CN111424481B - 一种膨胀土路堑结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膨胀土路堑结构,包括三跨一联的桩板结构、低密度泡沫轻质土垫层、桩土零摩擦装置和路堑纵向渗排水系统组成,本发明在路堑两侧设置纵向渗排水系统,减小环境水文条件对路堑宽度范围内膨胀土的影响,尤其在承台板底部、托梁底部及侧面的区域铺设一层低密度泡沫轻质土,利用低密度泡沫轻质土具有低强度的特点,在桩板结构施工期间作为底模,以及在线路运营期间在膨胀土膨胀力作用下易产生压溃的原理,消化膨胀土向上的膨胀量,从而解决膨胀土膨胀作用导致高速铁路线路隆起恶化线路平顺性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及岩土路基变形控制技术领域,具体涉及一种膨胀土路堑结构。
背景技术
膨胀土在我国很多省份都有分布,地域比较广泛。为了保证线路在较长时间内路基的稳定和线路的平顺性,达到安全、舒适行车的目的,必须解决因膨胀土造成的一系列工程质量问题。
膨胀土的黏粒成分主要由强亲水性黏土矿物(比如蒙脱石和伊利石),这些矿物具有较大的膨胀性能和相对较高的塑限和液限。因此,膨胀土具有吸水膨胀的性质,在遇水情况下会吸水膨胀,失水情况下会失水收缩。这两种变化对膨胀土(岩)地区线路的平顺性造成严重的影响。
为了解决上述问题,一些高速铁路线路在膨胀土(岩)地区采用桩板路堑结构,通过在桩板结构承台板下设置空腔,这种空腔消化膨胀土(岩)向上的膨胀量。但这种空腔也会带来以下三个方面的问题:1.承台板下面预留的空腔是封闭的,当列车高速通过时,会形成“鼓”的效应,加载轨道-桩板结构振动和噪音加大;此外,能量波会在封闭空腔中不断反射,这种发射会放大能量波对桩板结构的影响。2.不是所有的地段都有膨胀土(岩),而且沿线路分布的膨胀土(岩)的膨胀量也不一样,如果全部在承台板下预留空腔,是一种控制膨胀土(岩)对线路影响的极端措施,并且也会加大第1个问题的影响。3.承台板下面预留的空腔高度较小,会造成托梁和承台板施工后脱模施工作业困难。
随着我国铁路网发展,目前许多铁路都不可避免的穿过膨胀土(岩)地区,穿越膨胀土(岩)地区建造铁路路基的关键技术难题即为消除膨胀土(岩)产生的膨胀变形和膨胀力的问题。本次发明利用泡沫轻质土的特性代替预留空腔消除膨胀土(岩)向上的膨胀量,并且解决预留空腔所带来的负面影响。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题,本发明提供了一种膨胀土路堑结构,解决了上述背景技术中提到的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种膨胀土路堑结构,包括三跨一联的桩板结构、低密度泡沫轻质土垫层、桩土零摩擦装置和路堑纵向渗排水系统组成,三跨一联的桩板结构由桩基、托梁和承台板组成;低密度泡沫轻质土垫层设置于承台板下方和托梁底部及侧边的区域;桩土零摩擦装置设置于膨胀土强胀缩深度范围内的桩基上部的外围;路堑纵向渗排水系统由地下渗排水结构和地面排水设施组成。
优选的,所述的承台板之间根据规范留有足够的伸缩缝宽度。
优选的,所述的承台板底部、托梁底部和侧面的区域中浇筑低密度泡沫轻质土。
优选的,所述的低密度泡沫轻质土垫层作为托梁和承台板浇筑基础,应根据当地的膨胀土产生的向上的膨胀量来确定低密度泡沫轻质土垫层厚度,如其厚度不超过0.8m,则一次性浇筑完成,如其厚度超过0.8m,则分层现浇形成,分层厚度在30-100cm之间,低密度泡沫轻质土的密度为400-450kg/m3。
优选的,所述地下渗排水结构由地下渗排水结构渗水层和装配式渗排水管,地下渗排水结构渗水层选粒径为20mm-40mm的石子铺填,地下渗排水结构渗水层下面是装配式渗排水管,主要由HDPE双壁波纹管和PVC管双管组成,用于排除透过渗水层渗入装配式渗排水管内部的水。
优选的,所述的承台板跨度为6-8m,厚度为0.6-1.0m,承台板与托梁混凝土强度等级不低于C35,承台板与托梁的主筋采用HRB400钢筋;灌注桩桩基桩径为0.8-1.25m,桩基采用HPB235钢筋,桩基的混凝土强度等级不低于C30,桩基与托梁连接时,桩基的桩身伸入托梁的长度不小于100mm,托梁与承台板连接时,三跨一联中间托梁与承台板固接,两端托梁与承台板自由接触,承台板和托梁与桩基刚性连接处设置有钢筋网、抗剪弯筋和加密箍筋的抗冲切措施。
膨胀土路堑结构的施工方法,包括如下步骤:
步骤①,分级开挖路堑边坡并及时对其进行加固防护,直至达到路堑的承台板底部的设计标高;
步骤②,确定路堑两侧装配式渗排水暗沟位置,先施工地下渗排水结构,再施工地面排水设施;
步骤③,在对地下渗排水结构施工的同时,对桩基进行施工,待桩基强度形成80%后,在桩基上部安装桩土零摩擦装置,桩土零摩擦装置底部不超过确定的路堑大气影响深度范围;
步骤④,待桩土零摩擦装置安装完成后,浇筑泡沫轻质混凝土直到承台板底部的设计标高,浇筑过程要注意对托梁留下足够的空间;
步骤⑤,待泡沫轻质土达到它的设计强度后,在预设的托梁位置浇筑托梁,在托梁施工时预设三跨一联中间托梁与承台板固接的连接钢筋,待托梁达到设计强度后,在托梁上面浇筑承台板,并且在承台板之间留有足够的伸缩缝。
本发明的有益效果是:
1.在浇筑承台板和托梁之前先浇筑泡沫轻质混凝土在浇筑承台板和托梁可以减少施工难度。在浇筑承台板和托梁时,因为泡沫轻质混凝土具有低强度的特性,低密度泡沫轻质土层可以作为托梁和承台板浇筑基础,可以承受承台板和托梁浇筑时带来的上部自重荷载,利用低密度泡沫轻质土作为缓冲层,在膨胀土上供作用下低密度泡沫轻质土产生压溃破坏,以此消化膨胀土上供变形量。
2.利用了泡沫轻质混凝土代替贵南线原设计中承台板下的空腔,避免了整个线路在列车行驶时会产生具有放大作用的“鼓”效应,以此减弱有列车行驶要求的振动和噪音。
3.铺设在承台板下面的轻质混凝土在下面膨胀土遇水膨胀的情况下,会产生压溃效应,被压溃的泡沫轻质混凝土能够有效的避免线路上拱,而且,被压溃的泡沫轻质混凝土在膨胀土失水收缩时会产生空腔,这种空腔厚度能够契合每一次膨胀土向上的膨胀量。
4.路堑结构两侧的下渗排水结构和地面排水设施可以进一步减少水对整个线路膨胀土因遇水膨胀而使线路不平顺的影响。
5.当桩基两侧的膨胀土遇水膨胀或失水收缩时,会在桩基两侧产生向上或向下的摩擦力,而设在桩基两侧的桩土零摩擦装置正好能够平衡这种摩擦力,进一步消除摩擦力对桩基的影响。
附图说明
图1为本发明橫断面示意图;
图2为有托梁横断面示意图;
图3为路堑结构纵断面示意图;
图4为地下渗排水结构横断面示意图;
图中,1-桩基,2-桩土零摩擦装置,3-低密度泡沫轻质土垫层,4-托梁,5-承台板,6-无砟轨道结构,7-地下渗排水结构,711-地下渗排水结构渗水层,712-装配式渗排水管,8-地面排水设施。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-4,本发明提供一种技术方案:一种膨胀土路堑结构,包括三跨一联的桩板结构、低密度泡沫轻质土垫层、桩土零摩擦装置和路堑纵向渗排水系统组成,三跨一联的桩板结构由桩基1、托梁4和承台板5组成;低密度泡沫轻质土垫层3设置于承台板5下方和托梁4底部及侧边的区域;桩土零摩擦装置2设置于膨胀土强胀缩深度范围内的桩基1上部的外围;路堑纵向渗排水系统由地下渗排水结构7和地面排水设施8组成。
进一步的,所述的承台板5之间根据规范留有足够的伸缩缝宽度。
进一步的,所述的承台板5底部、托梁4底部和侧面的区域中浇筑低密度泡沫轻质土。
进一步的,所述的低密度泡沫轻质土垫层3作为托梁4和承台板5浇筑基础,应根据当地的膨胀土产生的向上的膨胀量来确定低密度泡沫轻质土垫层3厚度,如其厚度不超过0.8m,则一次性浇筑完成,如其厚度超过0.8m,则分层现浇形成,分层厚度在30-100cm之间,低密度泡沫轻质土的密度为400-450kg/m3。
进一步的,所述地下渗排水结构7由地下渗排水结构渗水层711和装配式渗排水管712,地下渗排水结构渗水层711选粒径为20mm-40mm的石子铺填,地下渗排水结构渗水层711下面是装配式渗排水管712,主要由HDPE双壁波纹管和PVC管双管组成,用于排除透过渗水层渗入装配式渗排水管712内部的水。
进一步的,所述的承台板5跨度为6-8m,厚度为0.6-1.0m,承台板与托梁4混凝土强度等级不低于C35,承台板与托梁的主筋采用HRB400钢筋;灌注桩桩基1桩径为0.8-1.25m,桩基1采用HPB235钢筋,桩基的混凝土强度等级不低于C30,桩基1与托梁4连接时,桩基1的桩身伸入托梁4的长度不小于100mm,托梁4与承台板5连接时,三跨一联中间托梁4与承台板5固接,两端托梁(4)与承台板5自由接触,承台板和托梁与桩基刚性连接处设置钢筋网、抗剪弯筋和加密箍筋的抗冲切措施。
一种膨胀土路堑结构的施工方法,包括如下步骤:
步骤①,分级开挖路堑边坡并及时对其进行加固防护,直至达到路堑的承台板5底部的设计标高;
步骤②,确定路堑两侧装配式渗排水暗沟位置,先施工地下渗排水结构7,再施工地面排水设施8;
步骤③,在对地下渗排水结构7施工的同时,对桩基1进行施工,待桩基强度形成80%后,在桩基上部安装桩土零摩擦装置2,桩土零摩擦装置2底部不超过确定的路堑大气影响深度范围;
步骤④,待桩土零摩擦装置2安装完成后,浇筑泡沫轻质混凝土3直到承台板5底部的设计标高,浇筑过程要注意对托梁4留下足够的空间;
步骤⑤,待泡沫轻质土达到它的设计强度后,在预设的托梁4位置浇筑托梁4,在托梁4施工时预设三跨一联中间托梁4与承台板5固接的连接钢筋,待托梁4达到设计强度后,在托梁4上面浇筑承台板5,并且在承台板5之间留有足够的伸缩缝。
本发明工作原理:当线路上的膨胀土向上膨胀时,位于承台板下面以及托梁两边的泡沫轻质混凝土会受到向上的膨胀力。之后泡沫轻质混凝土会产生压溃现象,这种压溃现象正好消化了的膨胀土向上膨胀的膨胀量,从而避免承台板上的线路上拱。当膨胀土失水收缩时,泡沫轻质混凝土在压溃处产生空腔,在下一次膨胀土向上膨胀时,这个空腔能够契合下一次膨胀土产生向上的膨胀量。
设在膨胀土地区桩板-泡沫轻质土路堑结构两侧的下渗排水结构和地面排水设施可以进一步减少水对整个线路膨胀土因遇水膨胀而使线路不平顺的影响。
当桩基两侧的膨胀土遇水膨胀或失水收缩时,会在桩基两侧产生向上或向下的摩擦力,而设在桩基两侧的桩土零摩擦装置正好能够平衡这种摩擦力,进一步消除摩擦力对桩基的影响。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换,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 (6)
1.一种膨胀土路堑结构,包括三跨一联的桩板结构、低密度泡沫轻质土垫层、桩土零摩擦装置和路堑纵向渗排水系统组成,三跨一联的桩板结构由桩基(1)、托梁(4)和承台板(5)组成;低密度泡沫轻质土垫层(3)设置于承台板(5)下方和托梁(4)底部及侧边的区域;桩土零摩擦装置(2)设置于膨胀土强胀缩深度范围内的桩基(1)上部的外围;路堑纵向渗排水系统由地下渗排水结构(7)和地面排水设施(8)组成;托梁(4)与承台板(5)连接时,三跨一联中间托梁(4)与承台板(5)固接,两端托梁(4)与承台板(5)自由接触,承台板和托梁与桩基刚性连接处设置有钢筋网、抗剪弯筋和加密箍筋的抗冲切措施;当膨胀土向上膨胀时,泡沫轻质混凝土会受到向上的膨胀力,之后泡沫轻质混凝土会产生压溃现象,这种压溃现象正好消化了的膨胀土向上膨胀的膨胀量,从而避免承台板(5)的上拱;当膨胀土失水收缩时,泡沫轻质混凝土在压溃处产生空腔,在下一次膨胀土向上膨胀时,这个空腔能够契合下一次膨胀土产生向上的膨胀量;所述膨胀土路堑结构施工方法包括如下步骤:
步骤①,分级开挖路堑边坡并及时对其进行加固防护,直至达到路堑的承台板(5)底部的设计标高;
步骤②,确定路堑两侧装配式渗排水暗沟位置,先施工地下渗排水结构(7),再施工地面排水设施(8);
步骤③,在对地下渗排水结构(7)施工的同时,对桩基(1)进行施工,待桩基强度形成80%后,在桩基上部安装桩土零摩擦装置(2),桩土零摩擦装置(2)底部不超过确定的路堑大气影响深度范围;
步骤④,待桩土零摩擦装置(2)安装完成后,浇筑泡沫轻质混凝土直到承台板(5)底部的设计标高,浇筑过程要注意对托梁(4)留下足够的空间;
步骤⑤,待泡沫轻质土达到它的设计强度后,在预设的托梁(4)位置浇筑托梁(4),在托梁(4)施工时预设三跨一联中间托梁(4)与承台板(5)固接的连接钢筋,待托梁(4)达到设计强度后,在托梁(4)上面浇筑承台板(5),并且在承台板(5)之间留有足够的伸缩缝。
2.根据权利要求1所述的膨胀土路堑结构,其特征在于:所述的承台板(5)之间根据规范留有足够的伸缩缝宽度。
3.根据权利要求1所述的膨胀土路堑结构,其特征在于:所述的承台板(5)底部、托梁(4)底部和侧面的区域中浇筑低密度泡沫轻质土。
4.根据权利要求1所述的膨胀土路堑结构,其特征在于:所述的低密度泡沫轻质土垫层(3)作为托梁(4)和承台板(5)浇筑基础,应根据当地的膨胀土产生的向上的膨胀量来确定低密度泡沫轻质土垫层(3)厚度,如其厚度不超过0.8m,则一次性浇筑完成,如其厚度超过0.8m,则分层现浇形成,分层厚度在30-100cm之间,低密度泡沫轻质土的密度为400-450kg/m3。
5.根据权利要求1所述的膨胀土路堑结构,其特征在于:所述地下渗排水结构(7)由地下渗排水结构渗水层(711)和装配式渗排水管(712),地下渗排水结构渗水层(711)选粒径为20mm-40mm的石子铺填,地下渗排水结构渗水层(711)下面是装配式渗排水管(712),主要由HDPE双壁波纹管和PVC管双管组成,用于排除透过渗水层渗入装配式渗排水管(712)内部的水。
6.根据权利要求1所述的膨胀土路堑结构,其特征在于:所述的承台板(5)跨度为6-8m,厚度为0.6-1.0m,承台板与托梁(4)混凝土强度等级不低于C35,承台板与托梁的主筋采用HRB400钢筋;灌注桩桩基(1)桩径为0.8-1.25m,桩基(1)采用HPB235钢筋,桩基的混凝土强度等级不低于C30,桩基(1)与托梁(4)连接时,桩基(1)的桩身伸入托梁(4)的长度不小于100mm。
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