CN109487640B - 一种暗渠发育地区高速铁路路基加固结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

一种暗渠发育地区高速铁路路基加固结构及施工方法，在不破坏暗渠正常使用功能且不对暗渠做任何改造的情况下，有效解决地基承载力低和不均匀变形的问题，使之满足高速铁路路基工程建设标准。包括填筑于路基上的路堤本体。所述路基内设置由水泥土实腹拱、钻孔灌注桩构成的地下水泥土拱桥加固结构，水泥土实腹拱纵向跨越其下方的暗渠，横向间隔成排设置的钻孔灌注桩位于水泥土实腹拱两侧拱脚处。所述地下水泥土拱桥加固结构的顶面铺设加筋垫层，路堤本体填筑于加筋垫层上。

Description

一种暗渠发育地区高速铁路路基加固结构及施工方法

技术领域

本发明涉及高速铁路路基技术领域，特别是一种暗渠发育地区高速铁路路基加固结构及施工方法。

背景技术

暗渠，也称地下渠道，是指高温、干旱及沙漠等地区挖掘于地下一定深度，用于饮用及灌溉输水和截集地下水的渠道或暗沟。我国新疆地区的“坎儿井”、陕西的“井渠”、山西的“水巷”和甘肃的“百眼串井”等，都是不同形式的地下暗渠。国外如伊朗、伊拉克和沙特阿拉伯等中东干旱地区也有广泛的分布。这些暗渠开凿于不同的深度和时代，规模及分布形式不同。暗渠挖掘深度多在数米至上百米之间，开凿时间可追索至千年前，这些地下暗渠规模差异巨大，平渠与竖井或斜井相连，大的达数百平方米的空间，小的仅能通过人体，空间上的分布受含水性和透隔水性地层空间展布特征、地下水分布特征、地形和人们居住场地等因素的影响而随机分布。由于历时久远，大部分被废弃或坍塌，形成了完整地层与随机分布的暗渠、坍塌空间和变形松动区域的地基岩土。在这些地区进行工程建设，目前常用方法是采用各种手段详细勘察与测试，掌握暗渠的分布并弄清各种坍塌体或变形体的工程特征，在此基础上进行评价并采用灌浆及搅拌桩等方法进行处理，甚至采用桩基或桥梁通过。即使如此，也存在如下难题：

（1）暗渠分布复杂，要通过勘察彻底弄清历代挖掘和废弃暗渠分布，了解暗渠坍塌及其变形区情况，难度非常大，投入的人力、物力和时间较大；

（2）因暗渠形成的时间久远，没有资料记载，即使花费大量的费用、人力和时间，暗渠及其坍塌与变形的勘察结论可靠性不高，给工程建设特别是如高速铁路对路基变形及稳定性极为敏感之类的工程，其安全性、耐久性和经济性存在巨大的风险；

（3）因勘察和评价结论可靠性不高，即使采用了“撒大网”式加固处理，深部暗渠及其坍塌与变形松动体分布区域对工程的影响也难以评价；

（4）对暗渠及其坍塌与变形松动区，按照目前“撒大网”式地加固，投入的财力和物力巨大。暗渠分布区地层岩土常常是戈壁、风成粉土、砂土或卵石地层，其本身的工程特性较好，能否有条件的利用成为工程建设需要思考的问题。

随着我国高速铁路网的全面布局，以及国外伊朗等中东国家或地区对高速铁路建设的兴趣增加，线路选线不可避免的需要穿越密集暗渠分布区域。不同埋深、不同尺寸和不同数量暗渠的存在，使得地基承载力显著降低。并且随着暗渠的空间分布差异，在一定压力作用下地基将出现显著的不均匀变形。较低的承载力及显著的不均匀变形都是高速铁路路基工程需要解决的问题。然而，为保证既有输水灌溉功能不被破坏，地基处理中不能采用简单的充填或者压实地基实现路基加固。若以传统桥梁工程跨越密集暗渠，势必抬高线路或者大规模土方开挖，大幅度增加工程造价，并且与线路小角度相交的暗渠沿线路延伸很长也难以通过桥梁工程跨越。

为此，有必要提出一种能够有效跨越密集暗渠的路基加固技术，该技术在保证不破坏既有暗渠使用功能的前提下，提高地基的承载力及控制不均匀变形，同时兼具经济性和可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种暗渠发育地区高速铁路路基加固结构，在不破坏暗渠正常使用功能且不对暗渠做任何改造的情况下，有效解决地基承载力低和不均匀变形的问题，使之满足高速铁路路基工程建设标准。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明一种暗渠发育地区高速铁路路基加固结构，包括填筑于路基上的路堤本体，其特征是：所述路基内设置由水泥土实腹拱、钻孔灌注桩构成的地下水泥土拱桥加固结构，水泥土实腹拱纵向跨越其下方的暗渠，横向间隔成排设置的钻孔灌注桩位于水泥土实腹拱两侧拱脚处；所述地下水泥土拱桥加固结构的顶面铺设加筋垫层，路堤本体填筑于加筋垫层上；所述水泥土实腹拱的合理拱轴线为二次抛物线，由相互咬合的水泥土搅拌桩形成；水泥土实腹拱在平整施工场地至基底设计标高后进行施工，在拱顶位置根据其拱轴线深度沿设计横断面宽度施作完成一排水泥土搅拌桩，再以拱顶位置为起点，沿线路纵向两侧连续施作水泥土搅拌桩，各排水泥土搅拌桩之间相互咬合形成整体水泥土块，直至两侧均到达水泥土实腹拱拱脚位置，形成水泥土实腹拱。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种上述暗渠发育地区高速铁路路基加固结构的施工方法。该方法包括如下步骤：

①探明高速铁路路基通过区域线路纵向及横向3倍路基宽度范围内暗渠的最浅位置深度、走向、分布位置；

②根据暗渠分布位置确定水泥土实腹拱合理拱轴线、和线路纵向各个位置的拱轴线深度，以及地下水泥土拱桥加固结构的宽度；

③平整施工场地至基底设计标高，在水泥土实腹拱拱顶位置架设三轴搅拌机，根据其拱轴线深度沿设计横断面宽度施作完成一排水泥土搅拌桩；

④以拱顶位置为起点，沿线路纵向两侧连续施作水泥土搅拌桩，各排水泥土搅拌桩之间相互咬合形成整体水泥土块，直至两侧均到达水泥土实腹拱拱脚位置，形成水泥土实腹拱；

⑤在水泥土实腹拱两侧拱脚处施作钻孔灌注桩，形成地下水泥土拱桥加固结构；

⑥在地下水泥土拱桥加固结构顶面上铺设加筋垫层，完成路基施工。

本发明的有益效果是，利用水泥土实腹拱将路基承受的竖向荷载转换为沿拱轴线的轴向压力，最终作用于拱脚处的钻孔灌注桩上，成功跨越密集暗渠区域而完全不会对暗渠的正常使用造成影响；水泥土实腹拱是在原状岩土体中将水泥和土强制搅拌而成，相比传统桥梁造价低、施工方便，且地下水泥土拱桥加固结构直接在基底施作而成，不会占用地面空间，不需要做额外的土方开挖；地下水泥土拱桥加固结构路基具有较高的承载力和抗变形能力，兼具可靠性和经济性，非常适合于基底存在暗渠发育或者溶洞、空腔等缺陷地区地基加固，应用前景广阔。

附图说明

本发明包括如下3幅附图：

图1 是本发明一种暗渠发育地区高速铁路路基加固结构的平面图；

图2 是沿图1中A-A线的剖面图；

图3 是沿图1中B-B线的剖面图；

图中示出构件、部位名称及所对应的标记：原状岩土体10、暗渠11、水泥土实腹拱12、钻孔灌注桩13、加筋垫层14、路堤本体20、基床底层21、基层表层22。

具体实施方式

参照图1、图2和图3，本发明一种暗渠发育地区高速铁路路基加固结构，包括填筑于路基上的路堤本体20。所述路基内设置由水泥土实腹拱12、钻孔灌注桩13构成的地下水泥土拱桥加固结构，水泥土实腹拱12纵向跨越其下方的暗渠11，横向间隔成排设置的钻孔灌注桩13位于水泥土实腹拱12两侧拱脚处。所述地下水泥土拱桥加固结构的顶面铺设加筋垫层14，路堤本体20填筑于加筋垫层14上。利用水泥土实腹拱12将路基承受的竖向荷载转换为沿拱轴线的轴向压力，最终作用于拱脚处的钻孔灌注桩13上，成功跨越暗渠发育地区而完全不会对暗渠11的正常使用造成影响。水泥土实腹拱12是在原状岩土体10中将水泥和土强制搅拌而成，相比传统桥梁造价低、施工方便，且地下水泥土拱桥加固结构直接在基底施作而成，不会占用地面空间，不需要做额外的土方开挖。地下水泥土拱桥加固结构路基具有较高的承载力和抗变形能力，兼具可靠性和经济性，非常适合于基底存在密集暗渠或者溶洞、空腔等缺陷地区地基加固，应用前景广阔。

参照图2，所述水泥土实腹拱12的合理拱轴线为二次抛物线。所述水泥土实腹拱12由相互咬合的水泥土搅拌桩形成。所述钻孔灌注桩13由混凝土浇筑而成，其桩孔内设置钢筋笼。

参照图1和图3，所述地下水泥土拱桥加固结构的宽度由路堤本体20宽度向两侧加宽通常为2.0m。所述加筋垫层14由级配碎石层和竖向间隔铺设于其内的复合土工布复合构成，厚度为300mm，级配碎石层采用最大粒径不大于20mm的级配碎石铺设。

参照图1、图2和图3，本发明一种暗渠发育地区高速铁路路基加固结构的施工方法，包括如下步骤：

①探明高速铁路路基通过区域线路纵向及横向3倍路基宽度范围内暗渠11的最浅位置深度、走向、分布位置；

②根据暗渠11分布位置确定水泥土实腹拱12合理拱轴线、和线路纵向各个位置的拱轴线深度，以及地下水泥土拱桥加固结构的横向宽度；

③平整施工场地至基底设计标高，在水泥土实腹拱12拱顶位置架设三轴搅拌机，根据其拱轴线深度沿设计横断面宽度施作完成一排水泥土搅拌桩；

④以拱顶位置为起点，沿线路纵向两侧连续施作水泥土搅拌桩，各排水泥土搅拌桩之间相互咬合形成整体水泥土块，直至两侧均到达水泥土实腹拱12拱脚位置，形成水泥土实腹拱12；

⑤在水泥土实腹拱两侧拱脚处施作钻孔灌注桩13，形成地下水泥土拱桥加固结构；

⑥在地下水泥土拱桥加固结构顶面上铺设加筋垫层14，完成路基施工。

所述暗渠11与水泥土实腹拱12拱轴线最小净距应不小于2.0m。

本发明在不对既有地下暗渠进行任何改造的情况下，以基底岩土体为基体，水泥为固化剂，通过强制搅拌增强地基土强度，并通过控制加固深度形成空间地下水泥土拱桥。如此，上部竖向荷载通过地下水泥土拱桥转换为沿拱轴线的压力，最终传递至加强的拱脚钻孔灌注桩上，顺利跨过密集地下暗渠，并且拱桥刚度大，能有效控制地基不均匀变形。本发明结构新颖、实用，操作简单、快捷，是高速铁路跨越密集地下暗渠的一种高效措施。

以上所述只是用图解说明本发明一种暗渠发育地区高速铁路路基加固结构及施工方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (6)

1.一种暗渠发育地区高速铁路路基加固结构，包括填筑于路基上的路堤本体（20），其特征是：所述路基内设置由水泥土实腹拱（12）、钻孔灌注桩（13）构成的地下水泥土拱桥加固结构，水泥土实腹拱（12）纵向跨越其下方的暗渠（11），横向间隔成排设置的钻孔灌注桩（13）位于水泥土实腹拱（12）两侧拱脚处；所述地下水泥土拱桥加固结构的顶面铺设加筋垫层（14），路堤本体（20）填筑于加筋垫层（14）上；所述水泥土实腹拱（12）的合理拱轴线为二次抛物线，由相互咬合的水泥土搅拌桩形成；水泥土实腹拱（12）在平整施工场地至基底设计标高后进行施工，在拱顶位置根据其拱轴线深度沿设计横断面宽度施作完成一排水泥土搅拌桩，再以拱顶位置为起点，沿线路纵向两侧连续施作水泥土搅拌桩，各排水泥土搅拌桩之间相互咬合形成整体水泥土块，直至两侧均到达水泥土实腹拱（12）拱脚位置，形成水泥土实腹拱（12）。

2.如权利要求1所述的一种暗渠发育地区高速铁路路基加固结构，其特征是：所述地下水泥土拱桥加固结构的宽度由路堤本体（20）宽度向两侧加宽2.0m。

3.如权利要求1所述的一种暗渠发育地区高速铁路路基加固结构，其特征是：所述钻孔灌注桩（13）由混凝土浇筑而成，其桩孔内设置钢筋笼。

4.如权利要求1所述的一种暗渠发育地区高速铁路路基加固结构，其特征是：所述加筋垫层（14）由级配碎石层和竖向间隔铺设于其内的复合土工布复合构成，厚度为300mm，级配碎石层采用最大粒径不大于20mm的级配碎石铺设。

5.如权利要求1至4任意一项所述一种暗渠发育地区高速铁路路基加固结构的施工方法，包括如下步骤：

①探明高速铁路路基通过区域线路纵向及横向3倍路基宽度范围内暗渠（11）的最浅位置深度、走向、分布位置；

②根据暗渠（11）分布位置确定水泥土实腹拱（12）合理拱轴线和线路纵向各个位置的拱轴线深度，以及地下水泥土拱桥加固结构的横向宽度；

③平整施工场地至基底设计标高，在水泥土实腹拱（12）拱顶位置架设三轴搅拌机，根据其拱轴线深度沿设计横断面宽度施作完成一排水泥土搅拌桩；

④以拱顶位置为起点，沿线路纵向两侧连续施作水泥土搅拌桩，各排水泥土搅拌桩之间相互咬合形成整体水泥土块，直至两侧均到达水泥土实腹拱（12）拱脚位置，形成水泥土实腹拱（12）；

⑤在水泥土实腹拱两侧拱脚处施作钻孔灌注桩（13），形成地下水泥土拱桥加固结构；

⑥在地下水泥土拱桥加固结构顶面上铺设加筋垫层（14），完成路基施工。

6.如权利要求5所述一种暗渠发育地区高速铁路路基加固结构的施工方法，其特征是：所述暗渠（11）与水泥土实腹拱（12）拱轴线最小净距不小于2.0m。

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