一种深厚层松软土地区的桥路过渡段路基结构

摘要

本发明公开了一种深厚层松软土地区的桥路过渡段路基结构，它包括沉降和刚度平顺过渡体系、承载力控制体系和常规地基加固体系，常规地基加固体系位于路基本体的一侧，沉降和刚度平顺过渡体系、承载力控制体系位于常规地基加固体系和桥台之间，沉降和刚度平顺过渡体系包括轨道下方的筏板和多个进入路基中的长桩，长桩由路面向桥台方向逐步加长，所述长桩的桩顶进入到筏板中，长桩与筏板通过刚性连接为整体结构；承载力控制体系包括多个设置在路基下方的短桩，短桩的桩顶设有承载路基的第一碎石垫层，第一碎石垫层被长桩穿过。

说明书

技术领域

本发明涉及高速铁路路基工程领域，尤其涉及一种深厚层松软土地区 的桥路过渡段路基结构。

背景技术

高速铁路是世界铁路的主要发展方向之一，高速铁路空间跨度较大， 需根据沿线的地形、地质条件设置不同的桥梁、路基等构筑物，当高 速运行的列车通过不同构筑物的交界处时，由于刚度和沉降变形差异 常导致列车产生剧烈振动，影响行车的舒适性和安全性。为保证高速 列车的安全平顺行驶，需要在桥梁与路基等构筑物间设置一定长度的 过渡段，使得线路的刚度逐渐变化，减小高速列车对线路的振动和冲 击，因此过渡段一直是高速铁路设计的关键环节。

中国专利CN201390925Y公开了一种“高速铁路路桥过渡段路基构造” ，它通过在与桥台对接的路基设置楔形加固过渡段，以及在路基面设 置与桥台连接的钢筋混凝土搭板，加强了路堤填筑体刚度，使得桥梁 、路基的刚度协调，该结构形式未考虑地基条件的影响，对于松软土 或其它沉降变形较大的地基类型，无法实现桥路过渡段刚度的平顺过 渡；中国专利CN201530961U公开了一种“高速铁路无砟轨道液化土地 基抗震路桥过渡段构造”，它通过在桥台与路基之间设置楔形加筋级 配碎石过渡段，以及布设置于非液化土层的加固桩，实现了线路纵向 刚度的均匀过渡，该结构形式中的加固桩在地基面全部设置，对于深 厚层松软土地基以及填土较高、路基面较宽的路基结构，地基处理费 用非常昂贵。此外，该两种结构形式均不能避免由于路堤填筑质量瑕 疵造成的过渡段变形病害。

因此，需对现有技术进行改进。

发明内容

本发明的目的就在于解决上述背景技术的不足，提供一种不仅可以实 现桥路过渡段纵向刚度的均匀过渡，还可减少地基处理费用的一种适 用于深厚层松软土地区的桥路过渡段路基结构。

本发明的技术方案为：一种深厚层松软土地区的桥路过渡段路基结构 ，其特征在于：它包括沉降和刚度平顺过渡体系、承载力控制体系和 常规地基加固体系，所述常规地基加固体系位于路基本体的一侧，所 述沉降和刚度平顺过渡体系、承载力控制体系位于常规地基加固体系 和桥台之间，所述沉降和刚度平顺过渡体系包括位于轨道下方的筏板 和多个进入路基中的长桩，所述长桩由路面向桥台方向逐步加长，所 述长桩的桩顶进入到筏板中，长桩与筏板通过刚性连接为整体结构； 所述承载力控制体系包括多个设置在路基下方的短桩，所述短桩的桩 顶设有承载路基的第一碎石垫层，所述第一碎石垫层被长桩穿过。

沿线路纵向两块筏板之间设有填塞沥青麻筋的伸缩缝，同一筏板由高 度一致的长桩支撑。

所述长桩为钢筋混凝土钻孔灌注桩、管桩、CFG桩或素混凝土桩，所述 长桩的桩径不小于0.5m，相邻长桩的桩间距为桩径的3~6倍，长桩伸入 筏板中的长度为10~20cm。

所述短桩为CFG桩、水泥土搅拌桩或旋喷桩，短桩的桩径为0.4~0.5m， 相邻短桩间距不大于桩径的6倍。

所述第一碎石垫层内设有第一高强土工格栅或高强土工格室的加筋层 。

所述常规地基加固体系包括与第一碎石垫层齐平的第二碎石垫层，所 述第二碎石垫层由多个普通桩支撑，在第二碎石垫层内设有第二高强 土工格栅或高强土工格室的加筋层。

还设有用于监测筏板与其下方的路基填料之间有无发生脱空变形的变 形监测系统；所述变形监测系统包括同中心轴的钢筋、套设在钢筋外 围的钢管、套设在钢管外围的外侧护管，所述钢筋与钢管、钢管与外 侧护管之间设有间隙，所述钢筋、钢管与外侧护管穿过筏板进入路基 中，钢筋、钢管与外侧护管的上端高于筏板，在筏板上方外侧护管的 外围固定设有护盖；所述钢筋上端固定连接有测量标，钢筋下端固定 连接有钢板，钢板通过设置在其两端的锚杆固定在路堤填料上；所述 外侧护管锚固在筏板上。

所述变形监测系统还包括钢筋应力计，所述钢筋应力计布设在筏板中 心位 置的长桩的前、后、左、右四面上。

还设有预留注浆系统，所述预留注浆系统为立体式注浆系统，其设置 在筏板横向两侧，所述预留注浆系统包括竖向注浆管、横向注浆管和 纵向注浆管，所述竖向注浆管沿竖直向设置在筏板的横向外侧面，所 述横向注浆管沿水平横向设置在筏板的下侧面，所述纵向注浆管沿水 平纵向设置在筏板的下侧面；所述竖向注浆管和纵向注浆管设置在横 向注浆管的两端，竖向注浆管、纵向注浆管与横向注浆管接通。

所述竖向注浆管伸出路肩，竖向注浆管的管口由堵头封堵；所述纵向 注浆管预埋在槽体内，槽体和纵向注浆管之间填充中粗砂，纵向注浆 管位于槽体的中间位置，纵向注浆管的两端密封，在纵向注浆管的管 身上同一方向等间距设置多个注浆孔，所述注浆孔被套设在纵向注浆 管管身上的橡胶套密封。

本发明的优点在于：

（1）设置于加固桩（长桩）上的筏板位于轨道下方，可直接承受轨道 和列车荷载，相比于加固桩设置于地面附近的方式，可明显减少加固 桩的设置数量，从而降低了工程造价，同时也避免了由于路堤填土质 量造成的过渡段变形病害。

（2）沉降和刚度平顺过渡体系采用桩板结构，设置与轨道板下方位置 ，具有良好的承受动力荷载性能，进一步结合变刚度原理，从路基向 桥台方向长桩的长度逐渐减小，不仅实现了桥梁-路基刚度的平顺过渡 ，也实现了列车动力荷载响应的平顺过渡。

（3）地基土采用经济型的短桩加固，可以最大程度的避免路堤填料和 筏板之间的差异沉降，保证了整个结构体系的整体性和稳定性。

（4）本发明应用于深厚层松软土地区的高速铁路路基过渡段，可明显 减少地基处理费用，且路堤填高越大，经济效益越显著。

（5）通过变形监测体系，可以及时发现筏板与其下的路堤填料之间可 能发生的脱空变形，并利用预留注浆体系选择合理时机进行注浆处理 ，可避免筏板受力条件恶化，确保了路基的整体性。

附图说明

图1为本发明平面布置示意图；

图2为图1处A-A断面示意图；

图3为图1处B-B断面示意图；

图4为本发明中变形监测系统结构示意图；

图5为本发明中纵向注浆管局部结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚 地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如图1、图2、图3所示，一种深厚层松软土地区的桥路过渡段路基结构 ，它包括沉降和刚度平顺过渡体系、承载力控制体系和常规地基加固 体系，常规地基加固体系位于路基本体9的一侧，沉降和刚度平顺过渡 体系、承载力控制体系位于常规地基加固体系和桥台之间，沉降和刚 度平顺过渡体系包括轨道6下方的筏板1.2和多个进入路基中的长桩1. 1，长桩1.1由路面向桥台10方向逐步加长，长桩1.1的桩顶进入到筏板 1.2中，长桩1.1与筏板1.2通过刚性连接为整体结构；承载力控制体系 包括多个设置在路基下方的短桩2.1，短桩2.1的桩顶设有承载路基的 第一碎石垫层2.2，第一碎石垫层2.2被长桩1.1穿过。

本实施例中的沉降和刚度平顺过渡体系，用于承受轨道结构荷载、列 车荷载及小部分的路堤填料荷载，主要作用是实现桥梁-路基刚度的平 顺过渡。它包括轨道6下方的筏板1.2和多个进入路基中的长桩1.1，长 桩1.1的具体长度应根据沉降控制标准通过沉降检算确定，同一筏板1 .2由高度一致的长桩1.1支撑。本实施例中的长桩1.1为钢筋混凝土钻 孔灌注桩、管桩、CFG桩或素混凝土桩，长桩1.1的桩径不小于0.5m， 相邻长桩1.1的桩间距为桩径的3~6倍，长桩1.1伸入筏板1.2中的长度 为10~20cm。为保证沉降和刚度平顺过渡体系在列车动力荷载下的稳定 性，长桩1.1应采用钢筋混凝土结构，并应保证其上部三分之一桩长范 围内配置竖向受力钢筋；当长桩为CFG桩、素混凝土桩等类型时，宜采 用细石混凝土灌注，并在灌注混凝土后，通过后插钢筋笼方法置入长 度不少于三分之一桩长的钢筋笼。长桩1.1上部与筏板1.2刚性连接， 即长桩1.1的主筋应与筏板1.2内的受力钢筋焊接在一起。筏板1.2也采 用钢筋混凝土结构，筏板1.2顶面可设置于路肩高程以下1.0~1.2m的位 置，以保证线间集水井、过轨等结构物具有足够的施工空间。筏板1. 2厚度为1~1.2m，横向尺寸比路基面窄3~4m左右，纵向尺寸为10~15m， 沿线路纵向相邻的筏板1.2间应设置宽2cm的伸缩缝 1.3，伸缩缝1.3内填塞沥青麻筋，以减小由于温度和变形差异产生的 附加应力，伸缩缝1.3宜位于两排长桩的中间位置。

承载力控制体系，主要承受筏板1.2下部的路堤填料荷载，来保证地基 承载力满足要求以及筏板1.2下部不产生脱空变形。它包括多个设置在 路基下方的短桩2.1，短桩2.1为CFG桩、水泥土搅拌桩或旋喷桩等经济 实惠的桩型，短桩2.1的桩径为0.4~0.5m，相邻短桩2.1间距不大于桩 径的6倍。为保证地基变形的均匀性，在短桩2.1的桩顶设有承载路基 的第一碎石垫层2.2，第一碎石垫层2.2的厚度为0.6~0.8m，第一碎石 垫层2.2被长桩1.1穿过，在第一碎石垫层2.2内设有1~2层第一高强土 工格栅或高强土工格室的加筋层2.3。

常规地基加固体系，可采用常规的桩网结构、桩筏结构，即包括与第 一碎石垫层2.2齐平的第二碎石垫层3.2，第二碎石垫层3.2由多个普通 桩3.1支撑，在第二碎石垫层3.2内设有第二高强土工格栅或高强土工 格室的加筋层3.3。也可采用本发明提出的由沉降和刚度平顺过渡体系 、承载力控制体系组合的长短桩地基加固结构。具体方案可结合路基 所处的地质条件和沉降检算、承载力检算成果，并经工程费用比选老 进行确定。

还设有变形监测系统4，它主要是为了监测板梁1.2与其下的路基填料 之间有无发生脱空变形，以对其进行修复措施。如图4所示，变形监测 系统包括同中心轴的圆形钢筋4.3、套设在钢筋4.3外围的钢管4.4、套 设在钢管4.4外围的外侧护管4.5，钢筋4.3与钢管4.4、钢管4.4与外侧 护管4.5之间设有1cm的间隙（钢筋4.3的外径小于钢管4.4内径，钢管 4.4的外径小于外侧护管4.5的内径），从而使钢筋4.3可以在钢管4.4 内自由移动，钢管4.4可以在外侧护管4.5内自由移动；钢筋4.3、钢管 4.4与外侧护管4.5穿过筏板1.2进入路基中，钢筋4.3、钢管4.4与外侧 护管4.5的上端高于筏板1.2，在筏板1.2上方外侧护管4.5的外围固定 设有护盖4.7；钢筋4.3上端固定连接有测量标4.6，测量标4.6也设置 在护盖4.7内，钢筋4.3下端固定连接有钢板4.2，钢板4.2通过设置在 其两端的锚杆4.1固定在路堤填料上，使得钢筋4.3能够反映筏板1.2底 部路堤填料的变形，而外侧护管4.5锚固在筏板1.2上，可以反映筏板 1.2的变形状况；变形监测系统还包括钢筋应力计4.8，钢筋应力计4. 8布设在板梁1.2中心位置的长桩1.1的前、后、左、右四面上的竖向钢 筋上，钢筋应力计4.8的布设高度为地面附近，通过监测竖向钢筋应力 随时间的变化关系，便可知道地基面以上、筏 板1.2以下的路基填料和长桩1.1之间有无发生负摩阻，从而间接反映 出筏板1.2与其下的路基填料之间有无发生脱空变形。

还设有预留注浆系统，预留注浆系统是为了预防和治理筏板1.2与其下 部的路基填料之间可能出现的脱空变形。通过变形监测系统的数据， 可以了解到筏板1.2与其下部的路基填料之间有无发生脱空变形，并选 择合适的时机进行注浆处理，以避免该路基结构受力条件的恶化。预 留注浆系统为立体式注浆系统，其设置在筏板1.2横向两侧，具体为预 留注浆系统包括竖向注浆管5.1、横向注浆管5.2和纵向注浆管5.3，竖 向注浆管3.1沿竖直向设置在筏板1.2的横向外侧面，横向注浆管5.2沿 水平横向设置在筏板1.2的下侧面，纵向注浆管5.3沿水平纵向设置在 筏板1.2的下侧面，竖向注浆管5.1和纵向注浆管5.3设置在横向注浆管 5.2的两端，竖向注浆管5.1、纵向注浆管5.3与横向注浆管5.2接通。 本实施例中，竖向注浆管5.1、横向注浆管5.2和纵向注浆管5.3的注浆 管均为内径2cm的镀锌钢管；竖向注浆管5.1伸出路肩约0.1m，其管口 由堵头封堵；纵向注浆管5.3预埋在槽体内，槽体和纵向注浆管5.3之 间填充中粗砂，纵向注浆管5.3位于槽体的中间位置，在施工时，只对 槽体施工即可，另外，纵向注浆管5.3的两端密封，在纵向注浆管5.3 的管身上同一方向等间距（1m）设置4个注浆孔5.4，注浆孔5.4被套设 在纵向注浆管5.3管身上的橡胶套5.5密封，以避免注浆过程中浆液回 流（如图5所示）。

对于路堤填筑体：筏板1.2以上为基床表层7，采用级配碎石+3%水泥填 筑；筏板1.2以下1m范围内为基床底层8，采用AB组填料或改良土填筑 ；基床底层8以下为路基本体9，采用AB组填料和C组的块石、碎石、砾 石类填料，当选用C组细粒土填料时，应根据土源性质进行改良后填筑 。常规地基加固体系的基床表层、基床底层厚度根据规范设置，其厚 度与沉降和刚度平顺过渡体系与承载力控制体系构成的过渡段区域有 所差异，一般采用1:5~1:10的坡度逐渐过渡。

为实现上述目的，本发明提供的一种深厚层松软土地区的桥路过渡段 路基结构施工顺序为：

（1）承载力控制体系、常规地基加固体系施工：测量放线，施工短桩 2.1，铺设第二碎石垫层2.2和第二高强土工格栅（或高强土工格室） 加筋层2.3；短桩2.1施工时，应注意避开长桩1.1位置；

（2）、分层填筑路堤至筏板底面高程；

（3）、在路堤填筑体上施工长桩1.1，铺设预留注浆体系、施工变形 监测体系，在长桩桩顶位置浇筑钢筋混凝土筏板1.2；

（4）、继续填筑筏板以上的路堤。

本发明应用于深厚层松软土地区的桥路过渡段，不仅可以实现桥路过 渡段路基刚度的平顺过渡、具有良好的动力稳定性，还可节约地基处 理费用，具有广阔的推广应用价值，相比于常规的桩板结构，可明显 减少地基处理费用，且路堤填高越大，经济效益越显著。