CN111188236A - 高路堤下松软土地基加固结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高路堤下松软土地基加固结构，包括设置于地基上且顶面与地基表面平齐的地梁、分别位于地基两侧下方且与地梁刚性连接的侧桩组以及设置于地基中部且位于两侧桩组之间的中桩组，中桩组顶部设置有承载板，且承载板与中桩组顶部之间设置有褥垫层，侧桩组顶部与路堤之间设置有垫层；整体性强、稳定性好、加工制作简易和节约造价，有效的解决了在高路堤荷载作用下复合地基中边侧桩在横向荷载作用下容易首先发生抗弯能力弱化而逐渐失去强度，从而导致复合地基桩体发生相继的破坏造成路基整体失稳的问题；同时解决了路堤边坡和路堤中心采用相同间距布置高强度桩，导致边侧桩竖向承载力安全储备过高、路堤中心总沉降相对较大的问题。

Description

高路堤下松软土地基加固结构

技术领域

本发明涉及路基工程技术领域，具体涉及一种高路堤下松软土地基加固结构。

背景技术

近几十年来，随着社会经济的迅猛发展，铁路和公路路基工程建设标准的大幅提高和建设周期的不断缩短，尤其是近年来高速铁路的大量兴建，路基工后沉降控制标准愈来愈严，大量采用CFG桩、钢筋混凝土桩、预应力管桩等高强度桩复合地基处理技术是我国高速铁路地基处理措施的必然选择。目前，我国在建的和即将建设的高铁线路无不以高强度桩复合地基处理方案为首选。

虽然现在大规模采用的高强度桩复合地基处理技术一般均能满足高速铁路和高速公路路基工后沉降控制要求，但因高强度桩复合地基处理失稳造成的工程事故时有发生。

对于松软土地基上的高路堤结构，由于地基土的抗剪强度较低，在高路堤荷载的作用下桩间土容易因为自身阻滑力不足而导致桩体承受更大的水平荷载，对于CFG桩和混凝土桩等无筋刚性桩而言，桩身弯矩过大时会造成截面拉应力达到极限抗拉强度后出现脆性断裂，部分桩体丧失抗弯承载力进而引起路堤失稳。因为路堤发生失稳破坏时是高强度桩不均匀破坏的过程，所以高强度桩在路堤失稳时并没有同时发挥其抗弯承载能力。除此之外，由于高路堤中心下的上覆荷载较大，软土地基竖向刚度和承载力较小，致使地基总沉降过大，桩体和土体的刚度差异明显而难以控制地基的沉降及不均匀沉降。

此外，在传统的设计方法中，路堤横截面中高强度桩都是等间距布置的，中部桩承受较大的路堤荷载作用，边侧桩则受到较小的路堤荷载作用，故若采用等间距的布桩方式会造成路堤边坡下边侧桩的竖向承载安全储备过高；路堤中心的总沉降较大，且桩体与土体间的刚度差异较大，等间距的布桩方式会导致路堤中心处较大的不均匀沉降，影响高速铁路工程中轨道结构的平顺性和高速公路工程中路面结构的平整性。

总而言之，如何合理地充分发挥路堤下各位置桩体组合结构的承载力和稳定性的同时控制建设成本，成为建设软弱地基高路堤结构的一个迫在眉睫的工程问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高路堤下松软土地基加固结构，以解决现有路基加固结构承载力和稳定性差且建设成本高的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：高路堤下松软土地基加固结构，包括设置于地基上且顶面与地基表面平齐的地梁、分别位于地基两侧下方且与地梁刚性连接的侧桩组以及设置于地基中部且位于两侧桩组之间的中桩组，所述中桩组顶部设置有承载板，且所述承载板与所述中桩组顶部之间设置有褥垫层，所述侧桩组顶部与路堤之间设置有垫层；

轨道两侧的路堤投影在所述地基上的区域被划分为位于两侧的Ⅰ区和位于中间的Ⅱ区，并且所述Ⅱ区为所述轨道的两边缘分别以30°-45°扩散角α向下延伸投影在所述地基上的区域；所述侧桩组布置在所述Ⅰ区内，所述中桩组布置在所述Ⅱ区内。

进一步，所述侧桩组包括多个与所述地梁刚性连接且间隔设置的边侧桩，所述边侧桩的桩顶与地基表面平齐，所述中桩组包括多个间隔设置的中部桩，所述中部桩的桩顶与所述地梁的底面平齐，且相邻所述边侧桩之间的桩间距大于相邻所述中部桩之间的桩间距。

进一步，所述边侧桩采用钢筋混凝土桩，混凝土强度不小于C30；所述地梁采用钢筋混凝土梁，混凝土强度不小于C30；所述中部桩采用试块抗压强度不低于15MPa的CFG桩。

进一步，所述承载板采用钢筋混凝土板，混凝土强度不小于C30，所述垫层和褥垫层均采用碎石垫层。

进一步，所述边侧桩和中部桩的桩径均为400-600mm，相邻所述边侧桩的桩间距为2m-2.5m，相邻所述中部桩之间的桩间距为1.5m-2m。

进一步，所述地梁的截面高度为300mm-400mm，所述地梁的宽度不小于边侧桩或中部桩的桩径。

进一步，所述承载板的厚度为400mm-600mm，所述垫层的厚度为400mm-600mm，所述褥垫层的厚度为200mm-300mm。

进一步，所述边侧桩和中部桩的桩底均嵌入地基的持力层内或置于持力层表面。

本发明具有以下有益效果：本发明所提供的高路堤下松软土地基加固结构，整体性强、稳定性好、加工制作简易和节约造价，有效的解决了在高路堤荷载作用下复合地基中边侧桩在横向荷载作用下容易首先发生抗弯能力弱化而逐渐失去强度，从而导致复合地基桩体发生相继的破坏造成路基整体失稳的问题；同时解决了路堤边坡和路堤中心采用相同间距布置高强度桩，导致边侧桩竖向承载力安全储备过高、路堤中心总沉降相对较大的问题。

(1)边侧桩的顶部与地梁刚性连接，提高了复合地基整体抗弯刚度，有效地限制其水平位移从而减小桩身弯矩；地梁顶面布设垫层，有助于路堤的隔水、排水和改善地基的工作条件；加之边侧桩采用的是抗弯能力较强的钢筋混凝土桩，所以外侧桩与地梁的组合结构具有较高的抗弯承载力，能够避免桩体弯曲破坏的发生，故中部桩可以选用抗弯能力相对较低而主要承受竖向轴力的CFG桩，在保证安全的同时使得经济效益最大化。

(2)中部桩顶部设置钢筋混凝土承载板，CFG桩与钢筋混凝土板的组合板结构具有便于控制工后沉降、整体性强的特点，中部桩与承载板之间设置褥垫层，有利于减少桩对承载板底面的应力集中，保证桩土共同承担荷载，调整桩土水平荷载分担使地基达到协调变形，减小沉降。

(3)由于边侧桩桩顶布设地梁且采用钢筋混凝土桩，外侧桩可以选用较大的桩间距并使其竖向承载力得以充分发挥；由于中部桩桩顶设置了钢筋混凝土承载板，并采用具有较高竖向抗压承载力的CFG桩，钢筋混凝土板可以提高整体的竖向刚度，有效的控制路堤中心沉降及减小桩土间的不均匀沉降，故CFG桩的桩间距可以适当的增大，在保证高路堤结构满足规范沉降要求同时满足经济性的要求。

附图说明

图1为本发明高路堤下松软土地基加固结构断面图；

图2为本发明高路堤下松软土地基加固结构平面图；

图1至图2中所示附图标记分别表示为：1-地基，2-地梁，3-侧桩组，4-中桩组，5-承载板，6-褥垫层，7-路堤，8-垫层，30-边侧桩，31-中部桩，9-持力层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至图2所示，高路堤下松软土地基加固结构，包括设置于地基1上且顶面与地基1表面平齐的地梁2、分别位于地基1两侧下方且与地梁2刚性连接的侧桩组3以及设置于地基1中部且位于两侧桩组3之间的中桩组4，中桩组4顶部设置有承载板5，且承载板5与所述中桩组4顶部之间设置有褥垫层6，侧桩组3顶部与路堤7之间设置有垫层8。侧桩组3具有高的抗弯承载力和延性，中桩组4具有较高的竖向抗压强度和抗压刚度。地梁2采用钢筋混凝土梁，其与侧桩组3配合能够有效的提高侧桩组3的整体水平刚度。承载板5采用钢筋混凝土承载板5，有效的提高中桩组4的竖向承载力。通过侧桩组3与地梁2刚性连接，提高了复合地基1整体抗弯刚度，有效地限制其水平位移从而减小桩身弯矩，能够避免桩体弯曲破坏的发生，故中部桩31可以选用抗弯能力相对较低而主要承受竖向轴力的CFG桩，在保证安全的同时使得经济效益最大化。地梁2顶面布设垫层8，有助于路堤7的隔水、排水和改善地基的工作条件。中部桩31与承载板5之间设置褥垫层6，有利于减少桩对承载板5底面的应力集中，保证桩土共同承担荷载，调整桩土水平荷载分担使地基1达到协调变形，减小沉降。

轨道两侧的路堤7投影在所述地基上的区域被划分为位于两侧的Ⅰ区和位于中间的Ⅱ区，并且所述Ⅱ区为轨道的两边缘分别以30°-45°扩散角α向下延伸投影在所述地基上的区域；侧桩组3布置在所述Ⅰ区内，中桩组4布置在所述Ⅱ区内。优选的扩散角α为45°，在保证符合地基1水平抗弯刚度的同时，可合理减少钢筋混凝土桩的数量，节省工程造价。通过该加固结构，不仅减小横向弯矩对整体稳定性的影响和提高路堤7的竖向承载力，而且还减少了工程费用和保护了生态环境。

侧桩组3包括多个与所述地梁2刚性连接且间隔设置的边侧桩30，边侧桩30的桩顶与地基1表面平齐，中桩组4包括多个间隔设置的中部桩31，中部桩31的桩顶与所述地梁2的顶面平齐，且相邻边侧桩30之间的桩间距大于相邻所述中部桩31之间的桩间距。通过侧桩设定为较大的桩间距，使得侧桩竖向承载力得以充分发挥，提高了竖向承载力的利用率，有效提高结构的稳定性及可靠性能，且在充分发挥承载力的同时也可以减少边侧桩30的布置数量从而节约造价。中部桩31的桩间距相对更密，更密的桩间距有利于提高路堤7中心下桩板结构的竖向强度，并且可以有效地减小路堤7中心下的总沉降变形和桩土的不均匀沉降变形。

边侧桩30采用钢筋混凝土桩，混凝土强度不小于C30；地梁2采用钢筋混凝土梁，混凝土强度不小于C30。路堤7边坡下采用钢筋混凝土桩(边侧桩30)和地梁2的组合结构，一方面钢筋混凝土桩桩顶布设地梁2，能有效地限制桩顶位移从而减小桩身的弯矩，故使边侧桩30不容易进入塑性开裂的状态；另一方面钢筋混凝土桩具有很强的抗弯承载力和延性，开裂进入塑性状态后，可以保留大部分的承载力而继续发挥抗弯的作用。中部桩31采用试块抗压强度不低于15MPa的CFG桩；承载板5采用钢筋混凝土板，混凝土强度不小于C30，所述垫层8和褥垫层6均采用碎石垫层8。路堤7中心下采用CFG桩和承载板5的组合结构，CFG桩具有较高的竖向抗压强度和抗压刚度，可以提供较大的竖向承载力和控制总沉降变形，加之CFG桩的桩顶布置钢筋混凝土承载板5，此组合结构能够更好的控制总沉降和桩土间的不均匀沉降变形，CFG桩的造价相对于钢筋混凝土桩较低廉，因而能在保证沉降变形满足要求的同时节约建设成本。

边侧桩30和中部桩31的桩径均为400-600mm，优选的桩径为500mm。相邻边侧桩30的桩间距为2m-2.5m，优选的该桩间距为2.0m。相邻中部桩31之间的桩间距为1.5m-2m，优选的该桩间距为1.8m。地梁2的截面高度为300mm-400mm，优选的地梁2高度为300mm，地梁2的宽度不小于边侧桩30或中部桩31的桩径。承载板5的厚度为400mm-600mm，优选的承载板5厚度为400mm。垫层8的厚度为400mm-600mm，优选的该垫层8厚度为400mm。褥垫层6的厚度为200mm-300mm，优选的该褥垫层6厚度为300mm。边侧桩30和中部桩31的桩底均嵌入地基1的持力层9内或置于持力层9表面，提高结构整体的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.高路堤下松软土地基加固结构，其特征在于，包括设置于地基(1)上且顶面与地基(1)表面平齐的地梁(2)、分别位于地基(1)两侧下方且与地梁(2)刚性连接的侧桩组(3)以及设置于地基(1)中部且位于两侧桩组(3)之间的中桩组(4)，所述中桩组(4)顶部设置有承载板(5)，且所述承载板(5)与所述中桩组(4)顶部之间设置有褥垫层(6)，所述侧桩组(3)顶部与路堤(7)之间设置有垫层(8)；

轨道两侧的路堤(7)投影在所述地基上的区域被划分为位于两侧的Ⅰ区和位于中间的Ⅱ区，并且所述Ⅱ区为所述轨道的两边缘分别以30°-45°扩散角α向下延伸投影在所述地基上的区域；所述侧桩组(3)布置在所述Ⅰ区内，所述中桩组(4)布置在所述Ⅱ区内。

2.根据权利要求1所述高路堤下松软土地基加固结构，其特征在于，所述侧桩组(3)包括多个与所述地梁(2)刚性连接且间隔设置的边侧桩(30)，所述边侧桩(30)的桩顶与地基(1)表面平齐，所述中桩组(4)包括多个间隔设置的中部桩(31)，所述中部桩(31)的桩顶与所述地梁(2)的底面平齐，且相邻所述边侧桩(30)之间的桩间距大于相邻所述中部桩(31)之间的桩间距。

3.根据权利要求2所述高路堤下松软土地基加固结构，其特征在于，所述边侧桩(30)采用钢筋混凝土桩，混凝土强度不小于C30；所述地梁(2)采用钢筋混凝土梁，混凝土强度不小于C30；所述中部桩(31)采用试块抗压强度不低于15MPa的CFG桩。

4.根据权利要求3所述高路堤下松软土地基加固结构，其特征在于，所述承载板(5)采用钢筋混凝土板，混凝土强度不小于C30，所述垫层(8)和褥垫层(6)均采用碎石垫层(8)。

5.根据权利要求2至4任一项所述高路堤下松软土地基加固结构，其特征在于，所述边侧桩(30)和中部桩(31)的桩径均为400-600mm，相邻所述边侧桩(30)的桩间距为2m-2.5m，相邻所述中部桩(31)之间的桩间距为1.5m-2m。

6.根据权利要求5所述高路堤下松软土地基加固结构，其特征在于，所述地梁(2)的截面高度为300mm-400mm，所述地梁(2)的宽度不小于边侧桩(30)或中部桩(31)的桩径。

7.根据权利要求5所述高路堤下松软土地基加固结构，其特征在于，所述承载板(5)的厚度为400mm-600mm，所述垫层(8)的厚度为400mm-600mm，所述褥垫层(6)的厚度为200mm-300mm。

8.根据权利要求7所述高路堤下松软土地基加固结构，其特征在于，所述边侧桩(30)和中部桩(31)的桩底均嵌入地基(1)的持力层(9)内或置于持力层(9)表面。

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