CN114482600A - 单通道应力补偿式高铁车站拓宽结构及其施工方法 - Google Patents

单通道应力补偿式高铁车站拓宽结构及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种单通道应力补偿式高铁车站拓宽结构及其施工方法，该结构包括：多根非挤土螺纹桩、多根隔离桩、多组管桩组、箱型框涵结构、双层架空结构、既有路基、新建路基和台阶。在本发明中，通过对高铁车站拓宽结构进行合理的设计和优化，从而可有效减小既有路基附加变形、降低施工风险、减小施工对既有高铁设备和运营安全的影响，同时具有预制化、轻型化、通用性强、可快速施工等优点。

Description

单通道应力补偿式高铁车站拓宽结构及其施工方法
技术领域
本申请涉及高速铁路路基工程技术领域，尤其涉及一种单通道应力补偿式高铁车站拓宽结构及其施工方法。
背景技术
高速铁路的大规模建设造成新建线路邻近既有高铁的情况越来越多，而且在很多情况下，路基施工过程是在保证既有高铁正常运营的前提下进行的，所以，高铁新线引入既有高铁车站造成的站场路基拓宽工程逐渐成为线路的关键节点工程。在现有技术中，高铁车站路基拓宽方案主要分为轻质土方案和应力隔离方案。其中，前者指的是采用重度较小的泡沫轻质混凝土替代邻近既有路基的部分高铁新线路基填料；后者指的是在新旧高铁路基之间设置应力隔离桩，以阻断或者降低地层内应力的传递。
上述高铁路基拓宽方案或受限于邻近路基的位置关系，或无法解决大体积浇筑轻质土的稳定性和高造价问题，且依然会在邻近既有路基位置处引起较大的附加荷载，难以满足高速铁路严格的沉降变形控制要求。
综上可知，由于现有技术中的车站路基拓宽方案具有如上所述的缺点，因此设计一种更好的车站拓宽结构及其施工方法，从而可以在高铁列车不停运的条件下，使得站场路基拓宽结构更加轻型化、结构化及施工快速化，且能够避免对既有高铁车站设施和运营安全的影响，是本领域中亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种单通道应力补偿式高铁车站拓宽结构，其附加变形影响小、施工扰动小、经济合理、施工便捷，且能够保证既有高铁安全正常运营。
本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种单通道应力补偿式高铁车站拓宽结构，包括：
多根非挤土螺纹桩、多根隔离桩、多组管桩组、箱型框涵结构、双层架空结构、既有路基、新建路基和台阶；
所述新建路基和既有路基的内侧边坡上分别设置有台阶；
每个所述隔离桩的桩顶位于所述既有路基的内侧边坡的坡脚，其桩底位于地层内；
每组所述管桩组设置在所述隔离桩的内侧的地层内，每组管桩组包括多根管桩，所述管桩的顶端与所述箱型框涵结构的底板固定连接；
所述箱型框涵结构的内部为中空结构，形成通道；
所述箱型框涵结构的顶端固定有双层架空结构，所述双层架空结构包括：站台层和雨棚层；所述站台层固定在所述箱型框涵结构的顶端，所述雨棚层固定在所述站台层的顶端；
所述多根非挤土螺纹桩设置在新建路基的边坡下方的地层内，多根非挤土螺纹桩沿车站长度方向分布成三列；
所述台阶与所述双层架空结构之间形成倒三角区域，所述倒三角区域包括基床表层、基床底层和路基本体。
较佳的，所述多根隔离桩沿站台长度方向分布。
较佳的，所述隔离桩的桩底位于地层内与既有地基内的桩体的下端同一水平深度处，且其插入比不大于1：1.3。
较佳的，所述管桩的桩顶预留有钢筋，所述钢筋伸入到所述箱型框涵结构的底板中。
较佳的，所述多组管桩组沿站台长度方向分布；每组管桩组包括4根所述管桩，其中，所述4根管桩中每两根管桩为一对，一对中两个管桩之间的距离为第一间距a；同一管桩组中的相邻两对管桩之间的距离为第二间距b；沿站台长度方向每相邻两组管桩组之间的距离为第三间距。
较佳的，所述站台层包括桩板墙和站台，所述桩板墙的底端固定在所述箱型框涵结构的顶端，所述站台固定在所述桩板墙的顶端；所述雨棚层包括雨棚柱、站台通道和雨棚，所述站台的上表面对称固定有雨棚柱，所述相互对称的雨棚柱之间形成站台通道，所述雨棚固定在所述雨棚柱的顶端，所述雨棚通过雨棚柱架设在所述站台通道的上方。
较佳的，所述路基本体位于所述倒三角区域的最下端，所述基床底层位于路基本体的上端，所述基床表层位于所述基床底层的上端；所述基床表层使用A组料填筑；所述基床底层使用泡沫轻质混凝土Ⅰ浇筑形成；所述路基本体使用泡沫轻质混凝土Ⅱ浇筑形成。
一种单通道应力补偿式车站拓宽结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤A，对既有路基的边坡进行台阶开挖；
步骤B，施做隔离桩；
步骤C，施做管桩；
步骤D，施做非挤土螺纹桩；
步骤E，开挖沟槽：按照浅基坑开挖方式进行施工；
步骤F，现浇箱型框涵结构：基坑开挖完成后立刻浇筑箱型框涵结构，确保管桩桩顶钢筋与框涵结构底板内钢筋绑扎牢固；
步骤G，双层架空结构施工：先进行桩板墙和站台钢筋网绑扎并进行混凝土浇筑施工，再进行雨棚柱和雨棚的施工；
步骤H，常规填料填筑：首先对常规的新建路基放样打线，然后进行常规的地基加固处理，最后对新建站场的常规填料路基部分进行分层填筑，直至设计高程；
步骤I，轻质土浇筑：按照设计架设模板，在倒三角区域分层进行泡沫轻质混凝土浇筑施工。
较佳的，所述步骤B中，采用间隔开挖浇筑隔离桩的方式，保证同时开挖桩数量不大于2根；视地下水情况，选择干作业或者泥浆护壁方式，采用旋挖钻成孔，成孔之后及时浇筑混凝土。
较佳的，所述步骤C中，运用高速离心蒸汽养护工艺，掺加高效减水剂，先张法预制管桩，再采用静压法施工，将管桩压入制定位置，在桩顶预留钢筋，伸入到其上部的后期施做的箱型框涵结构的底板内。
如上可见，在本发明中，通过对高铁车站拓宽结构进行合理的设计和优化，从而可有效减小既有路基附加变形、降低施工风险、减小施工对既有高铁设备和运营安全的影响，同时具有预制化、轻型化、通用性强、可快速施工等优点。
附图说明
图1为本发明实施例中高铁车站拓宽结构的断面示意图。
图2为本发明实施例中单通道应力补偿式高铁车站拓宽结构施工方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供了一种单通道应力补偿式高铁车站拓宽结构，包括：多根非挤土螺纹桩22、多根隔离桩9、多组管桩组、箱型框涵结构7、双层架空结构、既有路基16、新建路基15和台阶21；
所述新建路基15和既有路基16的内侧边坡上分别设置有台阶21；
每个所述隔离桩9的桩顶位于所述既有路基16的内侧边坡的坡脚，其桩底位于地层内；
每组所述管桩组设置在所述隔离桩9的内侧的地层内，每组管桩组包括多根管桩8，所述管桩8的顶端与所述箱型框涵结构7的底板固定连接；
所述箱型框涵结构7的内部为中空结构，形成通道6；
所述箱型框涵结构7的顶端固定有双层架空结构，所述双层架空结构包括：站台层和雨棚层；所述站台层固定在所述箱型框涵结构7的顶端，所述雨棚层固定在所述站台层的顶端；
所述多根非挤土螺纹桩22设置在新建路基的边坡下方的地层内，多根非挤土螺纹桩22沿车站长度方向(沿站台长度方向指的是与图1中横断面垂直的方向)分布成三列；
所述台阶21与所述双层架空结构之间形成倒三角区域，所述倒三角区域包括基床表层10、基床底层11和路基本体12。
在本发明的技术方案中，可以使用多种实现方法来实现上述的单通道应力补偿式高铁车站拓宽结构。以下将以其中的一种实现方式为例对本发明的技术方案进行详细的介绍。
例如，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，如图1所示，所述多根隔离桩9沿站台长度方向(沿站台长度方向指的是与图1中横断面垂直的方向)分布；每根所述隔离桩9的桩顶位于既有路基边坡的坡脚，其桩底位于地层内与既有地基内的桩体的下端同一水平深度处，从而可以保证其插入比不大于1：1.3，符合规范。
较佳的，所述隔离桩9的桩径可以是1.0m，沿站台长度方向每相邻两个隔离桩的桩间距可以是3.0m。
较佳的，所述管桩8的桩顶预留有钢筋，所述钢筋可以伸入到所述箱型框涵结构7的底板中，从而可以确保管桩桩顶预留的钢筋能够与箱型框涵结构7的底板内钢筋绑扎牢固，使得箱型框涵结构7与所述管桩8的连接更可靠。
此外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，如图1所示，所述多组管桩组沿站台长度方向分布；每组管桩组可以包括4根所述管桩8，其中，所述4根管桩中每两根管桩为一对，一对中两个管桩之间的距离为第一间距a；同一管桩组中的相邻两对管桩之间的距离为第二间距b；沿站台长度方向每相邻两组管桩组之间的距离为第三间距。
较佳的，所述第一间距a可以为1.8m，第二间距b可以为4.5m，第三间距可以为2.0m，所述管桩8的桩径可以是0.6m。
较佳的，所述隔离桩9与管桩8的桩长可以根据地层分布由承载力计算确定。
此外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述管桩8的顶端固定有箱型框涵结构7。
较佳的，所述箱型框涵结构7可以由钢筋混凝土制成，设置于预先开挖的沟槽内，所述箱型框涵结构7的底板与所述管桩8的桩顶固定连接。
较佳的，所述箱型框涵结构7的宽度可以是9.3m，高度可以是8m，壁厚可以为0.7m，沿站台长度方向箱型框涵结构的长度可以根据站台的实际长度确定，其长度可以与站台的长度相等。
此外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述箱型框涵结构7的内部为中空结构，内部空间形成通道6，所述通道6可以作为多用途通道。
另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述箱型框涵结构7的顶端固定有双层架空结构；
所述双层架空结构包括：站台层和雨棚层；
所述站台层包括桩板墙5和站台3，所述桩板墙5的底端固定在所述箱型框涵结构的顶端，所述站台3固定在所述桩板墙5的顶端；
所述雨棚层包括雨棚柱2、站台通道4和雨棚1，所述站台3的上表面对称固定有雨棚柱2，所述相互对称的雨棚柱2之间形成站台通道4，所述雨棚1固定在所述雨棚柱的顶端，所述雨棚1通过雨棚柱2架设在所述站台通道4的上方。
在箱型框涵结构7的上方设置双层架空结构，其中，下层为桩板墙支撑站台楼板，上层为雨棚柱支撑雨棚。采用双层架空结构取代常规填料路基，可将站台和雨棚直接设置在双层架空结构中，且减小了新建路基荷载。
另外，在本发明的一个较佳的实施例中，多根非挤土螺纹桩22沿车站长度方向(沿站台长度方向指的是与图1中横断面垂直的方向)分布成三列，并固定于所述新建路基15的边坡下方的地层内，如图1所示，在同一横断面内，所述述新建路基15的边坡下方的地层内竖直向下设置有三根非挤土螺纹桩22。
通过将三列非挤土螺纹桩竖直向下并排地设置于新建路基边坡的下方，从而可以对新建路基进行加固。
较佳的，靠近新建路基边坡坡脚的非挤土螺纹桩与新建路基边坡坡脚的距离可以是1.92m，非挤土螺纹桩的桩径可以为0.6m，同一横断面内，两根非挤土螺纹桩之间的距离可以为2.8m，沿车站长度方向两相邻的非挤土螺纹桩的间距可以为2.8m。
较佳的，非挤土螺纹桩22可以采用长螺旋钻管内泵压施工工艺，成孔之后及时浇筑混凝土，从而形成非挤土螺纹桩。
另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述台阶21与桩板墙5之间形成倒三角区域，所述倒三角区域包括：基床表层10、基床底层11和路基本体12；所述路基本体12位于所述倒三角区域的最下端，所述基床底层11位于路基本体12的上端，所述基床表层10位于所述基床底层11的上端。
较佳的，所述基床表层10可以使用A组料填筑；所述基床底层11可以使用泡沫轻质混凝土Ⅰ浇筑形成；所述路基本体12可以使用泡沫轻质混凝土Ⅱ浇筑形成。
通过对扩宽结构的优化以及对新材料的使用，在所述台阶与所述双层架空结构之间形成的倒三角区域内浇筑泡沫轻质混凝土，从而可以显著降低新建路基的自重，有效减小附加变形。
较佳的，所述台阶21的宽度可以是1.0m，高度可以是0.7m。
另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述既有路基16的上表面为既有路基面14；在所述新建路基15的上表面为新建路基面13；所述既有路基面14和新建路基面13可以与所述基床表层10的顶面齐平。
较佳的，所述新建路基15可以采用常规填料进行填筑而成。
较佳的，所述地层的具体情况可以根据实际地质情况而确定。
根据本发明提供的上述高铁车站拓宽结构，本发明还提供了相应的施工方法，具体请参见图2，该施工方法包括以下步骤：
S11，对既有路基的边坡进行台阶开挖；
S12，施做隔离桩；
S13，施做管桩；
S14，施做非挤土螺纹桩；
S15，开挖沟槽：按照浅基坑开挖方式进行施工；
S16，现浇箱型框涵结构：基坑开挖完成后立刻浇筑箱型框涵结构，确保管桩桩顶钢筋与框涵结构底板内钢筋绑扎牢固；
S17，双层架空结构施工：先进行桩板墙和站台钢筋网绑扎并进行混凝土浇筑施工，再进行雨棚柱和雨棚的施工；
S18，常规填料填筑：首先对常规的新建路基放样打线，然后进行常规的地基加固处理，最后对新建站场的常规填料路基部分进行分层填筑，直至设计高程；
S19，轻质土浇筑：按照设计架设模板，在倒三角区域分层进行泡沫轻质混凝土浇筑施工。
此外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述步骤S12中，可以采用间隔开挖浇筑隔离桩的方式，保证同时开挖桩数量不大于2根；视地下水情况，选择干作业或者泥浆护壁方式，采用旋挖钻成孔，成孔之后及时浇筑混凝土。
另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述步骤S13中，可以运用高速离心蒸汽养护工艺，掺加高效减水剂，先张法预制管桩，再采用静压法施工，将管桩压入制定位置，在桩顶预留钢筋，伸入到其上部的后期施做的箱型框涵结构的底板内。
综上所述，在本发明的技术方案中，由于对车站拓宽结构进行优化，并使用新型材料，从而可以广泛地应用于新建高铁线路引入既有车站引起的路基拓宽工程中；采用本发明的车站拓宽结构，即使在既有铁路设备多、施工场地显著受限、施工天窗时间短的条件下，仍可以使高速铁路车站路基拓宽工程在既有铁路正常运营条件下进行施工建设；且可以有效减小既有路基的附加变形、降低施工风险、减小现场施工对既有高铁设备和运营安全的影响；另外，本发明提供的车站拓宽结构具有预制化、轻型化、通用性强、可快速施工等优点。
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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种单通道应力补偿式高铁车站拓宽结构，其特征在于，包括：
多根非挤土螺纹桩、多根隔离桩、多组管桩组、箱型框涵结构、双层架空结构、既有路基、新建路基和台阶；
所述新建路基和既有路基的内侧边坡上分别设置有台阶；
每个所述隔离桩的桩顶位于所述既有路基的内侧边坡的坡脚，其桩底位于地层内；
每组所述管桩组设置在所述隔离桩的内侧的地层内，每组管桩组包括多根管桩，所述管桩的顶端与所述箱型框涵结构的底板固定连接；
所述箱型框涵结构的内部为中空结构，形成通道；
所述箱型框涵结构的顶端固定有双层架空结构，所述双层架空结构包括：站台层和雨棚层；所述站台层固定在所述箱型框涵结构的顶端，所述雨棚层固定在所述站台层的顶端；
所述多根非挤土螺纹桩设置在新建路基的边坡下方的地层内，多根非挤土螺纹桩沿车站长度方向分布成三列；
所述台阶与所述双层架空结构之间形成倒三角区域，所述倒三角区域包括基床表层、基床底层和路基本体。
2.根据权利要求1所述的车站拓宽结构，其特征在于，所述多根隔离桩沿站台长度方向分布。
3.根据权利要求2所述的车站拓宽结构，其特征在于，所述隔离桩的桩底位于地层内与既有地基内的桩体的下端同一水平深度处，且其插入比不大于1：1.3。
4.根据权利要求1所述的车站拓宽结构，其特征在于，所述管桩的桩顶预留有钢筋，所述钢筋伸入到所述箱型框涵结构的底板中。
5.根据权利要求1所述的车站拓宽结构，其特征在于，所述多组管桩组沿站台长度方向分布；每组管桩组包括4根所述管桩，其中，所述4根管桩中每两根管桩为一对，一对中两个管桩之间的距离为第一间距a；同一管桩组中的相邻两对管桩之间的距离为第二间距b；沿站台长度方向每相邻两组管桩组之间的距离为第三间距。
6.根据权利要求1所述的车站拓宽结构，其特征在于，所述站台层包括桩板墙和站台，所述桩板墙的底端固定在所述箱型框涵结构的顶端，所述站台固定在所述桩板墙的顶端；所述雨棚层包括雨棚柱、站台通道和雨棚，所述站台的上表面对称固定有雨棚柱，所述相互对称的雨棚柱之间形成站台通道，所述雨棚固定在所述雨棚柱的顶端，所述雨棚通过雨棚柱架设在所述站台通道的上方。
7.根据权利要求1所述的车站拓宽结构，其特征在于，所述路基本体位于所述倒三角区域的最下端，所述基床底层位于路基本体的上端，所述基床表层位于所述基床底层的上端；所述基床表层使用A组料填筑；所述基床底层使用泡沫轻质混凝土Ⅰ浇筑形成；所述路基本体使用泡沫轻质混凝土Ⅱ浇筑形成。
8.一种如权利要求1-7任意一项权利要求所述的车站拓宽结构的施工方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤A，对既有路基的边坡进行台阶开挖；
步骤B，施做隔离桩；
步骤C，施做管桩；
步骤D，施做非挤土螺纹桩；
步骤E，开挖沟槽：按照浅基坑开挖方式进行施工；
步骤F，现浇箱型框涵结构：基坑开挖完成后立刻浇筑箱型框涵结构，确保管桩桩顶钢筋与框涵结构底板内钢筋绑扎牢固；
步骤G，双层架空结构施工：先进行桩板墙和站台钢筋网绑扎并进行混凝土浇筑施工，再进行雨棚柱和雨棚的施工；
步骤H，常规填料填筑：首先对常规的新建路基放样打线，然后进行常规的地基加固处理，最后对新建站场的常规填料路基部分进行分层填筑，直至设计高程；
步骤I，轻质土浇筑：按照设计架设模板，在倒三角区域分层进行泡沫轻质混凝土浇筑施工。
9.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，所述步骤B中，采用间隔开挖浇筑隔离桩的方式，保证同时开挖桩数量不大于2根；视地下水情况，选择干作业或者泥浆护壁方式，采用旋挖钻成孔，成孔之后及时浇筑混凝土。
10.根据权利要求8所述的施工方法，其特征在于，所述步骤C中，运用高速离心蒸汽养护工艺，掺加高效减水剂，先张法预制管桩，再采用静压法施工，将管桩压入制定位置，在桩顶预留钢筋，伸入到其上部的后期施做的箱型框涵结构的底板内。
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