一种支撑结构、路堤及路堤的施工方法
技术领域
本发明涉及路堤建造技术领域，具体涉及一种支撑结构、路堤及路堤的施工方法。
背景技术
软土路基是指常见的一种特殊地区路基。为了保证路基稳定性和工后沉降满足规范要求，需要特殊设计处理。多分布于江、河、海洋沿岸、内陆湖泊、塘、盆地和多雨的山间洼地。软土具有含水量大、渗透性差、天然强度低和压缩性高等特征。如果超过临界高度，地基要失去稳定。软土地基常用的处理措施有换土，排水砂垫层，反压护道，抛石挤淤，水泥土搅拌，用土木织物等进行表层加固以及砂井加固等。
随填土高度的增加，相应的，路基承载增大，相应的地基处理深度、规模逐渐增大，导致软土路基造价越来越高；因此研究新的地基处理方法或降低路基荷载成为降低软土路基造价的两个主要研究方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：降低软土路基的承载，提高路堤本身的稳固性，降低软土路基的路堤造价，本发明提供了解决上述问题的一种支撑结构、路堤及路堤的施工方法。
本发明通过下述技术方案实现：
一种支撑结构，所述支撑结构用于对路面提供支撑力并稳固路堤，包括轻质管和支架，所述所有轻质管轴线走向相同；在轻质管的径向截面上：所有轻质管呈矩形阵列排布，且相邻上下两层轻质管相互错位排布；所述上层中的一个轻质管的位置与所述下层中相邻的两个轻质管的间隙对应，下层中任意相邻的两个轻质管与相邻上层中对应的一个轻质管通过支架连接；所述支架为三棱柱，三棱柱的三条侧棱上分别设有内凹弧面，凹弧面轴线与对应的侧棱平行，凹弧面轴向长度与对应的侧棱高度相等，所述内凹弧面与轻质管的外壁贴合适配。
传统的路堤中，作为对路面提供支撑力的结构一般为采用钢波纹管有间隙的设置在路堤中，而钢波纹管无疑加重路堤整体对路基的载荷，特别是针对于软土路基，由于它的特性，在路堤重量过大时，容易发生沉降，轻则导致路面凹凸不平，重则造成路面断裂，从而引发维护成本的问题，再者，在路面承载时，大量载荷通过路面的传递作用在路堤填料上，造成路堤填料长时间承受路面与路基的压迫，导致路堤填料有向路线两侧方向运动的趋势，路堤寿命得不到保障。
在本发明的支撑结构中，轻质管可采用较现有技术中的钢波纹管较轻的管类，例如：高分子聚合材质管、碳纤维管或舍弃一定的承载能力从而较一般的同材质管类重量更轻便的管；相邻层的轻质管交错排布，在实际的路堤建造中，使填充材料在受力时更加均匀，减少了填充材料在实际路况中产生变形导致路面凹凸不平，甚至发生路面开裂的情况；而支架的设置一方面增强了支撑结构的强度，使支撑结构能承受更大的载荷，在实际运用中，上层的轻质管通过支架将载荷均匀的向下传递，使路堤能承受更大的冲击载荷，提高了路面的承载能力，通过支架连接的轻质管在截面上与支架一起组成类似三角形的形状，保证了支撑结构的稳定性，防止支撑结构由于使用时长而发生变形导致路堤承载能力下降，另一方面，防止在实际使用中由于路堤的横向力导致支撑结构在轻质管轴线方向发生滑动，从而保证路堤对于横向力的承受能力，通过多个支架将若干轻质管连接成一个支撑结构整体，防止了路堤长时间的振动导致轻质管与填充材料发生滑脱现象，同时，在发生共振现象或被撞击时，更不易坍塌，在降低路堤的重量情况下，对安全系数还有所提高。
优选的，所述轻质管为双壁波纹管，轻质管的类型包括塑料管、钢制管或铸铁管；双壁波纹管与普通波纹管或普通管在达到同样的承载条件下，双壁波纹管用材更少，在减小质量的前提下节约了成本。
进一步的，所述轻质管为高密度聚乙烯双壁波纹管；高密度聚乙烯双壁波纹管本身便具有在管材中重量最轻、机械性能好的优点，且在制造方面与普通塑料管材相比可节省50％以上的原料；高密度聚乙烯双壁波纹管还具有耐腐蚀的优点，在埋入地下后，实用寿命长达50年以上，而所采用的材料是碳氢聚合物，对土壤没有污染，并且在一定的长度下，高密度聚乙烯双壁波纹管在管的轴向方向上还可有一定的挠曲度，针对于软土路基容易发生一定程度的不均匀沉降的情况，高密度聚乙烯双壁波纹管的采用减少了软土路基沉降对路面的影响，提高了路面的使用寿命。
进一步的，所述高密度聚乙烯双壁波纹管通径大于或等于500mm。
优选的，所述支架是塑料支架且为正三棱柱，支架沿轻质管轴向方向上的厚度大于或等于10cm，底面上的直边长度大于或等于30cm；支架的尺寸则直接关系到高密度聚乙烯双壁波纹管相互之间的间距，高密度聚乙烯双壁波纹管的通径采用大于或等于500mm，而支架的质变长度大于或等于30cm，使连接后的同层高密度聚乙烯双壁波纹管之间距离小于30cm，从而保证了相邻层两个高密度聚乙烯双壁波纹管在水平方向上的重叠大于10cm，保证了任何竖直方向上的力都能传递到高密度聚乙烯双壁波纹管，再将所受的力均匀向下传递，提高路堤承载能力。
一种路堤，包括泡沫轻质土和上述的支撑结构，所述泡沫轻质土填充在支撑结构内轻质管之间的空隙中。
支撑结构之间的空隙采用泡沫轻质土进行填充，减少了路堤整体的重量，减轻路基的承载，一定程度上防止了软土路基的下沉。
进一步的，还包括底部基础、波纹板和锚杆；所述底部基础设置于路基上两侧，底部基础的延伸方向与路线方向同向；底部基础之间浇筑有垫层，两侧底部基础上均设有波纹板，两侧波纹板板面相对排布；所述支撑结构安装在波纹板之间，支撑结构内轻质管的轴线方向与路线方向垂直，泡沫轻质土填充在支撑结构内轻质管之间的空隙中；所述泡沫轻质土上方浇筑有路堤填料形成路面；所述锚杆一端固定在波纹板上、另一端沿轻质管轴向穿过轻质管后固定波纹板上；底部基础的设置用于连接波纹板，使波纹板在底部能连接得更加稳固，同时底部基础之间浇筑垫层以后，能防止路堤因压缩向两侧扩张而破坏路堤与路基的稳定性；波纹板设置对路堤的侧面达到防护的效果，减少水雾浸入路堤腐蚀轻质管；锚杆的设置结合波纹板用于平衡路堤的横向力，保证了路堤的使用寿命。
优选的，所述垫层为C15砼垫层。
一种路堤的施工方法，用于构筑上述的路堤，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.铺设第一层轻质管，相邻的轻质管之间通过第一层支架连接，浇筑泡沫轻质土；
步骤2.铺设第二层轻质管，相邻的轻质管之间通过第二层支架连接，浇筑泡沫轻质土；
步骤3.以上述步骤递推，铺设第N层轻质管，相邻的轻质管之间通过第N层支架连接，浇筑泡沫轻质土至灌顶面；N是大于或等于3的正整数。
进一步的，在步骤1之前，浇筑底部基础并安装波纹板，底部基础之间浇筑垫层；在安装完支撑结构内的倒数第二层轻质管和顶层支架后，安装锚杆，锚杆锚头沿轻质管轴向依次穿过波纹板、轻质管、波纹板，将锚头锁紧在波纹板上；步骤3完成后，填筑常规路堤填料。
发明具有如下的优点和有益效果：
1.本发明采用轻质管配合支架的连接作为路堤的支撑结构，使路堤受力均匀，增强了路堤的承载能力，减少了路堤因承受的横向力而导致路堤损坏的隐患，降低路堤因长时间承载而发生的开裂，加强了路堤的稳固性，保证路堤的使用寿命。
2.本发明降低了软土路基的承载，减少软土路基的沉降概率，保证了路堤及路面的使用寿命。
3.本发明采用轻质管配合支架的连接作为路堤的支撑结构，一方面减少了路堤的造价，另一方面，使路堤具有一定的挠度，适用于软土路基易发生沉降的工况，减少了对软土路基的处理成本，缩短路堤建造工时，节省了人力、路基成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的正视部分剖视图。
图2为本发明的侧视部分剖视图。
图3位本发明的支架结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-支架，2-轻质管，3-轻质泡沫土，4-垫层，5-锚杆，6-底部基础，7-路堤填料，8-波纹板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种支撑结构，用于对路面提供支撑力并稳固路堤，包括轻质管2和支架1，所有轻质管2轴线走向相同，轻质管2采用通径大于或等于500mm的高密度聚乙烯双壁波纹管；在轻质管2的径向截面上：所有轻质管2呈矩形阵列排布，且相邻上下两层轻质管2相互错位排布；上层中的一个轻质管2的位置与所述下层中相邻的两个轻质管2的间隙对应，下层中任意相邻的两个轻质管2与相邻上层中对应的一个轻质管2通过支架1连接；支架1为正三棱柱，三棱柱的三条侧棱上分别设有内凹弧面，凹弧面轴线与对应的侧棱平行，凹弧面轴向长度与对应的侧棱高度相等，内凹弧面与轻质管2的外壁贴合适配。
本实施例的有益效果：在路堤施工中，采用轻质管2作为主要支撑件，减少了支撑结构整体的重量，且轻质管2材料成本低，材料用料更少，减少了支撑结构的制造成本，而轻质管2配合支架1的连接方式，一方面保证了路面竖直方向上的任何位置的下方都有相应的轻质管2，避免载荷在轻质管2空隙间之间向下传递，而上层的轻质管2可以通过支架1将载荷向下层轻质管2均匀传递，使路堤可承受的冲击载荷更强，同时，采用每三个轻质管2通过支架1，在截面上构成类三角形的形状，防止支撑结构整体上的变形，在轻质管2的轴线方向上，支架1的设置也使支撑结构承受横向力更强。
实施例2
一种路堤，包括底部基础6、波纹板8、锚杆5、泡沫轻质土3和实施例1所述的支撑结构，波纹板8采用的是普通的热轧碳钢板，厚度为0.25～12.5mm，泡沫轻质土3是由水泥、水、气泡群、以及粉煤灰、矿粉或细砂等按一定配合比例混合凝结而成的一种常用新型填筑材料；底部基础6设置于路基上两侧，路基相对于地面的深度大于1m，两块波纹板8板面相对的固定安装在底部基础6上，底部基础6之间浇筑有垫层4，垫层4采用的是C15砼垫层；支撑结构位于垫层4上，泡沫轻质土3充满支撑结构内轻质管2之间的空隙，泡沫轻质土3上方浇筑有路堤填料7形成路面；锚杆5位于轻质管2内，锚杆5两端贯穿两侧波纹板8进行锁紧。
本实施例的有益效果：采用泡沫轻质土3作为支撑结构件的填充材料，它具有的高流动性保证了填充度，相对于普通的填充材料，使路堤整体重量减轻；在承载上，路面上的载荷通过路堤填料7及泡沫轻质土3竖直向下传递到支撑结构，载荷通过支撑结构内部均匀的向下传递，提高了路堤对路面上冲击载荷的承受能力，而支撑结构的连接方式，则保证了竖直方向上每个地方的载荷都能传递到竖直方向上与路面距离最近的轻质管2上，避免轻质泡沫土3的直接承载，同时，在传递的过程中，由于支撑结构有一定的挠度，在高载荷下可以发生一定的弹性变形，防止在载荷的作用下发生沉降，支撑结构中的支架1还有效的避免了泡沫轻质土3在横向力的挤压下而产生变形导致路堤崩塌，同时，在发生共振或撞击的情况下，避免了路堤快速坍塌，保证了道路的行驶安全，波纹板8配合锚杆5的设置一方面增强了路堤横向的承载能力，另一方面防止了水雾渗透路堤，对路堤造成腐蚀，保证了路堤的使用寿命。
实施例3
一种路堤的施工方法，用于构筑上述的路堤，包括以下步骤：
步骤1.铺设第一层轻质管2，相邻的轻质管2之间通过第一层支架1连接，浇筑泡沫轻质土3；
步骤2.铺设第二层轻质管2，相邻的轻质管2之间通过第二层支架1连接，浇筑泡沫轻质土3；
步骤3.以上述步骤递推，铺设第N层轻质管2，相邻的轻质管2之间通过第N层支架1连接，浇筑泡沫轻质土3至灌顶面；N是大于或等于3的正整数。
实施例4
在实施例3的基础上，在步骤1之前，浇筑底部基础6并安装波纹板8，底部基础6之间浇筑垫层4；在安装完支撑结构内的倒数第二层轻质管2和顶层支架1后，安装锚杆5，锚杆5锚头沿轻质管2轴向依次穿过波纹板8、轻质管2、波纹板8，将锚头锁紧在波纹板8上；步骤3完成后，填筑常规路堤填料7。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
