基本信息
- 项目名称：
- 整体式悬挑结构复合道路修筑技术研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 在不破坏原始生态环境的前提下，充分利用现有稳定路基，在确认现已稳定的路基范围内用整体浇注的墙柱式挡墙形成路堤，以悬挑结构补足道路欠宽部分，用结构的方法来解决路面加宽问题，最大程度杜绝深挖高填，并防止由此可能产生的泥石流、滑坡等地质现象，且造价低、施工简单，同时又能允许在施工的时候不妨碍车辆正常通行。
- 详细介绍：
- 所谓的墙柱式整体悬挑结构是指由立柱、墙体、挑梁、搭板、纵梁及锚杆联结一体共同作用的整体框架结构形式，具有整体受力、协调变形的特点。悬挑结构力求运营时可以达到“牵一发、动全身”的目的，为实现此目的，设计时将各构件通过预留钢筋、现浇混凝土等方式传递外力和变形，使之成为整体。当某个局部如立柱、锚杆发生较大变形时，将通过墙体、纵梁等横向联系构件分担传递，从而避免过大变形发生；同时，悬挑整体结构为空间多次超静定结构，如果万一出现破坏时，也会先出现局部塑性铰而在破坏前有明显变形预兆，表现为一种较好的塑性破坏特征。 整体式悬挑结构道路的各部件间均为刚性联结，任一荷载作用均由多跨结构共同承受，避免了某一挑梁的质量或支承柱基础或锚固端出现问题将导致灾难性后果的情况，为抵抗偶遇荷载和地基局部缺陷等意外作用储备了潜在的抗力。具体地说，悬挑道路部分的活载和恒载是通过纵向搭板传递到挑梁上；挑梁通过外侧支承立柱的受压和内侧端部锚固于基岩锚杆的受拉来抵抗悬挑道路部分的垂直外荷载。 由于桥道板与各挑梁之间为刚性联结的多跨连续刚构，某一跨的荷载作用将分布到相邻多根挑梁承受；又因各立柱间是由刚度足够大的钢筋混凝土墙联结为整体，若某一柱受到由挑梁传递的压力，则该压力将分布到多根相邻柱承受；即整体式悬挑结构对局部荷载的作用具有较强的分散荷载并降低其集度的性能；下部结构为刚度很大的整体式墙柱基础，对地基的局部缺陷或局部软弱有较强的适应能力。 对一般路肩墙而言，竖向荷载作用使强背土压力增大，对挡墙的稳定不利。在整体式悬挑结构道路中，竖向荷载通过挑梁传递给墙柱式挡墙的竖向压力对挡墙的稳定是有利的；另外通过挑梁及其内侧锚杆将外侧挡墙与稳定岩体联为整体，更增加了外侧挡墙的稳定性。值得说明的是，用悬挑结构拓宽山区道路的条件下，该路基挡墙的高度通常较小，故所需抵抗的水平向土压力一般较小。
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撰写目的和基本思路
- 本作品撰写的目的：针对陡峻山区的道路拓宽或建设问题，提出一种新型的整体式悬挑结构复合道路，避免高填深挖，提高道路的安全耐久性，维护自然生态环境。 基本思路：“整体式悬挑结构复合道路”是在确认现已稳定路基范围内用整体浇筑的墙柱式挡墙形成路堤，以立柱、墙、挑梁、行道板、内纵梁和锚杆形成的整体悬挑结构补足道路欠宽部分。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性：整体式悬挑结构复合道路的各部件间均为刚性联结，任一荷载作用均由多跨结构共同承受，降低了对地基承载能力的要求。 先进性：最大限度地保护了自然生态环境，避免了传统的高填深挖筑路方法导致的塌方断道隐患。 独特性：将内侧路基和悬挑结构有机整合形成整体式悬挑结构复合道路，改栈道的琴键式受力结构为整体式悬挑结构复合道路，提高了道路的安全性。
应用价值和现实意义
- 实际应用价值：为陡峻山区提供了一种新型、环保、经济、安全、施工简单的道路拓宽技术，在自然山体稳定的条件下能适应各种地质条件。 现实意义：最大限度地节约土地，保护环境，降低工程造价，提高道路安全。
学术论文摘要
- 受古代栈道的启迪，针对陡峻山区的道路拓宽或建设问题，本文提出一种新型的“整体式悬挑结构复合道路修筑技术”，以山区道路的拓宽改造为例，在不破坏原始生态环境的前提下，充分利用现有稳定路基，在确认现已稳定的路基范围内用整体浇注的钢筋混凝土墙柱式挡墙形成路堤，以整体式悬挑结构补足道路欠宽部分。即用结构的方法来解决山区道路的加宽问题，最大限度地减少深挖高填，并杜绝由此可能诱发滑坡等地质灾害。该方法同样也适用于陡峻山区的道路新建。 对陡峻山区的道路拓宽或建设，现有技术通常采用锚索挡墙方案形成外侧路堤边坡。与锚索挡墙方案相比，本文提出的整体式悬挑结构复合道路在川藏路试验路段的工程数量显著降低，施工作业范围由原方案的40~75米高度降低至5~10米范围内，施工难度显著降低，工期显著缩短，工程造价由锚索挡墙方案的506万元降至采用方案的182万元，经济效益十分显著。
获奖情况
- 发明专利申请号：200810069211.5； 2009年5月参加由共青团重庆市委，重庆市科协，重庆市教委，重庆市学联举办的第十一届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛重庆赛区决赛中荣获特等奖。
鉴定结果
- 用悬挑结构加宽既有公路已见诸多篇文献报道，但将墙柱式挡墙、挑梁、行道板及挑梁内侧纵梁、锚杆联结为整体的整体式悬挑结构未见有；提出的整体式悬挑结构复合道路能同时适于基岩、非基岩和回填土条件未见报道。
参考文献
- [1].结构设计原理.叶见曙.人民交通出版社.1996 [2].P.B.Attwell and I.W.Farmer《Principle of Engineering Geology.John Wiley ＆ Sons. Inc..New York.1976 [3].《岩土工程基本术语标准》GB/T 50279-98 [4].胡希捷公路交通与西部改革.体制改革2000 [5].西南交通大学硕士学位论文.山区灾害多发区段道路选线的理论与方法.2001 [6].L.Hobst.J.Zajic 主编.陈宗严.王绍基译..岩层和土体的锚固技术.冶金部建设研究总院施工技术研究室.
同类课题研究水平概述
- 1.张祁(四川大学建筑与环境学院),谭红霞(湖南大学土木工程学院)发表了文章：沿河公路半悬挑式路面设计。根据某些山区沿河山间小道的拓宽改建，结合具体地形地貌，考虑经济条件与施工难度问题，创造性设计为半悬挑式公路。尽量不破坏原稳定高边坡，以减少土石方开挖，从而获得经济合理、施工方便、稳定安全的三赢效应。四川建筑.2005,25(6).-89-90) 2.董德禄（重庆市轨道交通总公司），徐瑞龙（北方交通大学）发表了文章：用悬臂梁锚固结构技术新建、拓宽山区公路。结合实用新型专利技术“悬梁锚固技术”，主要探讨了这一新型技术对于拓宽山区公路及在环保上的优点，同时介绍了主要设计方法和施工步骤，并与其它措施在投资方面作了简单比较。（路基工程.2004(2).-47-49） 3.李绍衡(广西区公路管理局第一工程处)发表了文章：邕宁八尺江桥加宽工程的设计与施工简介。提出采用悬臂板加宽方案施工，该方案不需要加宽墩台，无水下基础，这样，节省了造价，施工也方便快捷，为旧桥加宽提供了一些成功的经验。(广西交通科技.1994,19(3).-3-4,7) 4.MAYLIN Melvyn介绍了新泽西阿尔卑斯山隘口的公路拓宽（Road widening in a New Zealand alpine pass. The objective was to construct a cost-effective two-lane road on an extremely complex site and over extremely challenging terrain on behalf of the client, Transit New Zealand. The solution incorporates a number of unusual concrete structures. These include two overhead rockfall protection structures, a propped 'half bridge', and a cantivered 'half bridge'.）。（Concrete : (London) , 2001 , Volume: 35 , Number: 10 , Page: 24-26 ）
