一种基于废旧轮胎的桩承式加筋路堤及其工作方法与流程

本发明属于岩土工程地基处理技术领域，具体涉及一种基于废旧轮胎的桩承式加筋路堤及其工作方法。

背景技术：

废弃物处理是否得当关系到社会是否能够可持续发展，是环境保护领域的关键一环。废旧轮胎被称为“黑色污染”，在我国产量巨大，且逐年增长，随之而来的环境污染问题也越来越严重。目前常用的废旧轮胎处理方法有焚烧、翻新、二次处理后再利用等，但相对废旧轮胎的产量而言，其整体利用率仍较低，环保压力居高不下。

桩承式加筋路堤被广泛地用于铁路、公路沿线软土地基处理工程。桩顶附近区域的桩土差异沉降是桩承式加筋路堤发挥“土拱效应”和“加筋效应”的重要前提，然而，软土地基排水固结缓慢，通常无法在路堤堆载后快速产生足量的桩土差异沉降，桩承式加筋路堤存在如下不足：(1)路堤填筑初期刚性桩承载力利用率偏低，路堤填筑工期偏长；(2)桩土差异沉降总量偏小，土拱效应和加筋效应发挥不充分，刚性桩的高承载特性没有得到充分发挥。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于废旧轮胎的桩承式加筋路堤。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种基于废旧轮胎的桩承式加筋路堤，其中：包括若干个刚性桩，每个刚性桩下端均插入软土地基中，所述刚性桩上端嵌套有下废旧轮胎，所述下废旧轮胎下端包裹刚性桩的侧壁，所述下废旧轮胎上端叠放有上废旧轮胎，所述上废旧轮胎和下废旧轮胎内部浇筑有混凝土，使上废旧轮胎、下废旧轮胎和刚性桩固连成一体，相邻刚性桩上的上废旧轮胎和下废旧轮胎之间设置有排水填充物，所述上废旧轮胎上方铺设有混合填料。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，下废旧轮胎和上废旧轮胎上方均设置有土工加筋，所述下废旧轮胎上的土工加筋与刚性桩、下废旧轮胎和上废旧轮胎固定连接，所述上废旧轮胎上的土工加筋与上废旧轮胎固定连接。

进一步地，上废旧轮胎和下废旧轮胎内设置有加强筋，所述加强筋与土工加筋相互约束定位，且与混凝土浇筑为一体，所述加强筋包括若干个大小不一的环向箍筋和以上废旧轮胎为圆心呈辐射状的纵筋，所述环向箍筋等间距上下分布在上废旧轮胎和下废旧轮胎组成的空间内，位于上废旧轮胎内的环向箍筋水平面内分布设置有纵筋，该环向箍筋从上至下由大至小排列成圆台状，相邻环向箍筋通过连接筋连接固定。

进一步地，排水填充物为柔性橡胶颗粒，平均粒径为10～30mm。

进一步地，混合填料为建筑垃圾与废旧轮胎橡胶颗粒的混合物，且建筑垃圾与橡胶颗粒的质量混合比例为5:1—10:1，建筑碎料为渣土、混凝土块、碎石块、砖瓦碎块或砂浆，该混合填料的不均匀系数cu≥5，曲率系数cc＝1～3。

进一步地，下废旧轮胎的内径大于刚性桩外径10-30cm，所述上废旧轮胎外径大于下废旧轮胎的外径10-40cm，并小于桩间距。

进一步地，下废旧轮胎的顶面与所述刚性桩顶面齐平。

一种基于废旧轮胎的桩承式加筋路堤的工作方法，包括以下步骤：

步骤一：在软土地基上插入刚性桩，使其上端桩头高出软土地基表面一个下废旧轮胎的厚度；

步骤二：将下废旧轮胎套于刚性桩上，将加强筋放置于下废旧轮胎内，然后在其内部空间浇筑混凝土，其中加强筋空间布置呈斜向上的发散状；

步骤三：在相邻刚性桩的下废旧轮胎之间填充橡胶颗粒，使填充后的填充区高度与下废旧轮胎上表面平齐；

步骤四：在下废旧轮胎上表面铺设土工加筋，其中加强筋中的纵筋穿过土工加筋并相互约束定位；

步骤五：将上废旧轮胎布置在下废旧轮胎正上方，使加强筋上部穿入上废旧轮胎内部空间后，浇筑混凝土；

步骤六：在相邻的上废旧轮胎之间填充橡胶颗粒，使填充区的高度与上废旧轮胎上表面平齐；

步骤七：在上废旧轮胎上表面铺设土工加筋，使土工加筋与上废旧轮胎固定连接，并在土工加筋上方铺设混合填料形成路基。

本发明的有益效果：

1、利用废旧轮胎和建筑垃圾的桩承式加筋路堤的结构形式有益于土拱效应和加筋效应的发挥：(1)桩顶采用倒梯形式的两层废旧轮胎-建筑垃圾混凝土桩帽形式，增大了桩帽厚度和顶面积，增大了复合地基桩帽置换率；同时在桩帽内添加钢筋加强结构，增强了桩帽的抗冲剪能力；(2)废旧轮胎桩帽厚度范围内桩间空间全部采用柔性的橡胶颗粒填充，有助于在上覆荷载作用下快速在桩顶附近区域形成桩土沉降差，进而快速发挥土拱效应及加筋效应，快速发挥刚性桩的高承载特性；(3)软土地基顶面采用两层轮胎夹土工加筋的模式，刚性的桩帽与柔性的橡胶颗粒填充之间沉降差异明显，联合双层土工加筋，进一步刺激加筋效应的发挥；(4)底层土工加筋嵌固于两层轮胎之间，且被桩帽内的混凝土和钢筋所牢牢固定，有助于充分发挥其切向拉力；同时，下废旧轮胎的边缘呈弧形，可避免土工加筋在桩帽边缘局部受力集中而破坏。

2、建筑垃圾与废旧轮胎橡胶颗粒搭配组合结构的路堤质量为传统路堤的50～80％，对复合地基的附加应力小，且本发明的桩承式路堤结构形式桩的荷载分担效率高，因而地基总沉降及工后沉降将显著缩小。

3、废旧轮胎既作为桩帽浇筑时的模板，又为轮胎桩帽提供增强其整体强度的环向约束。

4、路基透水性好，便于施工期间超静孔隙水压力的消散，有益于施工期地基稳定。

附图说明

图1是本发明的利用废旧轮胎和建筑垃圾的桩承式加筋路堤的剖面详图；

图2是本发明的复合地基轮胎桩帽平面布置图；

图3是本发明的上废旧轮胎桩帽俯视图；

图4是本发明的下废旧轮胎桩帽俯视图。

附图标记为：刚性桩1，软土地基2，土工加筋3，混合填料4，下废旧轮胎5，上废旧轮胎6，混凝土7，橡胶颗粒8，环向箍筋9，纵筋10，连接筋11。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

如图1所示，本发明为一种基于废旧轮胎的桩承式加筋路堤，包括若干个刚性桩1，每个刚性桩1下端均插入软土地基2中，刚性桩1上端嵌套有下废旧轮胎5，下废旧轮胎5下端包裹刚性桩1的侧壁，下废旧轮胎5的顶面与刚性桩1顶面齐平，所述下废旧轮胎5上端叠放有上废旧轮胎6，上废旧轮胎6和下废旧轮胎5内部浇筑有混凝土，使上废旧轮胎6、下废旧轮胎5和刚性桩1固连成一体。

其中，下废旧轮胎5的内径大于刚性桩1外径10-30cm，上废旧轮胎6外径大于下废旧轮胎5的外径10-40cm，并小于桩间距。

在下废旧轮胎5和上废旧轮胎6上方均设置有土工加筋3，下废旧轮胎5上的土工加筋3与刚性桩1、下废旧轮胎5和上废旧轮胎6固定连接，上废旧轮胎6上的土工加筋3与上废旧轮胎6固定连接。

同时上废旧轮胎6和下废旧轮胎5内设置有加强筋，加强筋与土工加筋3相互约束定位，且与混凝土7浇筑为一体，加强筋包括若干个大小不一的环向箍筋9和以上废旧轮胎为圆心呈辐射状的纵筋11，所述环向箍筋9等间距上下分布在上废旧轮胎6和下废旧轮胎5组成的空间内，位于上废旧轮胎6内的环向箍筋9水平面内分布设置有纵筋10，该环向箍筋9从上至下由大至小排列成圆台状，相邻环向箍筋9通过连接筋11连接固定。

相邻刚性桩1上的上废旧轮胎6和下废旧轮胎5之间设置有排水填充物，该排水填充物为柔性橡胶颗粒8，该橡胶颗粒8为废旧轮胎经机械粉碎后制成，平均粒径为10～30mm。

上废旧轮胎6上方铺设有混合填料4，该混合填料4为建筑碎料与废旧轮胎橡胶颗粒的混合物，且建筑碎料与橡胶颗粒的质量混合比例为5:1—10:1，该建筑碎料为为渣土、混凝土块、碎石块、砖瓦碎块或砂浆，配置后的混合填料不均匀系数cu≥5，曲率系数cc＝1～3，该混合填料的压缩模量、粘聚力和摩擦角需满足路堤填筑的设计要求。

一种基于废旧轮胎的桩承式加筋路堤的工作方法，包括以下步骤：

步骤一：在软土地基上插入刚性桩，使其上端桩头高出软土地基表面一个下废旧轮胎的厚度；

步骤二：将下废旧轮胎套于刚性桩上，将加强筋放置于下废旧轮胎内，然后在其内部空间浇筑混凝土，其中加强筋空间布置呈斜向上的发散状；

步骤三：在相邻刚性桩的下废旧轮胎之间填充橡胶颗粒，使填充后的高度与下废旧轮胎上表面平齐；

步骤四：在下废旧轮胎上表面铺设土工加筋，其中加强筋中的连接筋穿过土工加筋并相互约束定位；

步骤五：将上废旧轮胎布置在下废旧轮胎正上方，使加强筋上端穿入上废旧轮胎内部空间，并浇筑混凝土；

步骤六：在相邻的上废旧轮胎之间填充橡胶颗粒，使填充区的高度与上废旧轮胎上表面平齐；

步骤七：在上废旧轮胎上表面铺设土工加筋，使土工加筋与上废旧轮胎固定连接，并在土工加筋上方铺设混合填料形成路基。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

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