m的條件。

本發(fā)明所采用的骨料混合料15是由纖維、中粗砂以及廢舊輪胎骨料均勻混合而成，骨料混合料15采用分層壓實填筑，骨料混合料15分層厚度為100mm，壓實度控制為30％；骨料混合料15中纖維長度為3-5mm，摻入質(zhì)量占混合料質(zhì)量的0.1％；骨料混合料15中中粗砂粒徑范圍為0.5-2.0mm，摻入比例占混合料質(zhì)量的90-95％；骨料混合料15中廢舊輪胎骨料由廢舊橡膠輪胎經(jīng)機械破碎成顆粒狀，粒徑范圍為1.5-3.0mm。

本發(fā)明所采用的鋼筋混凝土薄壁管樁3的彈性模量是20-30GPa，鋼筋混凝土薄壁管樁3的樁體外徑是500-600mm，鋼筋混凝土薄壁管樁3的壁厚是80-100mm，混凝土樁組相鄰兩個鋼筋混凝土薄壁管樁3之間的樁間距是2.0-3.0m；鋼筋混凝土薄壁管樁3所采用的混凝土強度等級不小于C60，鋼筋混凝土薄壁管樁3包括鋼筋籠骨架；鋼筋籠骨架包括鋼筋籠縱筋以及纏繞在鋼筋籠縱筋外周的箍筋；鋼筋籠縱筋采用HRB400，鋼筋籠縱筋的直徑是18mm；箍筋采用HRB335，箍筋的直徑是10mm。

參見圖6，本發(fā)明所采用的樁帽4的截面呈正方形；樁帽4的邊長是800～1500mm；樁帽4的厚度不小于250mm；樁帽4采用混凝土強度等級不小于C30，鋼筋混凝土薄壁管樁3鑲嵌于樁帽4的下底面；鋼筋混凝土薄壁管樁3進入樁帽4的長度不小于50mm；預(yù)埋鋼筋9插入樁帽4的上表面；預(yù)埋鋼筋9埋入樁帽4的長度不小于150mm；預(yù)埋鋼筋9的直徑不小于8mm；預(yù)埋鋼筋9包括17根，其中，一根位于樁帽4截面的中心，另外16根均布于樁帽4截面的邊緣且距樁帽4邊緣的距離不小于100mm；預(yù)埋鋼筋9在樁帽4上表面裸露的部分不小于350mm。

一種基于如前的路堤結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于：施工方法包括以下步驟：

1)施工準備：包括測量放線，場地平整，設(shè)備進場，超挖微生物改性加筋墊層8的厚度，確定鋼筋混凝土薄壁管樁3的樁位；

2)鋼筋混凝土薄壁管樁3施工：包括樁基就位、沉管到位、下放鋼筋籠、灌注混凝土至管頂、振動拔管、樁頂封閉以及檢測質(zhì)量；

3)現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁帽4；在鋼筋混凝土薄壁管樁3的樁頂支模，現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁帽4，并在樁帽4頂部預(yù)留17根鋼筋頭，其中一根位于樁帽4中心，4根位于樁帽截面四角，距樁帽邊緣不小于100mm，鋼筋頭所使用的鋼筋直徑不小于8mm；而后對現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁帽進行自然養(yǎng)護，采用篷布、塑料布進行覆蓋，防止表面水分蒸發(fā)，鋼筋混凝土樁帽達到75％強度后，在樁帽間填充路堤填土至樁帽頂部，并進行場地平整、樁帽頂面清潔等工作；

4)微生物改性加筋墊層8的施工；在路堤底部鋪設(shè)第一防水土工布5，并通過預(yù)埋鋼筋固定在樁帽4頂部；在相鄰樁帽4上鋪設(shè)三向土工格柵籠6，并通過預(yù)埋鋼筋9固定在樁帽4頂部；在軟土地基2上方分別分層鋪設(shè)三向土工格柵7及骨料混合料15，分層厚度為100mm，骨料混合料15的壓實度控制為30％，每層三向土工格柵7鋪設(shè)完成后，采用塑料扎帶16與三向土工格柵籠6相固定；而后，對該加筋墊層進行微生物固化：

先連續(xù)噴淋1小時濃度為0.5M的尿素溶液；而后，連續(xù)噴淋6-8小時含0.5M的氯化鈣的巴氏芽孢桿菌離心液；最后，連續(xù)噴淋14-20天尿素與氯化鈣的膠結(jié)液；膠結(jié)液中尿素的終濃度與氯化鈣的終濃度均是0.5M；巴氏芽孢桿菌離心液是將培養(yǎng)獲得的巴氏芽孢桿菌液采用離心機離心后獲得的細菌懸浮液，其中巴氏芽孢桿菌液的OD₆₀₀大于1.0；

5)現(xiàn)澆混凝土樁帽蓋板10以及修筑混凝土密封溝14；在微生物改性加筋墊層8上鋪設(shè)第二層防水土工布5，在樁帽4上方支?，F(xiàn)澆混凝土樁帽蓋板10，并在路堤兩側(cè)修筑混凝土密封溝14，將防水土工布5密封；

6)修筑路面防水層11及護坡防水層13：待現(xiàn)樁帽蓋板10自然養(yǎng)護達到75％強度后，進行路堤修筑，并在路堤邊坡及路堤頂面分別修筑路面防水層11及護坡防水層13。

微生物改性加筋墊層對骨料混合料有良好的約束作用，進而可以有效限制路堤的側(cè)向位移及沉降。三向土工格柵籠為預(yù)制尺寸，根據(jù)現(xiàn)場樁帽尺寸和樁距進行定制。三向土工格柵籠通過樁帽上的預(yù)埋鋼筋進行定位固定，同時通過塑料扎帶與土工格柵進行綁扎連接，在整個場地形成一個整體；樁、樁帽和微生物改性加筋墊層組成了類似梁-板-柱的結(jié)構(gòu)，通過微生物改性加筋墊層將大部分荷載傳遞至鋼筋混凝土薄壁管樁，大大減小了路堤的側(cè)向位移、沉降及不均勻沉降。

上述具體實施方式只是本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，并不是用來限制本發(fā)明的實施與權(quán)利要求范圍的，凡依據(jù)本發(fā)明申請專利保護范圍內(nèi)容做出的等效變化和修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明專利申請范圍內(nèi)。