CN109235159B - 一种用于运营高速铁路帮宽扩建的路基结构及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于运营高速铁路帮宽扩建的路基结构及施工方法，其中路基结构包括在既有线边坡外、沿纵向设置的多排水泥土搅拌桩，所述水泥土搅拌桩上方从下至上依次设有与既有线边坡搭接的碎石垫层、下层路基填料，所述下层路基填料上方设有混凝土承载板，所述混凝土承载板底部连接有朝下延伸至硬土层内、沿纵向设置的多排钻孔灌注桩，所述混凝土承载板上方设有上层路基填料，所述混凝土承载板与既有线边坡形成的三角夹心地带填充有泡沫混凝土。本发明将路基填料竖向分成上层路基填料和下层路基填料，在下层路基填料上进行钻孔灌注桩、混凝土承载板的施工，降低了混凝土承载板上方填土高度，减少了路基放坡对既有线的挤压。

Description

一种用于运营高速铁路帮宽扩建的路基结构及施工方法
技术领域
本发明涉及高速铁路路基，具体地指一种用于运营高速铁路上帮宽扩建的路基结构及其施工方法。
背景技术
大量实践表明，软土地基地质承载环境脆弱，软土地基的处理在铁路路基建造过程中极其重要。在软土地区既有构筑物周边进行不当的工程活动时，极易引起既有工程的变形超限甚至失稳。在我国经济发达的第一批建成无砟轨道高速铁路的华东地区，软土地基广泛分布。为协调线路、站点运输能力，适应社会经济发展的需要并充分利用既有通道资源，需要在既有高铁部分区段增建新线、连接线、扩建车站等，如商合杭铁路、湖杭铁路与合福铁路、宁杭客专等铁路并行。如何既实现新建线路的的建设标准，同时又不至于对既有线产生不可控制的影响，是软土地区运营高铁进行帮宽扩建的关键。普速铁路线路标准较低，路基结构容许产生一定的变形，既有路基改扩建过程中技术风险、施工难度适中。高速铁路则不同，由于往往采用无砟轨道，要求承载轨道结构的路基具有很高的平顺性，这对路基变形十分敏感、严格，特别是工后沉降和侧向变形，变形控制标准均为毫米级。
区别于一般的临近既有线施工，直接在既有无碴轨道路基上帮填新线，相当于与既有线的距离贴的更近，一般的桩网结构无法避免新线填筑过程中对既有线的侧向挤压，尤其是软土地区。既有无砟轨道路基左右两侧进行帮宽扩建路基时将面临诸多挑战，如：由于软土含水量高、压缩性高，饱和软土地基上大面积沉桩过程中桩周土体受扰动发生竖向隆起和水平挤压，危及既有路基的稳定；常规路基填料由于重度大，当直接帮填在既有线路基上时，会大幅增加地基内部的附加应力，导致既有路基产生新的变形。
常规地基处理方式，比如水泥土搅拌桩、旋喷桩、CFG桩、预应力管桩等方案虽然造价适中，但由于加固效果一般、施工设备高大或者施工过程中产生较大的水平挤压力等，在高速铁路路基改扩建工程中适用性有限，这就迫切需要研发一种安全适用、技术先进、经济合理的帮宽扩建路基结构及其施工方法，用于高速铁路的改扩建路基地基处理，既能控制新建线路的沉降与稳定，又能保证既有高速铁路路基的运营安全。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种既能避免对既有线路基产生变形、又能保证新建线路的沉降与稳定的用于运营高速铁路上帮宽扩建的路基结构及其施工方法。
本发明的技术方案为：一种用于运营高速铁路上帮宽扩建的路基结构，其特征在于，包括在既有线边坡外、沿纵向设置的多排水泥土搅拌桩，所述水泥土搅拌桩上方从下至上依次设有与既有线边坡搭接的碎石垫层、下层路基填料，所述下层路基填料上方设有混凝土承载板，所述混凝土承载板底部连接有朝下延伸至硬土层内、沿纵向设置的多排钻孔灌注桩，所述混凝土承载板上方设有上层路基填料，所述混凝土承载板与既有线边坡形成的三角夹心地带填充有泡沫混凝土。
优选的，各排水泥土搅拌桩横向设置于从既有线边坡朝外至超过设计的新线外侧坡脚的区域内，所述水泥土搅拌桩桩底穿过浅层软土层至深层软土层内，桩顶与浅层软土层顶面平齐。
优选的，各排钻孔灌注桩最邻近既有线的钻孔灌注桩上设有钢护筒，所述钢护筒底部至深层软土层内，顶部与下层路基填料顶面平齐。
优选的，所述下层路基填料上相邻两排施工钻孔灌注桩间横向设有注浆小导管，所述注浆小导管横向从既有线边坡至设计的新线外侧边坡，所述注浆小导管上横向间隔设置注浆孔。
进一步的，所述混凝土承载板底部横向间隔设有与各注浆小导管对应的限位环，所述注浆小导管穿过限位环。
优选的，所述碎石垫层、下层路基填料均从既有线边坡横向设置至设计的新线外侧的边坡处。
本发明还提供一种上述用于运营高速铁路上帮宽扩建的路基结构的施工方法，其特征在于，步骤为：
a.在既有线坡脚外侧沿纵向施工多排水泥土搅拌桩；
b.在水泥土搅拌桩加固区域上方依次铺设碎石垫层、下层路基填料与既有线边坡搭接；
c.在下层路基填料区域沿纵向施工多排钻孔灌注桩，在钻孔灌注桩上方施工混凝土承载板形成桩板结构；
d.在混凝土承载板上填筑上层路基填料，在混凝土承载板与既有线边坡形成的三角夹心地带填充泡沫混凝土。
优选的，步骤c中钻孔灌注桩的施工过称为：先在各排钻孔灌注桩中最邻近既有线的钻孔灌注桩对应处设置钢护筒，再在钢护筒内施工钻孔灌注桩，然后横向朝外继续施工各排余下的钻孔灌注桩。
优选的，步骤c中施工钻孔灌注桩后，在下层路基填料上各相邻两排施工钻孔灌注桩间横向铺设注浆小导管，再在钻孔灌注桩上方施工混凝土承载板形成桩板结构。
进一步的，步骤d中混凝土承载板的施工过程为：在下层路基填料上支好混凝土承载板的模板，绑扎承载钢筋，钻孔灌注桩的钢筋笼顶部深入混凝土承载板内与承载钢筋焊接绑扎，在承载钢筋底部横向间隔焊接穿过注浆小导管的限位环，浇筑混凝土。
本发明的有益效果为：
1.天然地基经水泥土搅拌桩加固后具备一定的承载能力，既可避免下层路基填料填筑过程中不对既有线产生大的侧向挤压，又能使天然地基加固达到钻孔灌注桩的施工强度，抬高钻孔桩施工标高。
2.将路基填料竖向分成上层路基填料和下层路基填料，在下层路基填料上进行钻孔灌注桩、混凝土承载板的施工，降低了混凝土承载板上方填土高度，减少了路基放坡对既有线的侧向挤压。
3.混凝土承载板下预埋注浆小导管，可通过注浆解决复合地基与钻孔灌注桩因变形差异引起的板底脱空现象，而且日后能根据实际情况进行多次注浆填充，确保新线地基安全。
附图说明
图1为本发明路基结构示意图(沿线路横断面)
图2为本发明路基结构俯视图(省略既有线)
其中：1-既有线 2-新线 3-水泥土搅拌桩 4-碎石垫层 5-下层路基填料 6-钻孔灌注桩 7-注浆小导管 8-混凝土承载板 9-上层路基填料 10-钢护筒 11-泡沫混凝土 12-浅层软土层 13-深层软土层 14-硬土层。
具体实施方式
下面具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1-2所示，本发明提供的一种用于运营高速铁路上帮宽扩建的路基结构，包括在既有线1边坡外、沿纵向设置的多排水泥土搅拌桩3，水泥土搅拌桩3上方从下至上依次设有与既有线1边坡搭接的碎石垫层4、下层路基填料5，下层路基填料5上方设有混凝土承载板8，混凝土承载板8底部连接有朝下延伸至硬土层14内、沿纵向设置的多排钻孔灌注桩6，混凝土承载板8上方设有上层路基填料9，混凝土承载板8与既有线1边坡形成的三角夹心地带填充有泡沫混凝土11。
本实施例中，横向为图1中左右向，纵向为图1中垂直于纸面方向，竖向为图1中上下向；既有线1边坡为既有线1临近设计的新线2的一侧进行帮宽扩建的边坡，设计的新线2外侧坡脚为设计的新线2远离既有线1的一侧的坡脚。各排水泥土搅拌桩3为多根横向等间隔布置的水泥土搅拌桩3；各排钻孔灌注桩6为多根横向等间隔布置的钻孔灌注桩6。
各排水泥土搅拌桩3横向设置于从既有线1边坡朝外至超过设计的新线2外侧坡脚2～3m的区域内，水泥土搅拌桩3桩底穿过浅层软土层12至深层软土层13内，桩顶与浅层软土层12顶面平齐。本实施例中，软土层分为上方的浅层软土层12和下方的深层软土层13，软土层下方为硬土层14，浅层软土层12顶面即为自然地面。
各排钻孔灌注桩6最邻近既有线1的钻孔灌注桩6上设有钢护筒10，钢护筒10底部至深层软土层13内，顶部与下层路基填料5顶面平齐，钢护筒10壁厚根据软土厚度的不同，一般采用6～12mm。下层路基填料5上每相邻两排施工钻孔灌注桩6间均横向设有注浆小导管7，注浆小导管7横向从既有线1边坡至设计的新线2外侧边坡，注浆小导管7上横向间隔设置注浆孔，注浆小导管Φ40～50mm，注浆孔孔径8mm，孔间距25-50cm。混凝土承载板8底部横向间隔设有与各注浆小导管7对应的限位环，注浆小导管7穿过限位环，限位环使注浆小导管7在日后下层路基填料5随地基沉降时始终位于混凝土承载板8底部，便于注浆填补。
碎石垫层4、下层路基填料5均从既有线1边坡横向设置至设计的新线2外侧的边坡处，碎石垫层4厚度为0.5～0.6m，垫层材料最大粒径不大于30mm。泡沫轻质土湿容重5～8kN/m3，强度等级CF1.0～1.2。混凝土承载板8横向宽度为从临近既有线1边坡处至设计的新线2外侧路肩处，钻孔灌注桩6的顶面与下层路基填料5顶面平齐，钻孔灌注桩6将混凝土承载板8进行支撑，下层路基填料5将混凝土承载板8下方空间进行填充。
本发明还提供上述用于运营高速铁路上帮宽扩建的路基结构的施工方法，步骤为：
a.从既有线1坡脚外侧沿纵向施工多排水泥土搅拌桩3，其横向加固范围超出设计的新线2外侧坡脚2～3m，加固深度满足承载从原地面至钻孔灌注桩6施工标高的路基填土重量；
b.在水泥土搅拌桩3加固区域上方依次铺设碎石垫层4、下层路基填料5至钻孔灌注桩6施工标高；
c.在下层路基填料5区域沿纵向施工多排钻孔灌注桩6，钻孔灌注桩6的施工过称为：先在各排钻孔灌注桩6中最邻近既有线1的钻孔灌注桩6对应处打入钢护筒10，钢护筒10内放入钢筋笼，钢筋笼内灌入混凝土，待钢护筒10内钻孔灌注桩6的混凝土强度达到70％以上后，横向朝外继续施工各排余下的钻孔灌注桩6(同样是打孔、放入钢筋笼后灌入混凝土)，施工钻孔灌注桩6打孔时可能会穿过少量水泥土搅拌桩3，无需考虑其影响；
再在下层路基填料5上各相邻两排施工钻孔灌注桩6间横向铺设注浆小导管7；
然后在下层路基填料5上施工混凝土承载板8使其钻孔灌注桩6与形成桩板结构，混凝土承载板8的施工过程为：支好混凝土承载板8的模板，再绑扎承载钢筋，钻孔灌注桩6的钢筋笼顶部深入混凝土承载板8内与承载钢筋焊接绑扎，在承载钢筋底部横向间隔焊接穿过注浆小导管7的限位环，浇筑混凝土；
d.在混凝土承载板8的混凝土强度达到70％以上后，分层填筑上层路基填料9，在混凝土承载板8与既有线1边坡形成的三角夹心地带填充泡沫混凝土11。
若日后混凝土承载板8与下方的下层路基填料5间因复合地基变形差异引起的板底脱空，可通过注浆小导管7进行注浆填补。

Claims (7)

1.一种用于运营高速铁路帮宽扩建的路基结构，其特征在于，包括在既有线（1）边坡外、沿纵向设置的多排水泥土搅拌桩（3），所述水泥土搅拌桩（3）上方从下至上依次设有与既有线（1）边坡搭接的碎石垫层（4）、下层路基填料（5），所述下层路基填料（5）上方设有混凝土承载板（8），所述混凝土承载板（8）底部连接有朝下延伸至硬土层（14）内、沿纵向设置的多排钻孔灌注桩（6），所述混凝土承载板（8）上方设有上层路基填料（9），所述混凝土承载板（8）与既有线（1）边坡形成的三角夹心地带填充有泡沫混凝土（11）；
各排水泥土搅拌桩（3）横向设置于从既有线（1）边坡朝外至超过设计的新线（2）外侧坡脚的区域内，所述水泥土搅拌桩（3）桩底穿过浅层软土层（12）至深层软土层（13）内，桩顶与浅层软土层（12）顶面平齐；
各排钻孔灌注桩（6）最邻近既有线（1）的钻孔灌注桩（6）上设有钢护筒（10），所述钢护筒（10）底部至深层软土层（13）内，顶部与下层路基填料（5）顶面平齐；
所述下层路基填料（5）上相邻两排施工钻孔灌注桩（6）间横向设有注浆小导管（7），所述注浆小导管（7）横向从既有线（1）边坡至设计的新线（2）外侧边坡，所述注浆小导管（7）上横向间隔设置注浆孔。
2.如权利要求1所述的用于运营高速铁路帮宽扩建的路基结构，其特征在于，所述混凝土承载板（8）底部横向间隔设有与各注浆小导管（7）对应的限位环，所述注浆小导管（7）穿过限位环。
3.如权利要求1所述的用于运营高速铁路帮宽扩建的路基结构，其特征在于，所述碎石垫层（4）、下层路基填料（5）均从既有线（1）边坡横向设置至设计的新线（2）外侧的边坡处。
4.一种如权利要求1-3中任一所述用于运营高速铁路帮宽扩建的路基结构的施工方法，其特征在于，步骤为：
a.在既有线（1）坡脚外侧沿纵向施工多排水泥土搅拌桩（3）；
b.在水泥土搅拌桩（3）加固区域上方依次铺设的碎石垫层（4）、下层路基填料（5）与既有线（1）边坡搭接；
c.在下层路基填料（5）区域沿纵向施工多排钻孔灌注桩（6），在钻孔灌注桩（6）上方施工混凝土承载板（8）形成桩板结构；
d.在混凝土承载板（8）上方填筑上层路基填料（9），在混凝土承载板（8）与既有线（1）边坡形成的三角夹心地带填充泡沫混凝土（11）。
5.如权利要求4所述的用于运营高速铁路帮宽扩建的路基结构的施工方法，其特征在于，步骤c中钻孔灌注桩（6）的施工过称为：先在各排钻孔灌注桩（6）中最邻近既有线（1）的钻孔灌注桩（6）对应处设置钢护筒（10），再在钢护筒（10）内施工钻孔灌注桩（6），然后横向朝外继续施工各排余下的钻孔灌注桩（6）。
6.如权利要求4所述的用于运营高速铁路帮宽扩建的路基结构的施工方法，其特征在于，步骤c中施工钻孔灌注桩（6）后，在下层路基填料（5）上各相邻两排施工钻孔灌注桩（6）间横向铺设注浆小导管（7），再在钻孔灌注桩（6）上方施工混凝土承载板（8）形成桩板结构。
7.如权利要求6所述的用于运营高速铁路帮宽扩建的路基结构的施工方法，其特征在于，步骤c中混凝土承载板（8）的施工过程为：在下层路基填料（5）上支好混凝土承载板（8）的模板，绑扎承载钢筋，钻孔灌注桩（6）的钢筋笼顶部深入混凝土承载板（8）内与承载钢筋焊接绑扎，在承载钢筋底部横向间隔焊接穿过注浆小导管（7）的限位环，浇筑混凝土。
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