CN111274647B - 一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构及设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构的设计方法，计算确定梁体结构重量Wz、槽体的结构重量Wu、槽体结构中填筑体和上部轨道结构的重量Wt；拟设CFG桩桩长l，并根据拟设的桩长l计算确定CFG桩桩间距s；根据桩间距s计算确定CFG桩在梁体底部的面积置换率ξ，以及根据桩间距s计算确定梁体底部CFG桩可提供的锚固力Fk；根据置换率ξ计算确定梁体与膨胀土地基的接触面上拱力Fs；确定路堑结构的抗上拱安全系数K；若所得K＜1.1，则增加槽体设置高度，或者加大CFG桩设置深度和减小CFG桩设置间距，重复上述步骤，直到K≥1.1，满足设计要求。该设计方法简单、利于推广应用，能有效保证无砟轨道高速铁路对变形的严格要求。

Description

一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构及设计方法
技术领域
本发明涉及路基工程领域，特别是涉及一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构及设计方法。
背景技术
膨胀土具有吸水膨胀、强度急剧降低，失水收缩、开裂，变形反复等特点。当高速铁路以路堑形式通过膨胀土地基时，如何解决膨胀土地基承载力和上拱变形问题，成为膨胀土路堑高速铁路修建成功与否的关键。目前高速铁路通过膨胀土路堑采取的措施有在膨胀土地基中设置路基桩板结构、或对地基采用复合地基处理，这些措施可以有效解决膨胀土地基承载力问题，但对于处理膨胀土地基上拱变形问题的效果有待检验，特别是对强膨胀土地基，因为路基桩板结构与膨胀土地基采用面接触，膨胀力难以释放，对路基桩板结构会产生大的上拱力，如果采用桩板结构对膨胀力进行强行控制上拱变形，则路基桩板的承载桩基将会很长、承载板将会很厚、工程投资高；采用复合地基对膨胀土地基进行处理，可以有效解决地基承载力的问题，但对上拱变形的抵抗效果及计算方法存在不确定、计算复杂，难以确保填筑路基不会产生上拱变形。故提出一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构及设计方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构及设计方法，可以有效解决膨胀土路堑高速铁路承载力和上拱变形控制困难的技术难题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构的设计方法，包括以下步骤：
①计算确定梁体结构重量Wz、槽体的结构重量Wu、槽体结构中填筑体和上部轨道结构的重量Wt；
②拟设CFG(Cement Fly-ash Gravel，水泥粉煤灰碎石桩)桩桩长l，并根据拟设的桩长l计算确定所述CFG桩桩间距s；
③根据所述桩间距s计算确定所述CFG桩在所述梁体底部的面积置换率ξ，以及根据所述桩间距s计算确定所述梁体底部所述CFG桩可提供的锚固力Fk；
④根据所述置换率ξ计算确定所述梁体与所述膨胀土地基的接触面上拱力Fs；
⑤确定路堑结构的抗上拱安全系数K；
⑥若所得K＜1.1，则增加所述槽体设置高度，或者加大所述CFG桩设置深度和减小所述CFG桩设置间距，重复步骤①至步骤⑤，直到K≥1.1，满足设计要求。
采用本发明所述的一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构的设计方法，通过在所述膨胀土地基表面间隔设置若干所述梁体，悬空设置所述槽体，并在其内部设置所述填筑体，通过所述槽体、所述填筑体和所述填筑体上部轨道结构的重量以平衡所述膨胀土地基产生的不利上拱力，由于上部结构的重量通过接触面积较小的所述梁体传递至经所述CFG桩加固后的所述膨胀土地基顶部，故不利膨胀上拱力小、抗上拱重力大，能有效保证无砟轨道高速铁路对变形控制的严格要求；所述CFG桩可以置换地基膨胀土的接触面积，减小膨胀上拱力，同时为所述梁体提供足够的支撑能力；设置所述梁体可以减小上部铁路结构与所述膨胀土地基的接触面积，从而不利膨胀上拱力很小，所述梁体同时作为上部所述槽体的支撑基础，使所述槽体形成悬空结构；所述槽体作为上部所述填筑体的填筑基础，可以有效实现与所述膨胀土地基悬空非接触；所述防水层能够避免地表入渗对所述膨胀土地基的软化，造成所述梁体与所述膨胀土地基脱空，完全由所述CFG桩承载，从而避免路基不均匀沉降，所述防水层也有利于水的迅速排出；提出的设计方法简单、利于推广应用，能有效保证无砟轨道高速铁路对变形的严格要求。
优选地，步骤①中，通过以下公式确定所述梁体结构重量Wz；
Wz＝BLHγc
式中Wz为所述梁体结构重量，单位kN；B为所述梁体宽度，单位m；L为所述梁体长度，单位m；H为所述梁体高度，单位m；γc为钢筋混凝土重度，单位kN/m3。
优选地，步骤①中，通过以下公式确定所述槽体的结构重量Wu；
Wu＝(bh1+2hh2)Sγc
式中Wu为所述槽体的结构重量，单位kN；b为所述槽体宽度，单位m；h1为所述槽体底板厚度，单位m；h为所述槽体高度，单位m；h2为所述槽体悬臂厚度，单位m；S为相邻所述梁体间距，单位m。
优选地，步骤①中，通过以下公式确定所述槽体结构中所述填筑体和上部轨道结构的重量Wt；
Wt＝[bhγ+2b1q1+(s1-b1)q0]S
式中Wt为所述槽体结构中所述填筑体和上部轨道结构的重量，单位kN；γ为所述填筑体重度，单位kN/m3；b1为轨道分布宽度，单位m；q1为轨道自重，单位kN/m2；s1为线间距，单位m；q0为线间荷载，单位kN/m2。
优选地，步骤②中，通过以下公式确定所述CFG桩桩间距；
式中s为所述CFG桩桩间距，单位m；γ0为膨胀土重度，单位kN/m3；H0为路堑挖方深度，单位m；d为所述CFG桩桩径，单位m；l为所述CFG桩桩长，单位m；qsa为桩侧阻力特征值，单位kPa；qpa为桩端土端阻力特征值，单位kPa。
优选地，步骤③中，通过以下公式确定所述CFG桩在所述梁体底部的面积置换率ξ；
优选地，步骤③中，通过以下公式确定所述梁体底部所述CFG桩可提供的锚固力Fk；
式中Fk为所述梁体底部所述CFG桩可提供的锚固力，单位kN；fa为所述CFG桩桩侧锚固力，单位kPa；la为所述CFG桩进入大气急剧影响层以下或非膨胀土层中的长度。
优选地，步骤④中，通过以下公式确定所述梁体与膨胀土地基的接触面上拱力Fs；
Fs＝(1-ξ)LBps
式中Fs为所述梁体与所述膨胀土地基的接触面上拱力，单位kN；ps为地基上拱膨胀力，单位kPa。
优选地，若步骤⑥所得K明显大于1.1，则优化所述槽体设置高度，或者减小所述CFG桩设置深度和增大所述CFG桩设置间距，重复步骤①至步骤⑤，使K满足设计要求。
本发明还提供了一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构，包括沿线路路基纵向间隔设置的若干排、每排沿路基横向间隔设置的若干根CFG桩，所述CFG桩插入膨胀土地基中，每排所述CFG桩的桩顶连接一个梁体，所述梁体设于所述膨胀土地基表面，相邻所述梁体之间的所述膨胀土地基表面设有防水层，所述防水层由路基中间向两侧设有坡度，沿线路纵向延伸设有槽体，所述槽体连接于所述梁体顶部，所述槽体内填满有路基填筑体。
采用本发明所述的一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构，通过在所述膨胀土地基表面间隔设置若干所述梁体，悬空设置所述槽体，并在其内部设置所述填筑体，通过所述槽体、所述填筑体和所述填筑体上部轨道结构的重量以平衡所述膨胀土地基产生的不利上拱力，由于上部结构的重量通过接触面积较小的所述梁体传递至经所述CFG桩加固后的所述膨胀土地基顶部，故不利膨胀上拱力小、抗上拱重力大，能有效保证无砟轨道高速铁路对变形控制的严格要求；所述CFG桩可以置换地基膨胀土的接触面积，减小膨胀上拱力，同时为所述梁体提供足够的支撑能力；设置所述梁体可以减小上部铁路结构与所述膨胀土地基的接触面积，从而不利膨胀上拱力很小，所述梁体同时作为上部所述槽体的支撑基础，使所述槽体形成悬空结构；所述槽体作为上部所述填筑体的填筑基础，可以有效实现与所述膨胀土地基悬空非接触；所述防水层能够避免地表入渗对所述膨胀土地基的软化，造成所述梁体与所述膨胀土地基脱空，完全由所述CFG桩承载，从而避免路基不均匀沉降，所述防水层也有利于水的迅速排出；该重力平衡抗上拱结构简单，施工方便，效果良好。
优选地，沿路基纵向间隔设置的相邻两排所述CFG桩的间距为6m-10m。
优选地，沿路基横向间隔设置的相邻两根所述CFG桩的间距为1.4m-2m。
优选地，路基的两侧分别设有排水沟。
优选地，所述防水层的坡度大于或者等于4％。
优选地，所述防水层为防水卷材。
优选地，所述槽体的高度为1.5m-3m。
优选地，所述梁体的宽度大于所述CFG桩的直径、且小于两根所述CFG桩的加固宽度。
优选地，所述梁体的宽度大于所述槽体的宽度。
进一步优选地，所述梁体的两端伸出所述槽体外侧0.2m-0.3m。
进一步优选地，所述梁体和所述槽体采用钢筋固定连接。
优选地，所述填筑体分层填筑于所述槽体内。
进一步优选地，所述填筑体包括设于所述槽体内下层的AB组填料和设于所述槽体内上层的级配碎石。
进一步优选地，有砟轨道级配碎石层厚0.7m，无砟轨道级配碎石层厚0.4m。
优选地，每根所述CFG桩桩顶内设有连接部件，所述连接部件连接于所述梁体。
进一步优选地，所述连接部件为连接钢筋，所述连接钢筋一端插入所述CFG桩桩体中、另一端与所述梁体固定连接。
所述连接钢筋的设置可以增大所述CFG桩与所述梁体的整体性，同时增大所述CFG桩与所述梁体的水平抗剪和摩擦强度，从而保证上部路基结构具有较高的水平稳定性。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明所述的一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构的设计方法，通过在所述膨胀土地基表面间隔设置若干所述梁体，悬空设置所述槽体，并在其内部设置所述填筑体，通过所述槽体、所述填筑体和所述填筑体上部轨道结构的重量以平衡所述膨胀土地基产生的不利上拱力，由于上部结构的重量通过接触面积较小的所述梁体传递至经所述CFG桩加固后的所述膨胀土地基顶部，故不利膨胀上拱力小、抗上拱重力大，能有效保证无砟轨道高速铁路对变形控制的严格要求；所述CFG桩可以置换地基膨胀土的接触面积，减小膨胀上拱力，同时为所述梁体提供足够的支撑能力；设置所述梁体可以减小上部铁路结构与所述膨胀土地基的接触面积，从而不利膨胀上拱力很小，所述梁体同时作为上部所述槽体的支撑基础，使所述槽体形成悬空结构；所述槽体作为上部所述填筑体的填筑基础，可以有效实现与所述膨胀土地基悬空非接触；所述防水层能够避免地表入渗对所述膨胀土地基的软化，造成所述梁体与所述膨胀土地基脱空，完全由所述CFG桩承载，从而避免路基不均匀沉降，所述防水层也有利于水的迅速排出；提出的设计方法简单、利于推广应用，能有效保证无砟轨道高速铁路对变形的严格要求；
2、本发明所述的一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构，通过在所述膨胀土地基表面间隔设置若干所述梁体，悬空设置所述槽体，并在其内部设置所述填筑体，通过所述槽体、所述填筑体和所述填筑体上部轨道结构的重量以平衡所述膨胀土地基产生的不利上拱力，由于上部结构的重量通过接触面积较小的所述梁体传递至经所述CFG桩加固后的所述膨胀土地基顶部，故不利膨胀上拱力小、抗上拱重力大，能有效保证无砟轨道高速铁路对变形控制的严格要求；所述CFG桩可以置换地基膨胀土的接触面积，减小膨胀上拱力，同时为所述梁体提供足够的支撑能力；设置所述梁体可以减小上部铁路结构与所述膨胀土地基的接触面积，从而不利膨胀上拱力很小，所述梁体同时作为上部所述槽体的支撑基础，使所述槽体形成悬空结构；所述槽体作为上部所述填筑体的填筑基础，可以有效实现与所述膨胀土地基悬空非接触；所述防水层能够避免地表入渗对所述膨胀土地基的软化，造成所述梁体与所述膨胀土地基脱空，完全由所述CFG桩承载，从而避免路基不均匀沉降，所述防水层也有利于水的迅速排出；该重力平衡抗上拱结构简单，施工方便，效果良好。
附图说明
图1是本发明所述高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构的设计方法的流程示意图；
图2是本发明所述高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构的平面示意图；
图3是图2中A-A剖视示意图；
图4是图2中B-B剖视示意图。
图标：01-膨胀土地基，02-路堑边坡，1-CFG桩，2-梁体，3-连接部件，4-防水层，5-槽体，6-填筑体，7-排水沟。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-4所示，本发明所述的一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构的设计方法，用于某高速铁路(设计时速300km/h，线间距4.8m)膨胀土(重度19kN/m3)路堑(挖方深度7.3m)工点，路堑边坡02之间为所述膨胀土地基01，地基上拱膨胀力为260kPa，大气影响深度5.0m，大气急剧影响层深度为2.5m，设计所述CFG桩1桩径为0.5m，在膨胀土地层中其桩侧锚固力为50kPa、桩端阻力特征值为600kPa、桩侧阻力特征值为50kPa。设置的纵向所述梁体2间距为8m，所述梁体2截面尺寸为宽1.5m、长14m、高1.2m；所述槽体5宽13.6m、高1.0m，底板厚1.2m、悬臂厚0.5m。在计算过程中，钢筋混凝土重度取25kN/m3，所述槽体5内的所述填筑体6重度取21kN/m3，路基顶面铺设CRTSI型板式无砟轨道。
该设计方法包括以下步骤：
①确定梁体2结构重量Wz；
Wz＝BLHγc
式中Wz为所述梁体2结构重量，单位kN；B为所述梁体2宽度，单位m；L为所述梁体2长度，单位m；H为所述梁体2高度，单位m；γc为钢筋混凝土重度，单位kN/m3；
得到Wz＝630kN；
②确定槽体5的结构重量Wu；
Wu＝(bh1+2hh2)Sγc
式中Wu为所述槽体5的结构重量，单位kN；b为所述槽体5宽度，单位m；h1为所述槽体5底板厚度，单位m；h为所述槽体5高度，单位m；h2为所述槽体5悬臂厚度，单位m；S为相邻所述梁体2间距，单位m；
得到Wu＝3464kN；
③确定槽体5结构中填筑体6和上部轨道结构的重量Wt；
Wt＝[bhγ+2b1q1+(s1-b1)q0]S
式中Wt为所述槽体5结构中所述填筑体6和上部轨道结构的重量，单位kN；γ为所述填筑体6重度，单位kN/m3；b1为轨道分布宽度，单位m；q1为轨道自重，单位kN/m2；s1为线间距，单位m；q0为线间荷载，单位kN/m2；
得到Wt＝3080kN；
④初步确定CFG桩1桩长为6m，并按以下公式确定所述CFG桩1桩间距；
式中s为所述CFG桩1桩间距，单位m；γ0为膨胀土重度，单位kN/m3；H0为路堑挖方深度，单位m；d为所述CFG桩1桩径，单位m；l为所述CFG桩1桩长，单位m；qsa为桩侧阻力特征值，单位kPa；qpa为桩端土端阻力特征值，单位kPa；
得到s＝2m；
⑤确定所述CFG桩1在所述梁体2底部的面积置换率ξ；
得到ξ＝0.0748；
⑥确定所述梁体2底部所述CFG桩1可提供的锚固力Fk；
式中Fk为所述梁体2底部所述CFG桩1可提供的锚固力，单位kN；fa为所述CFG桩1桩侧锚固力，单位kPa；la为所述CFG桩1进入大气急剧影响层以下或非膨胀土层中的长度；
得到Fk＝1885kN；
⑦确定所述梁体2与膨胀土地基01的接触面上拱力Fs；
Fs＝(1-ξ)LBps
式中Fs为所述梁体2与所述膨胀土地基01的接触面上拱力，单位kN；ps为地基上拱膨胀力，单位kPa；
得到Fs＝3886kN；
⑧确定路堑结构的抗上拱安全系数K；
得到K＝I.217＞1.1；
⑨由于K≥1.1且K并未明显大于1.1，则满足控制要求。
运用本发明所述的一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构的设计方法，通过在所述膨胀土地基01表面间隔设置若干所述梁体2，悬空设置所述槽体5，并在其内部设置所述填筑体6，通过所述槽体5、所述填筑体6和所述填筑体6上部轨道结构的重量以平衡所述膨胀土地基01产生的不利上拱力，由于上部结构的重量通过接触面积较小的所述梁体2传递至经所述CFG桩1加固后的所述膨胀土地基01顶部，故不利膨胀上拱力小、抗上拱重力大，能有效保证无砟轨道高速铁路对变形控制的严格要求；所述CFG桩1可以置换地基膨胀土的接触面积，减小膨胀上拱力，同时为所述梁体2提供足够的支撑能力；设置所述梁体2可以减小上部铁路结构与所述膨胀土地基01的接触面积，从而不利膨胀上拱力很小，所述梁体2同时作为上部所述槽体5的支撑基础，使所述槽体5形成悬空结构；所述槽体5作为上部所述填筑体6的填筑基础，可以有效实现与所述膨胀土地基01悬空非接触；所述防水层4能够避免地表入渗对所述膨胀土地基01的软化，造成所述梁体2与所述膨胀土地基01脱空，完全由所述CFG桩1承载，从而避免路基不均匀沉降，所述防水层4也有利于水的迅速排出；提出的设计方法简单、利于推广应用，能有效保证无砟轨道高速铁路对变形的严格要求。
实施例2
如图1-4所示，本发明所述的一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构，应用如实施例1所述的设计方法进行设计，该抗上拱结构包括沿线路路基纵向间隔设置的若干排、每排可包括一行或两行、每行沿路基横向间隔设置的若干根CFG桩1。
沿路基纵向间隔设置的相邻两排所述CFG桩1的间距为6m-10m，每排所述CFG桩1中两行所述CFG桩1的间距为1m-1.4m，沿路基横向间隔设置的相邻两根所述CFG桩1的间距为1.4m-2m。
所述CFG桩1插入膨胀土地基01中，每排所述CFG桩1的桩顶连接一个梁体2，所述梁体2设于所述膨胀土地基01表面，所述梁体2的宽度大于所述CFG桩1的直径、且小于两根所述CFG桩1的加固宽度。
每根所述CFG桩1桩顶内设有连接部件3，所述连接部件3连接于所述梁体2，具体地，所述连接部件3为连接钢筋，所述连接钢筋一端插入所述CFG桩1桩体中、另一端与所述梁体2固定连接，所述连接钢筋的设置可以增大所述CFG桩1与所述梁体2的整体性，同时增大所述CFG桩1与所述梁体2的水平抗剪和摩擦强度，从而保证上部路基结构具有较高的水平稳定性。
相邻所述梁体2之间的所述膨胀土地基01表面设有防水层4，具体为防水卷材，所述防水层4由路基中间向两侧设有排水坡度，所述防水层4的坡度大于或者等于4％，路基的两侧分别设有排水沟7。
沿线路纵向延伸设有槽体5，所述槽体5连接于所述梁体2顶部，所述梁体2和所述槽体5采用钢筋固定连接，所述槽体5的高度为1.5m-3m，所述梁体2的宽度大于所述槽体5的宽度，所述梁体2的两端伸出所述槽体5外侧0.2m-0.3m。
所述槽体5内填满有路基填筑体6，所述填筑体6分层填筑于所述槽体5内，具体地，所述填筑体6包括设于所述槽体5内下层的AB组填料和设于所述槽体5内上层的级配碎石，对于有砟轨道级配碎石层厚0.7m，对于无砟轨道级配碎石层厚0.4m。
运用本发明所述的一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构，通过在所述膨胀土地基01表面间隔设置若干所述梁体2，悬空设置所述槽体5，并在其内部设置所述填筑体6，通过所述槽体5、所述填筑体6和所述填筑体6上部轨道结构的重量以平衡所述膨胀土地基01产生的不利上拱力，由于上部结构的重量通过接触面积较小的所述梁体2传递至经所述CFG桩1加固后的所述膨胀土地基01顶部，故不利膨胀上拱力小、抗上拱重力大，能有效保证无砟轨道高速铁路对变形控制的严格要求；所述CFG桩1可以置换地基膨胀土的接触面积，减小膨胀上拱力，同时为所述梁体2提供足够的支撑能力；设置所述梁体2可以减小上部铁路结构与所述膨胀土地基01的接触面积，从而不利膨胀上拱力很小，所述梁体2同时作为上部所述槽体5的支撑基础，使所述槽体5形成悬空结构；所述槽体5作为上部所述填筑体6的填筑基础，可以有效实现与所述膨胀土地基01悬空非接触；所述防水层4能够避免地表入渗对所述膨胀土地基01的软化，造成所述梁体2与所述膨胀土地基01脱空，完全由所述CFG桩1承载，从而避免路基不均匀沉降，所述防水层4也有利于水的迅速排出；该重力平衡抗上拱结构简单，施工方便，效果良好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
①计算确定梁体(2)结构重量Wz、槽体(5)的结构重量Wu、槽体(5)结构中填筑体(6)和上部轨道结构的重量Wt；
②拟设CFG桩(1)桩长l，并根据拟设的桩长l计算确定所述CFG桩(1)桩间距s；
③根据所述桩间距s计算确定所述CFG桩(1)在所述梁体(2)底部的面积置换率ξ，以及根据所述桩间距s计算确定所述梁体(2)底部所述CFG桩(1)可提供的锚固力Fk；
④根据所述置换率ξ计算确定所述梁体(2)与膨胀土地基(01)的接触面上拱力Fs；
⑤确定路堑结构的抗上拱安全系数K；
⑥若所得K<1.1，则增加所述槽体(5)设置高度，或者加大所述CFG桩(1)设置深度和减小所述CFG桩(1)设置间距，重复步骤①至步骤⑤，直到K≥1.1，满足设计要求。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤①中，通过以下公式确定所述梁体(2)结构重量Wz；
Wz＝BLHγc
式中Wz为所述梁体(2)结构重量，单位kN；B为所述梁体(2)宽度，单位m；L为所述梁体(2)长度，单位m；H为所述梁体(2)高度，单位m；γc为钢筋混凝土重度，单位kN/m3。
3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，步骤①中，通过以下公式确定所述槽体(5)的结构重量Wu；
Wu＝（bh1+2hh2）Sγc
式中Wu为所述槽体(5)的结构重量，单位kN；b为所述槽体(5)宽度，单位m；h1为所述槽体(5)底板厚度，单位m；h为所述槽体(5)高度，单位m；h2为所述槽体(5)悬臂厚度，单位m；S为相邻所述梁体(2)间距，单位m。
4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，步骤①中，通过以下公式确定所述槽体(5)结构中所述填筑体(6)和上部轨道结构的重量Wt；
Wt＝[bhγ+2b1q1+（s1-b1）q0]S
式中Wt为所述槽体(5)结构中所述填筑体(6)和上部轨道结构的重量，单位kN；γ为所述填筑体(6)重度，单位kN/m3；b1为轨道分布宽度，单位m；q1为轨道自重，单位kN/m2；s1为线间距，单位m；q0为线间荷载，单位kN/m2。
5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，步骤②中，通过以下公式确定所述CFG桩(1)桩间距；
式中s为所述CFG桩(1)桩间距，单位m；γ0为膨胀土重度，单位kN/m3；H0为路堑挖方深度，单位m；d为所述CFG桩(1)桩径，单位m；l为所述CFG桩(1)桩长，单位m；qsa为桩侧阻力特征值，单位kPa；qpa为桩端土端阻力特征值，单位kPa。
6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，步骤③中，通过以下公式确定所述CFG桩(1)在所述梁体(2)底部的面积置换率ξ；
7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，步骤③中，通过以下公式确定所述梁体(2)底部所述CFG桩(1)可提供的锚固力Fk；
式中Fk为所述梁体(2)底部所述CFG桩(1)可提供的锚固力，单位kN；fa为所述CFG桩(1)桩侧锚固力，单位kPa；la为所述CFG桩(1)进入大气急剧影响层以下或非膨胀土层中的长度。
8.根据权利要求1-7任一项所述的设计方法，其特征在于，步骤④中，通过以下公式确定所述梁体(2)与膨胀土地基(01)的接触面上拱力Fs；
Fs＝（1-ξ）LBps
式中Fs为所述梁体(2)与所述膨胀土地基(01)的接触面上拱力，单位kN；ps为地基上拱膨胀力，单位kPa。
9.一种高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构，其特征在于，应用如权利要求1-8任一项所述的高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构的设计方法进行设计，该高速铁路膨胀土路堑重力平衡抗上拱结构包括沿线路路基纵向间隔设置的若干排、每排沿路基横向间隔设置的若干根CFG桩(1)，所述CFG桩(1)插入膨胀土地基(01)中，每排所述CFG桩(1)的桩顶连接一个梁体(2)，所述梁体(2)设于所述膨胀土地基(01)表面，相邻所述梁体(2)之间的所述膨胀土地基(01)表面设有防水层(4)，所述防水层(4)由路基中间向两侧设有坡度，沿线路纵向延伸设有槽体(5)，所述槽体(5)连接于所述梁体(2)顶部，所述槽体(5)内填满有路基填筑体(6)。
10.根据权利要求9所述的抗上拱结构，其特征在于，每根所述CFG桩(1)桩顶内设有连接部件(3)，所述连接部件(3)连接于所述梁体(2)。
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