一种加筋土柱支撑装置、装配式填土路堤结构及施工方法与流程

1.本发明涉及路基施工工程技术领域，具体来讲，涉及一种加筋土柱支撑装置、装配式填土路堤结构及施工方法。


背景技术：

2.堆填法是常用一种地基构筑方式，常采用土体作为堆填材料，在道路工程、建筑工程等领域得到了广泛的应用。然而，作为堆填材料的土体作为一种经过人工改良的天然产物，在堆填后常常会因为土体材料的时空变异性、多相性产生多种基础工程病害，如塌陷、不均匀沉降、开裂、滑移变形等。而且天然土体作为松散体，容易受到水体、环境温度等因素的影响，产生滑塌、液化、管涌、涌砂、冻胀、盐胀等工程病害。为此，过去采用了诸如：夯实、土体改性、降水、加筋、结构加固等工程改良措施，而这些措施往往针对一种或几种病害，难以应对多种潜在不良现象的影响，使得地基病害问题难以充分克服。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种加筋土柱支撑装置、装配式填土路堤结构及施工方法，用以解决现有技术中存在的路基材料中的多种潜在病害的影响，可从根本上克服现有路基中的滑塌、液化、管涌、涌砂、冻胀、盐胀等技术问题。
4.为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种装配式填土路堤结构，所述路堤结构可包括若干个加筋土柱、下垫层和上垫层，其中，若干个加筋土柱可并排放置在下垫层上，每个加筋土柱的轴线都可沿竖直方向设置，每个加筋土柱都可包括顶板、底板、网袋和承压土，顶板和底板可沿轴向相对且间隔设置，承压土可设置在顶板和底板之间，网袋可包裹在顶板、底板和承压土外，网袋中的承压土能够被顶板和底板紧密压实；若干个加筋土柱的上端面可相互对齐设置，上垫层可铺设在若干个加筋土柱的上端以形成水平或倾斜面。
5.可选择地，所述顶板的上端可形成有吊装部，吊装部上可开设有吊装孔，吊装孔的内径可由上至下逐渐增大，以便于将吊具卡入吊装部中对所述加筋土柱进行吊装作业。
6.可选择地，所述网袋可包括相互热熔粘合的筋材和面料，筋材可由纤维加强聚合物材料制成，面料可由聚合物编织土工布制成。
7.可选择地，所述路堤结构还可包括排水系统和控温系统，排水系统可包括若干根排水管，若干根排水管可分别设置在相邻的所述加筋土柱之间的空隙中，其下端可贯穿所述下垫层延伸至所述下垫层的下方，排水系统可用于排出所述路堤结构中的自由水；控温系统可包括若干根控温管，若干根控温管可分别设置在相邻的所述加筋土柱之间的空隙中，控温系统可用于调节所述路堤结构中的温度。
8.可选择地，相邻的所述加筋土柱之间的空隙中可填充沙土或碎石土以提高所述加筋土柱的稳定性。
9.可选择地，所述路堤结构还可包括至少一面挡墙，挡墙可设置在若干个加筋土柱
的一侧，用于支挡与其相接触的所述加筋土柱，可防止所述加筋土柱发生倾倒或水平剪切位移；所述上垫层中可布置有拉筋结构，拉筋结构可包括相互交叉设置的若干条横向拉筋和若干条纵向拉筋，挡墙中可埋设有若干个拉筋固定端，若干个拉筋固定端可与若干条横向拉筋的两端和/或若干条纵向拉筋的两端固定连接，能够将拉筋结构锚固在挡墙中，可用于稳固所述加筋土柱、减弱所述加筋土柱倾倒变形及相互位移变形。
10.本发明另一方面提供了一种加筋土柱支撑装置，所述加筋土柱支撑装置可包括顶板、底板、网袋和承压土，顶板和底板可沿轴向相对且间隔设置，承压土可设置在顶板和底板之间，网袋可包裹在顶板、底板和承压土外，网袋中的承压土能够被顶板和底板紧密压实。
11.可选择地，所述顶板的上端可形成有吊装部，吊装部上可开设有吊装孔，吊装孔的内径可由上至下逐渐增大，以便于将吊具卡入吊装部中对所述加筋土柱支撑装置进行吊装作业；所述网袋可包括相互热熔粘合的筋材和面料，筋材可由纤维加强聚合物材料制成，面料可由聚合物编织土工布制成。
12.本发明再一方面提供了一种填土路堤施工方法，所述施工方法可采用如上所述的装配式填土路堤结构，可包括地基铺设环节和所述加筋土柱的设计加工安装环节，其中，地基铺设环节可包括进行场地开挖和平整工序；进行所述挡墙吊装、地下管线埋设施工；在所述挡墙之间的场地上铺设所述下垫层，并压实或夯实；所述加筋土柱的设计加工安装环节可包括计算得出每一个所述加筋土柱的尺寸，设计所述加筋土柱的空间排列方式；使用加筋土柱加工模具加工所述加筋土柱；使用吊具卡入所述加筋土柱上的吊装孔吊起所述加筋土柱，移动至指定的安装位置，完成所述加筋土柱的安装。
13.可选择地，所述施工方法还可包括排水及控温系统安装环节和所述上垫层的铺设环节，其中，排水及控温系统安装环节可包括将所述排水管和所述控温管埋设在相邻的所述加筋土柱之间的空隙中，并使用沙土或碎石土填充空隙；所述上垫层的铺设环节可包括在所述上垫层中埋设所述拉筋结构，将所述上垫层铺设在所述加筋土柱的上端，将所述横向拉筋和/或纵向拉筋的两端与所述挡墙中的拉筋固定端连接，形成所述装配式填土路堤结构的整体结构。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：
15.1、将主体受力结构由“土堆”变为“土柱”：本质上优化了土体受力特征，降低了土体中剪切破坏应力，避免拉应力产生。同时人工调配土体与精准的夯实，克服了天然土体具有的时空变异性、不均匀性等缺点。
16.2、结构模块化带来对设计、施工的新模式：由以前的“大挖大填”变为精细化组装，结合相关自动化信息化技术，既能提高质量又能加快工程速度。
17.3、结构的模块化带来更长工程结构生命周期：由于该结构路堤由加筋土柱堆集而成；因此当出现路堤、路基损毁时，仅需更换若干加筋土柱即可快速修复。且当道路无法满足交通量需求时，也方便在已有路堤基础上进行快速道路扩宽。
18.4、结构的模块化带来功能在时空上的多样化：道路在长期的使用过程中，会受到多种多样的外载荷，外部环境的影响。而模块化结构方便不同部件的安装或者环控设备的加入，极大的提高道路长期安全稳定，为交通提供高质量运行环境。
19.5、本发明的装配式填土路堤结构，除应用在新建路堤结构工程中之外，可以在路
基病害修复工程，道路横向扩建中的路堤工程得到使用。由于加筋土柱的优良力学性能和路堤结构的模块化，在这些工程中具有方便快捷，效稳定性好等优点。
附图说明
20.通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：
21.图1示出了本发明示例性实施例的装配式填土路堤结构示意图。
22.图2示出了本发明示例性实施例的加筋土柱结构的第一示意图。
23.图3示出了本发明示例性实施例的加筋土柱结构的第二示意图。
24.图4示出了本发明示例性实施例的装配式填土路堤结构在填挖结合式路堤上的应用示意图。
25.图5示出了本发明示例性实施例的加筋土柱的加工模具示意图。
26.图6示出了本发明示例性实施例的加筋土柱的加工方法示意图。
27.附图标记说明：
28.1-加筋土柱，11-顶板，111-吊装部，112-吊装孔，12-底板，13-网袋，131-筋材，132-面料，14-承压土，2-下垫层，3-上垫层，4-挡墙，41-拉筋固定端，5-面层，6-排水系统，61-排水管，7-控温系统，71-控温管，8-拉筋结构，81-横向拉筋，82-纵向拉筋。
具体实施方式
29.在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的加筋土柱支撑装置、装配式填土路堤结构及施工方法。
30.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
31.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
32.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.在相关的路基施工作业技术中，将土体作为堆填材料在堆填后常常会因为土体材料的时空变异性、多相性产生多种基础工程病害，如塌陷、不均匀沉降、开裂、滑移变形等。而且天然土体作为松散体，容易受到水体、环境温度等因素的影响，产生滑塌、液化、管涌、涌砂、冻害、盐胀等工程病害。为此，过去采用了诸如：夯实、土体改性、降水、加筋、结构加固等工程改良措施，而这些措施往往针对一种或几种病害，难以应对多种潜在不良现象的影响，使得地基病害问题难以充分克服。
34.基于此，本发明提供了一种加筋土柱支撑装置、装配式填土路堤结构及施工方法，其中，装配式填土路堤结构包括若干个加筋土柱、下垫层和上垫层，若干个加筋土柱并排放置在下垫层上，每个加筋土柱的轴线都沿竖直方向设置，每个加筋土柱都包括顶板、底板、网袋和承压土，顶板和底板沿轴向相对且间隔设置，承压土设置在顶板和底板之间，网袋包裹在顶板、底板和承压土外，网袋中的承压土能够被顶板和底板紧密压实；若干个加筋土柱的上端面相互对齐设置，上垫层铺设在若干个加筋土柱的上端以形成水平或倾斜面。
35.本发明的装配式填土路堤结构将主体受力结构由“土堆”变为“土柱”：本质上优化了土体受力特征，降低了土体天然具有的时空变异性、不均匀性等缺点对路堤结构稳定性的影响；结构模块化带来对设计、施工的新模式：由以前的“大挖大填”变为精细化组装，结合相关自动化信息化技术，既能提高质量又能加快工程速度；结构的模块化带来更长工程结构生命周期：由于该结构路堤由加筋土柱堆集而成；因此当出现路堤、路基损毁时，仅需更换若干加筋土柱即可快速修复。且当道路无法满足交通量需求时，也方便在已有路堤基础上进行道路扩展；结构的模块化带来功能在时空上的多样化：道路在长期的使用过程中，会受到多种多样的外载荷，外部环境的影响。而模块化结构可以通过不同部件的安装或者环控设备的加入，极大的提高道路长期安全稳定，为交通提供高质量运行环境；本发明的装配式填土路堤结构，除应用在新建路堤结构工程中之外，可以在路基病害修复工程，道路横向扩建中的路堤工程得到使用。由于加筋土柱的优良力学性能和路堤结构的模块化，在这些工程中具有方便快捷，效果好等优点。
36.示例性实施例1
37.本示例性实施例提供了一种装配式填土路堤结构。
38.图1示出了本发明示例性实施例的装配式填土路堤结构示意图；图2示出了本发明示例性实施例的加筋土柱结构的第一示意图；图3示出了本发明示例性实施例的加筋土柱结构的第二示意图；图4示出了本发明示例性实施例的装配式填土路堤结构在填挖结合式路堤上的应用示意图。
39.如图1至图4中所示，本示例性实施例所述的装配式填土路堤结构可包括多个加筋土柱1、下垫层2和上垫层3，其中，下垫层2可位于所述装配式填土路堤结构的最下层，多个加筋土柱1可摆放在下垫层2的上方，每个加筋土柱1都可沿竖直方向放置，也就是说，每个加筋土柱1的轴线方向都可与竖直方向一致，且每个加筋土柱1之间可相互紧贴摆放，上垫层3可放置在加筋土柱1的上端，当所有加筋土柱1摆放在下垫层2上后，需确保所有加筋土柱1的上端对齐，也就是说，所有加筋土柱1的上端可形成一个水平的平面，当上垫层3放置在加筋土柱1的上端后，上垫层3也可保持水平以形成水平的平面；下垫层2可为水平的平面，也可为台阶面或其他形状的面，也就是说，当所有加筋土柱1摆放在下垫层2上后，只需确保加筋土柱1的上端形成水平平面，下端可以为平面，也可以形成非平面结构，本发明对此不作具体限定。
40.可选择地，上垫层3和下垫层2都可选用密实碎石土作为材料制造，也就是说，可通过在施工作业中铺设碎石土，并压实或夯实形成上垫层3和下垫层2；但本发明不限于此，上垫层3和下垫层2也可使用其他材料压制而成，本发明对此不作具体限定。
41.在本实施例中，每个加筋土柱1都可包括顶板11、底板12、网袋13和承压土14，顶板11和底板12都可为圆形刚性板，顶板11和底板12都可沿加筋土柱1的轴线相互面对设置，且
相互之间间隔一段距离，承压土14安装在顶板11和底板12之间，网袋13包裹在顶板11、底板12和承压土14之外，网袋13中的承压土14可在顶板11和底板12的压缩下，且在网袋13的限位作用下被压紧在网袋13中，承压土14被紧密压实后使加筋土柱1的整体呈现圆柱体状的结构；但本发明不限于此，顶板11和底板12的形状除圆形板状之外，也可为方板、三角形板或其他多边形板等；加筋土柱1的外形除了可形成为圆柱体状之外，还可形成为方柱体形、其他多边形柱体等，本发明对此不作具体限定。
42.可选择地，承压土14可选用为低可压缩性、低灵敏度、高密实度的土。为了通过夯实达到土柱力学性质要求，要求土体为不均匀系数》5，曲率系数1～3的级配良好、不均匀的一般非黏性土(不能使用特殊土——如红土、黄土、软土、盐碱土等)。要求土体变形性质具有低压缩性，高瞬时弹性模量，土体的强度性质要求有较高抗剪力学强度，这些力学特性主要通过对土柱的夯实来实现。土的组成多种多样，一般按照工程施工的经济性，在工程附近开挖所得的土，通过土力学测试，满足使用要求即可；若不满足，可以掺入其他土进行调配，从而满足力学要求；顶板11的上端可设有吊装部111，吊装部111的中心可开设有吊装孔112，吊装孔112可形成为与顶板11的上方连通的盲孔，吊具可从吊装部111的上端伸入至吊装孔112中，吊装孔112的内径由上至下呈逐渐增大的趋势，当吊具伸入吊装孔112中后可被固定在吊装部111中，上提吊具可将加筋土柱1一同向上吊起，从而实现加筋土柱1的吊装操作；但本发明不限于此，承压土14的材料除土体之外，还可为其他方便易得经济的满足力学性能的颗粒材料；吊装部111除开设吊装孔进行吊装外，还可设计为其他吊装结构，如在吊装部111的外壁上开槽等，只要可与吊具进行匹配便于吊装操作即可，本发明对此不作具体限定。
43.可选择地，网袋13的材料可分为筋材131和面料132，其中，筋材131可呈纵横交错状分布在面料132的表面，筋材131可通过热熔粘合的方式与面料132进行固定连接，筋材131的材料可为纤维加强聚合物材料，具体地，为了使筋材131具有更高的强度与刚度，可进一步选用碳纤复合聚合物材料，面料132的材料可为聚合物编织土工布，聚合物编织土工布可为纤维材料与高分子材料熔合而成的布料，具有较好的透水透气特性；筋材131与面料132之间可通过热熔粘合，从而形成一体的网袋结构，承压土14可被填充在网袋13中，并通过被夯实的密实承压土14的土体，以保证承压土14的土体的变形模量、瞬时弹性模量、土体的强度能够满足承载与稳定性的需求；另外，加筋土柱1的高度由网袋13中填充的经过捶压密实的承压土14的高度决定，而加筋土柱1的设计高度需通过路面与地面原始高度决定，从而满足路面的平整与空间形状要求；但本发明不限于此，筋材131也可为其他满足强度和刚度要求的材料，面料132也可为其他满足透水透气性的材料，筋材131与面料132的固定方式也不限于热熔粘合，也可通过其他固定方式固定连接，本发明对此不作具体限定。
44.在本实施例中，所述装配式填土路堤结构还可包括排水系统6，排水系统6可包括多根排水管61，排水管61的上端可穿过下垫层2并置于加筋土柱1之间的空隙中，排水管61的下端位于所述装配式填土路堤结构的下方，所述装配式填土路堤结构中的自由水可通过排水管61排出至所述装配式填土路堤结构之外，从而保证所述装配式填土路堤结构中不产生积水，避免过高的地下水位对路堤结构的稳定性造成影响。另外对于盐碱地基，本发明可以控制给排水，通过水来溶解带走地表附近盐分，从而避免盐胀问题。但本发明不限于此，排水系统6中的排水管61的数量可为任意数量，排水系统6也可包括其他设备，如集水池等，
本发明对此不作具体限定。
45.在本实施例中，所述装配式填土路堤结构还可包括控温系统7，控温系统7可包括多根控温管71，多根控温管71可安装在加筋土柱1之间的空隙中，其两端可伸出至所述装配式填土路堤结构之外，通过在控温管71中注入加热介质，如太阳能产生的循环热水或热油，从而将热量带入至所述装配式填土路堤结构中，调节所述装配式填土路堤结构中的环境温度，可用来避免寒区产生冻胀、冻融破坏等现象，保证土柱结构安全。但本发明不限于此，控温系统7中的控温管71的数量可为任意数量，控温系统7中也可包括其他设备，如温度控制系统、加热装置等，本发明对此不作具体限定。
46.在本实施例中，所述装配式填土路堤结构中安装的加筋土柱1之间的空隙中还可填充有沙土或碎石土，可用于提高所述装配式填土路堤结构整体支撑性能的稳定性，但本发明不限于此，加筋土柱1之间的空隙中除了可填充沙土或碎石土之外，也可填充其他介质，只要可提升整体结构的支撑性能和稳定性即可，本发明对此不作具体限定。
47.在本实施例中，所述装配式填土路堤结构还可包括两面挡墙4，两面挡墙4分别设置在所述装配式填土路堤结构中的加筋土柱1的两侧，将加筋土柱1限位在两面挡墙4之间，可用于支挡与挡墙4相接触的加筋土柱1，防止其间的加筋土柱1发生倾倒或水平剪切位移。
48.可选择地，上垫层3中可设置有拉筋结构8，拉筋结构8嵌入在上垫层3中，拉筋结构8包括相互交叉设置的多条横向拉筋81和纵向拉筋82，两面挡墙4中都埋设有多个拉筋固定端41，每条拉筋固定端41都可与每根横向拉筋81的两端焊接在一起，可将横向拉筋81锚固在两面挡墙4中，从而将上垫层3与挡墙4之间形成整体结构，稳固加筋土柱1、减弱加筋土柱1的倾倒变形及相互位移变形，提升挡墙4的抗倾倒能力和路堤结构整体稳定性；但本发明不限于此，挡墙4的数量也可为除两面之外的其他任意数量，例如当挡墙4的数量为四面时，也可在纵向拉筋82两端的两面挡墙中埋设拉筋固定端，来对纵向拉筋82进行锚固，从而进一步提升上垫层3与挡墙4的连接性能，本发明对此不作具体限定。
49.可选择地，上垫层3的上方还可铺设面层5，面层5的材料为路面材料，另结合道路设计来确定材料与结构，面层5可用于作为路面承受来自上方的直接载荷，并将压力向下传递至上垫层3、加筋土柱1和下垫层2，本发明仅针对路堤部分，对于面层不作具体限定。
50.另外加筋土柱作为低成本承载结构(相比水泥基类材料结构)，除用到道路路堤中，在其他场景中亦可作为承载结构。如在建筑地基的修建中，可以借助加筋土柱来填平(或堆高)工程场地，全部或部分直接作为地基使用，同时保留该类结构的模块化、高稳定性等特征带来的优点。
51.示例性实施例2
52.本示例性实施例提供了一种加筋土柱支撑装置。
53.本示例性实施例所述的加筋土柱支撑装置可应用于示例性实施例1中所述的装配式填土路堤结构。
54.如图2、图3、图5、图6中所示，所述加筋土柱支撑装置可包括顶板11、底板12、网袋13和承压土14，顶板11和底板12都可为圆形刚性板，顶板11和底板12都可沿加筋土柱的轴线相互面对设置，且相互之间间隔一段距离，承压土14安装在顶板11和底板12之间，网袋13包裹在顶板11、底板12和承压土14之外，网袋13中的承压土14可在顶板11和底板12的压缩下，且在网袋13的限位作用下被压紧在网袋13中，承压土14被紧密压实后使加筋土柱的整
体呈现圆柱体状的结构；但本发明不限于此，顶板11和底板12的形状除圆形板状之外，也可为方板、三角形板或其他多边形板等；加筋土柱的外形除了可形成为圆柱体状之外，还可形成为方柱体形、其他多边形柱体等，本发明对此不作具体限定。
55.可选择地，承压土14可选用为低可压缩性、低灵敏度、高密实度的土。为了通过夯实达到土柱力学性质要求，要求土体为不均匀系数》5，曲率系数1～3的级配良好、不均匀的一般非黏性土(不能使用特殊土——如红土、黄土、软土、盐碱土等)。要求土体变形性质具有低压缩性，高瞬时弹性模量，土体的强度性质要求有较高抗剪力学强度，这些力学特性主要通过对土柱的夯实来实现。土的组成多种多样，一般按照工程施工的经济性，在工程附近开挖所得的土，通过土力学测试，满足使用要求即可；若不满足，可以掺入其他土进行调配，从而满足力学要求；顶板11的上端可设有吊装部111，吊装部111的中心可开设有吊装孔112，吊装孔112可形成为与顶板11的上方连通的盲孔，吊具可从吊装部111的上端伸入至吊装孔112中，吊装孔112的内径由上至下呈逐渐增大的趋势，当吊具伸入吊装孔112中后可被固定在吊装部111中，上提吊具可将加筋土柱1一同向上吊起，从而实现加筋土柱1的吊装操作；但本发明不限于此，承压土14的材料除土体之外，还可为其他方便易得经济的满足力学性能的颗粒材料；吊装部111除开设吊装孔进行吊装外，还可设计为其他吊装结构，如在吊装部111的外壁上开槽等，只要可与吊具进行匹配便于吊装操作即可，本发明对此不作具体限定。
56.可选择地，网袋13的材料可分为筋材131和面料132，其中，筋材131可呈纵横交错状分布在面料132的表面，筋材131可通过热熔粘合的方式与面料132进行固定连接，筋材131的材料可为纤维加强聚合物材料，具体地，为了使筋材131具有更高的强度与刚度，可进一步选用碳纤复合聚合物材料，面料132的材料可为聚合物编织土工布，聚合物编织土工布可为纤维材料与高分子材料熔合而成的布料，具有较好的透水透气特性；筋材131与面料132之间可通过热熔粘合，从而形成一体的网袋结构，承压土14可被填充在网袋13中，并通过被夯实的密实承压土14的土体，以保证承压土14的土体的变形模量、瞬时弹性模量、土体的强度能够满足承载与稳定性的需求；另外，加筋土柱1的高度由网袋13中填充的经过捶压密实的承压土14的高度决定，而加筋土柱1的设计高度需通过路面与地面原始高度决定，从而满足路面的平整与空间形状要求；但本发明不限于此，筋材131也可为其他满足强度和刚度要求的材料，面料132也可为其他满足透水透气性的材料，筋材131与面料132的固定方式也不限于热熔粘合，也可通过其他固定方式固定连接，本发明对此不作具体限定。
57.示例性实施例3
58.本示例性实施例提供了一种填土路堤施工方法。
59.本示例性实施例所述的填土路堤施工方法可采用示例性实施例1中所述的装配式填土路堤结构或示例性实施例2中所述的加筋土柱支撑装置来进行。
60.图5示出了本发明示例性实施例的加筋土柱的加工模具示意图；图6示出了本发明示例性实施例的加筋土柱的加工方法示意图。
61.如图1至图6中所示，本示例性实施例所述的填土路堤施工方法可包括地基铺设环节和加筋土柱的设计加工安装环节，其中，
62.地基铺设环节包括以下具体步骤：
63.首先进行场地初步处理，使得地基所处位置的地层岩土体能够满足设计所需的承
载力与变形要求，若存在不良地质现象，需进行相应的处理。按照一般道路开挖或堆填情况，可使用本发明的路基有路堤式和填挖结合式(如图4中所示)，在施工前应根据路基设计高程与工程场地高程，并根据路基设计，进行场地开挖、平整等工序。再后，进行预制挡墙吊装、地下管线埋设的施工。最后，在挡墙4内场地上用碎石土铺设下垫层2，并且压实或夯实下垫层2。
64.加筋土柱的设计加工安装环节包括以下具体步骤：
65.结合下垫层与路面之间的高差数据，计算得出每一个加筋土柱1的高度尺寸，并设计加筋土柱1的空间排列方式；
66.加筋土柱1的加工在施工现场进行，由于加筋土柱1对质量有较高要求，需由自动化机器精确加工。故需要一台具有加筋土柱加工机械的工程车辆随施工现场移动，并且同时需要一台起重机来搬运与安装加筋土柱1。加工加筋土柱1可以使用可开合的刚性模具(如图5中所示)，其内腔为圆柱体，直径与加筋土柱1直径一致。模具顶端开口可以放入一个锤击加压装置，能够对模具内的土体进行压实；并且该装置上下具有热熔粘合装置，能够给高强聚合物网袋上下端口进行热熔封口；
67.如图6中所示，加筋土柱的加工方法如下：
68.s1：首先加工模具合拢，形成圆柱形空腔；然后放入网袋，并且底端用热熔加压装置进行闭封，袋口顶端展开并固定在模具上。
69.s2：在网袋底部放置底板，使得底板紧贴网袋底部。
70.s3：分层加入人工调配后的松散土体，土体的主要矿物成分与颗粒级配经过优化，使得土体在加压夯实后能够达到所需密实度，保证密实土体的力学性能满足承载需要。由于土体夯实后的密实度与夯实能量、含水率等有密切关系——因此需提前经过实验室的夯实试验、土体压缩试验、土体剪切试验(或土三轴试验)等来确定最优含水率与所需的夯实能量。
71.s4：带夯实土柱的高度满足设计要求时，放入顶板，使得顶板与土体紧密接触。
72.s5：加筋土柱封口，即将土柱上部预留的网袋向内聚拢，然后套入一个聚合物环；然后使用加压热熔装置，将网袋与聚合物环热熔成整体。然后切掉多余的网袋材料，即形成了一个完整的加筋土柱。
73.s6：进行加筋土柱吊装，由于加工好的加筋土柱重量较大，需借助机械完成位置转移与安装，因此顶板上有一个吊装孔；将加工模具打开，用专用夹具夹住加筋土柱，或使用吊具伸入吊装孔中并固定，吊起加筋土柱并移动至该加筋土柱的安装位置，完成安装。
74.在本实施例中，所述填土路堤施工方法还可包括排水及控温系统安装环节和上垫层的铺设环节，其中，
75.排水及控温系统安装环节包括：
76.加筋土柱吊装过程中，应按照设计图纸，将排水及控温系统(排水管和控温管等)埋入加筋土柱之间的孔隙中，并及时用沙土或碎石土充填孔隙。加筋土柱之间孔隙中的充填土不作为承载构建，所以无需压实或夯实。
77.上垫层的铺设环节包括：
78.加筋土柱安装后，开始上垫层的铺设，并且在上垫层中埋设拉筋，拉筋可以选用常见的建材钢筋，也可以使用土工材料。将横向拉筋和/或纵向拉筋与挡墙预留结构连接，形
成整体结构。从而提高挡墙抗倾倒能力和路基结构整体稳定性；路堤部分结构安装完成后，下一步可以按照路面设计方案，在上垫层上进行路面结构的施工。
79.本发明所述的装配式填土路堤结构的施工工程的主要验算概要如下：
80.作为路基工程中的一种结构，本发明所述的装配式填土路堤结构的力学稳定性验算仍符合一般工程力学与岩土力学原理。本专业工程专业技术人员具备相关的验算能力，所以不再详细给出该结构的力学模型与分析方法。本发明所涉及的结构主要需要进行的力学稳定性验算主要有：
81.(1)地基稳定性验算。即支撑路堤结构的下部岩土体的力学稳定性验算。根据土工结构一般验算规则，主要包含了路基承载力验算、路基变形验算、抗滑稳定性验算。对于特殊性岩土体或不良地质现象，可合理采用不同工程措施，并需增加相关的验算。
82.(2)挡墙-加筋土柱结构稳定性验算。挡墙与加筋土柱相互作用下，需进行结构在多种不同载荷(动载荷、地震、山洪泥石流冲击等)下的抗倾覆稳定性验算、抗滑稳定性验算。
83.(3)加筋土柱稳定性验算。在对单体加筋土柱进行设计时，除了网袋中土体基本物理力学参数进行试验和设计时，还需对设计密实度下土体应力与袋体受力进行验算，以确保聚合物网袋的安全性(一般仅对极端情况下的土柱进行验算即可)。由于加筋土柱在竖直方向上的尺寸可能占优，为了保障路堤在不同位置处竖向变形的一致性，需对各个加筋土柱在极端载荷下的变形量、长期沉降变形量、饱水情况下膨胀变形量，以及热胀冷缩变形量进行验算，从而保障路堤结构的长期安全稳定。
84.综上所述，本发明的装配式填土路堤结构将主体受力结构由“土堆”变为“土柱”：本质上优化了土体受力特征，使得土柱中任一点土体趋于三向受压状态，降低剪切破坏应力，更根除了拉应力的产生。通过精细化夯实与管理，降低了不同土柱之间土体天然具有的时空变异性、不均匀性等缺点，避免了土柱的不均匀变形对路堤结构稳定性的影响。而且，结构模块化带来对设计、施工的新模式：由以前的“大挖大填”变为精细化组装，结合相关自动化信息化技术，既能提高质量又能加快工程速度；同时结构的模块化带来更长工程结构生命周期：由于该结构路堤由加筋土柱堆集而成；因此当出现路堤、路基损毁时，仅需更换若干加筋土柱即可快速修复。且当道路无法满足交通量需求时，也方便在已有路堤基础上进行道路扩展；另外，结构的模块化带来功能在时空上的多样化：道路在长期的使用过程中，会受到多种多样的外载荷，外部环境的影响。而模块化结构可以通过不同部件的安装或者环控设备的加入，极大的提高道路长期安全稳定，为交通提供高质量运行环境；本发明的装配式填土路堤结构，除应用在新建路堤结构工程中之外，可以在路基病害修复工程，道路横向扩建中的路堤工程得到使用。由于加筋土柱的优良力学性能和路堤结构的模块化，在这些工程中具有方便快捷，效果好等优点。
85.尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

技术特征：
1.一种装配式填土路堤结构，其特征在于，所述路堤结构包括若干个加筋土柱、下垫层和上垫层，其中，若干个加筋土柱并排放置在下垫层上，每个加筋土柱的轴线都沿竖直方向设置，每个加筋土柱都包括顶板、底板、网袋和承压土，顶板和底板沿轴向相对且间隔设置，承压土设置在顶板和底板之间，网袋包裹在顶板、底板和承压土外，网袋中的承压土能够被顶板和底板紧密压实；若干个加筋土柱的上端面相互对齐设置，上垫层铺设在若干个加筋土柱的上端以形成水平或倾斜面。2.根据权利要求1所述的装配式填土路堤结构，其特征在于，所述顶板的上端形成有吊装部，吊装部上开设有吊装孔，吊装孔的内径由上至下逐渐增大，以便于将吊具卡入吊装部中对所述加筋土柱进行吊装作业。3.根据权利要求1所述的装配式填土路堤结构，其特征在于，所述网袋包括相互热熔粘合的筋材和面料，筋材由纤维加强聚合物材料制成，面料由聚合物编织土工布制成。4.根据权利要求1所述的装配式填土路堤结构，其特征在于，所述路堤结构还包括排水系统和控温系统，排水系统包括若干根排水管，若干根排水管分别设置在相邻的所述加筋土柱之间的空隙中，其下端贯穿所述下垫层延伸至所述下垫层的下方，排水系统用于排出所述路堤结构中的自由水；控温系统包括若干根控温管，若干根控温管分别设置在相邻的所述加筋土柱之间的空隙中，控温系统用于调节所述路堤结构中的温度。5.根据权利要求1所述的装配式填土路堤结构，其特征在于，相邻的所述加筋土柱之间的空隙中能够填充沙土或碎石土以提高所述加筋土柱的稳定性。6.根据权利要求1所述的装配式填土路堤结构，其特征在于，所述路堤结构还包括至少一面挡墙，挡墙设置在若干个加筋土柱的一侧，用于支挡与其相接触的所述加筋土柱，防止所述加筋土柱发生倾倒或水平剪切位移；所述上垫层中布置有拉筋结构，拉筋结构包括相互交叉设置的若干条横向拉筋和若干条纵向拉筋，挡墙中埋设有若干个拉筋固定端，若干个拉筋固定端与若干条横向拉筋的两端和/或若干条纵向拉筋的两端固定连接，能够将拉筋结构锚固在挡墙中，用于稳固所述加筋土柱、减弱所述加筋土柱倾倒变形及相互位移变形。7.一种加筋土柱支撑装置，其特征在于，所述加筋土柱支撑装置包括顶板、底板、网袋和承压土，顶板和底板沿轴向相对且间隔设置，承压土设置在顶板和底板之间，网袋包裹在顶板、底板和承压土外，网袋中的承压土能够被顶板和底板紧密压实。8.根据权利要求7所述的加筋土柱支撑装置，其特征在于，所述顶板的上端形成有吊装部，吊装部上开设有吊装孔，吊装孔的内径由上至下逐渐增大，以便于将吊具卡入吊装部中对所述加筋土柱支撑装置进行吊装作业；所述网袋包括相互热熔粘合的筋材和面料，筋材由纤维加强聚合物材料制成，面料由聚合物编织土工布制成。9.一种填土路堤施工方法，其特征在于，所述施工方法采用如权利要求1至6中任意一项所述的装配式填土路堤结构，包括地基铺设环节和所述加筋土柱的设计加工安装环节，其中，
地基铺设环节包括进行场地开挖和平整工序；进行所述挡墙吊装、地下管线埋设施工；在所述挡墙之间的场地上铺设所述下垫层，并压实或夯实；所述加筋土柱的设计加工安装环节包括计算得出每一个所述加筋土柱的尺寸，设计所述加筋土柱的空间排列方式；使用加筋土柱加工模具加工所述加筋土柱；使用吊具卡入所述加筋土柱上的吊装孔吊起所述加筋土柱，移动至指定的安装位置，完成所述加筋土柱的安装。10.根据权利要求9所述的填土路堤施工方法，其特征在于，所述施工方法还包括排水及控温系统安装环节和所述上垫层的铺设环节，其中，排水及控温系统安装环节包括将所述排水管和所述控温管埋设在相邻的所述加筋土柱之间的空隙中，并使用沙土或碎石土填充空隙；所述上垫层的铺设环节包括在所述上垫层中埋设所述拉筋结构，将所述上垫层铺设在所述加筋土柱的上端，将所述横向拉筋和/或纵向拉筋的两端与所述挡墙中的拉筋固定端连接，形成所述装配式填土路堤结构的整体结构。

技术总结
本发明提供了一种加筋土柱支撑装置、装配式填土路堤结构及施工方法，其中，装配式填土路堤结构包括若干个加筋土柱、下垫层和上垫层，若干个加筋土柱并排放置在下垫层上，每个加筋土柱的轴线都沿竖直方向设置，每个加筋土柱都包括顶板、底板、网袋和承压土，顶板和底板沿轴向相对且间隔设置，承压土设置在顶板和底板之间，网袋包裹在顶板、底板和承压土外，网袋中的承压土能够被顶板和底板紧密压实；若干个加筋土柱的上端面相互对齐设置，上垫层铺设在若干个加筋土柱的上端以形成水平或倾斜面；本发明结构的模块化可带来更长的工程结构生命周期，可实现精细化组装，可提高工程质量，提升工程施工效率。工程施工效率。工程施工效率。


技术研发人员：刘传正 黄今 陈兴长
受保护的技术使用者：西南科大四川天府新区创新研究院
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/8/9