一种湿陷性黄土区新型长短桩地基处理结构及施工方法

摘要

一种湿陷性黄土区新型长短桩地基处理及施工方法，结构包括两排隔水帷幕和其间的多排加固排桩，两排隔水帷幕内分别与路基的一个坡脚处于同一垂直平面内，隔水帷幕由四排挤密长桩组成，相邻三根挤密长桩分别位于等边三角形的三个顶点，加固排桩由多根挤密短桩组成，挤密短桩呈梅花形设置，隔水帷幕和加固排桩上覆盖隔水垫层。土样进行室内土工试验，确定路基高度；平整测量放线；按现有施工工艺，在路基坡脚外侧建造隔水帷幕和加固排桩，在隔水帷幕和加固排桩上建隔水垫层，完成地基处理结构的施工。该地基处理结构用于湿陷性黄土区公路和铁路工程中，满足路基工程对地基承载力和变形的要求，缩短施工工期，节约工程造价，保证线路运营安全。

说明书

技术领域

本发明属于地基加固处理技术领域，涉及一种湿陷性黄土地基的加固处理构造，尤其涉及一种湿陷性黄土区新型长短桩地基处理结构；本发明还涉及一种该地基处理结构的施工方法。

背景技术

湿陷性黄土区公路和铁路建设中地基的处理均参照建筑行业中最大湿陷势为主线的地基设计思想以及“地基加固为主、防排水等措施为辅”的基本原则进行设计、施工。而建筑物具有荷载大、占地面积小、生活用水集中等特点，地基加固占主导地位较合理，但公路和铁路作为带状工程，具有路基工程荷载小、线路长、占地面积大的特点。同时湿陷性黄土地基在未受到水分浸泡时具有一定的承载能力，因此在路基填高不大的情况下，仍采用地基加固为主的设计思想过于保守，导致现有公路和铁路路基工程中地基处理存在以下问题：1）路基工程线路长，地基加固范围较大，提高了工程造价；2）地基加固工程量大，增加了施工时间和检测时间，影响施工进度。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题和缺陷，提供一种工程成本较低、地基承载力满足路基要求的湿陷性黄土区新型长短桩地基处理结构。

本发明的另一个目的是提供一种上述地基处理结构的施工方法。

为实现上述目的，本方案所采用的技术方案是：一种湿陷性黄土区新型长短桩地基处理结构，包括并排设置的第一隔水帷幕和第二隔水帷幕，第一隔水帷幕朝向第二隔水帷幕的侧面与路基的一个坡脚处于同一垂直平面内，第二隔水帷幕朝向第二隔水帷幕的侧面与路基的另一个坡脚处于同一垂直平面内，第一隔水帷幕和第二隔水帷幕均由四排挤密长桩组成，相邻三根挤密长桩分别位于一个等边三角形的三个顶点，沿第一隔水帷幕到第二隔水帷幕的方向、第一隔水帷幕和第二隔水帷幕之间设有多排加固排桩，每排加固排桩均由多根挤密短桩组成，偶数排加固排桩中的一根挤密短桩和与该偶数排加固排桩相邻的奇数排加固排桩中与偶数排加固排桩中该挤密短桩相邻的两根挤密短桩分别位于一个等边三角形的三个顶点，加固排桩的顶面与隔水帷幕的顶面相平齐，加固排桩上设有隔水垫层，隔水垫层覆盖第一隔水帷幕、第二隔水帷幕和所有的加固排桩。

本发明所采用的另一个技术方案是：一种上述湿陷性黄土区新型长短桩地基处理结构的施工方法，具体按以下步骤进行：

步骤1：根据《岩土工程勘察规范》GB50021-2001的要求查明拟处理的湿陷性黄土地地基土层的地质情况和湿陷性黄土层的厚度；取原状样，按《土工试验规程》JTGE40-2007的要求对各土层的含水率、密度、土粒比重、孔隙比、湿陷系数和压缩系数进行室内土工试验；同时根据路基原地面高程和线路设计高程确定路基高度；

步骤2：按照公路行业相关规范，对拟处理的湿陷性黄土地地基土层进行平整、测量放线；

步骤3：按现有施工工艺，沿路基的两个坡脚外侧分别建造构成第一隔水帷幕和第二隔水帷幕的挤密长桩，相邻的三根挤密长桩分别位于一个等边三角形的三个顶点，挤密长桩穿透湿陷性黄土下限；在两个隔水帷幕之间的路基基底区域内建造若干挤密短桩，所有的挤密短桩组成多排加固排桩，偶数排加固排桩中的一根挤密短桩和与该偶数排加固排桩相邻的奇数排加固排桩中与偶数排加固排桩中该挤密短桩相邻的两根挤密短桩分别位于一个等边三角形的三个顶点，挤密短桩间土湿陷系数小于0.015；

步骤4：在第一隔水帷幕和第二隔水帷幕围成的区域内建造隔水垫层，隔水垫层覆盖第一隔水帷幕顶面、第二隔水帷幕顶面以及第一隔水帷幕和第二隔水帷幕之间的所有区域，完成地基处理结构的施工。

本发明地基处理结构通过挤密短桩加固使路基基底形成挤密区，消除地基黄土原有的湿陷性，提高地基承载力；同时通过挤密长桩加固，使路基坡脚外（坡脚以外和路肩处）的地基形成隔水帷幕，并在挤密长桩、挤密短桩桩顶设置隔水垫层，将湿陷性黄土地基包裹，保证地基土不受水的浸泡，且隔水垫层与桩组成复合地基，提高地基承载力，控制地基工后沉降。针对湿陷性黄土区路基工程各路段不同的地质条件，承载要求以及施工条件，本发明用于湿陷性黄土区公路和铁路工程中，不仅满足了路基工程对地基承载力和变形的要求，同时缩短了施工工期，节约了工程造价，保证线路运营安全。

附图说明

图1是本发明地基处理结构第一种实施例的横断面示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是本发明地基处理结构第二种实施例的横断面示意图。

图4是图3的俯视图。

图中：1.第一隔水帷幕，2.加固排桩，3.隔水垫层，4.路基，5.第二隔水帷幕，6.挤密短桩，7.挤密长桩，8.第三隔水帷幕，9.第四隔水帷幕。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1和图2所示，本发明地基处理结构第一种实施例，包括并排设置的第一隔水帷幕1和第二隔水帷幕5，第一隔水帷幕1朝向第二隔水帷幕5的侧面与路基4的一个坡脚处于同一垂直平面内，第二隔水帷幕5朝向第二隔水帷幕1的侧面与路基4的另一个坡脚处于同一垂直平面内，第一隔水帷幕1和第二隔水帷幕5均由四排挤密长桩7组成，隔水帷幕中的挤密长桩7呈梅花形设置，即相邻的三根挤密长桩7分别位于一个等边三角形的三个顶点，相邻两根挤密长桩7之间的中心距为80cm；沿第一隔水帷幕1到第二隔水帷幕5的方向、第一隔水帷幕1和第二隔水帷幕5之间设有多排加固排桩2，每排加固排桩2均由多根挤密短桩6组成，奇数排加固排桩2与偶数排加固排桩2错位设置，即偶数排加固排桩2中的一根挤密短桩6和与该偶数排加固排桩2相邻的奇数排加固排桩2中与偶数排加固排桩2中该挤密短桩6相邻的两根挤密短桩6分别位于一个等边三角形的三个顶点，相邻两根挤密短桩6之间的距离为1.0～1.2m；加固排桩2的顶面与隔水帷幕的顶面相平齐，加固排桩2上设有隔水垫层3，隔水垫层1覆盖第一隔水帷幕1、第二隔水帷幕5和所有的加固排桩2。

如图3和图4所示，本发明地基处理结构第二实施例，该第二种实施例的结构与第一种实施例的结构基本相同，两者之间的区别在于：该第二种实施例是在第一种实施例的基础上增加了第三隔水帷幕8和第四隔水帷幕9，并将第一隔水帷幕1和第二隔水帷幕5之间的加固排桩2分割成三部分，即第一隔水帷幕1和第三隔水帷幕8之间布置有多排加固排桩2，第四隔水帷幕9和第二隔水帷幕5之间布置有多排加固排桩2，第三隔水帷幕8和第四隔水帷幕9之间有多排加固排桩2；第三隔水帷幕8朝向第四隔水帷幕9的侧面与路基4的一个路肩处于同一垂直平面内，第四隔水帷幕9朝向第三隔水帷幕8的侧面与路基4的另一个路肩处于同一垂直平面内，组成加固排桩2的挤密短桩6的排列方式与第一种实施例中挤密短桩6的排列方式相同。

湿陷性黄土区路基地基沉降，主要是地基土的压缩变形和湿陷变形引起的。压缩变形与地基土和上部荷载有关，压缩变形不可避免，工程中也容许发生，但湿陷变形在黄土未受到水分的浸泡时是不会发生的。本发明地基处理结构即为保证黄土不发生湿陷变形的工程结构和措施。在路基两侧坡脚设置隔水帷幕可以阻止水分从路基两侧进入地基，防止地基发生湿陷变形；在路肩位置的地基中设置隔水帷幕是在地基条件恶劣，坡脚的隔水帷幕不能完全阻止水分进入地基时，作为坡脚隔水帷幕的补充设施，进一步确保地基不会发生湿陷变形；隔水垫层设置在地基表面，可以阻止水分从路基渗入地基，保证地基土不发生湿陷变形。

本发明还提供了一种上述地基处理结构的施工方法，具体按以下步骤进行：

步骤1：在地基拟处理范围内根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）的具体要求查明拟处理的湿陷性黄土地地基土层的地质情况，查明湿陷性黄土层的厚度；并取原状样，按《土工试验规程》（JTGE40-2007）的具体要求进行各土层的含水率、密度、土粒比重、孔隙比、湿陷系数、压缩系数基本参数的室内土工试验；同时根据路基原地面高程和线路设计高程确定路基高度；

步骤2：按照公路行业相关规范，对拟处理的湿陷性黄土地地基土层进行平整、测量放线；

步骤3：建造第一种实施例地基处理结构：按现有施工工艺，沿路基4的两个坡脚外侧分别建造第一隔水帷幕1和第二隔水帷幕5，采用灰土或水泥土建造挤密长桩7，第一隔水帷幕1和第二隔水帷幕5均由多根挤密长桩7组成；挤密长桩桩径400mm、桩长15～18m、桩体压实系数不小于97%、渗透系数不大于10^-7cm/s；挤密长桩在路基两侧坡脚按梅花形布置4排，桩间距80cm；然后，在两个隔水帷幕之间的路基基底区域内采用灰土或水泥土建造若干根挤密短桩6，所有的挤密短桩6组成多排加固排桩2，挤密短桩6的桩长为6～8m、直径为400mm、桩体压实系数不小于97%，施工后确保桩间土湿陷系数小于0.015；挤密短桩6在路基基底两侧坡脚范围内按梅花形布置，桩间距1.0～1.2m；挤密短桩6全部施工完成后，桩间土消除湿陷性。

建造第二种实施例地基处理结构：按现有施工工艺，沿路基4的两个坡脚外侧分别建造第一隔水帷幕1和第二隔水帷幕5，同时在第一隔水帷幕1和第二隔水帷幕5之间建造第三隔水帷幕8和第四隔水帷幕9，采用灰土或水泥土建造组成该四个隔水帷幕的挤密长桩7；挤密长桩桩径400mm、桩长15～18m、桩体压实系数不小于97%、渗透系数不大于10^-7cm/s；挤密长桩7按梅花形布置4排，桩间距80cm；使第三隔水帷幕8朝向第四隔水帷幕9的侧面与设计的路基的一个路肩处于同一垂直平面内，使第四隔水帷幕9朝向第三隔水帷幕8的侧面与设计的路基的另一个路肩处于同一垂直平面内，然后，在相邻两个隔水帷幕之间采用灰土或水泥土建造挤密短桩6，挤密短桩6的桩长为6～8m、直径为400mm、桩体压实系数不小于97%，施工后确保桩间土湿陷系数小于0.015；挤密短桩6在路基基底两侧坡脚范围内按梅花形布置，桩间距1.0～1.2m；挤密短桩6全部施工完成后，桩间土能够消除湿陷性；

挤密长桩7以穿透湿陷性黄土下限为宜，如湿陷性黄土层较厚时，挤密长桩桩长可为18～20m。挤密短桩根据湿陷性黄土地质、地貌情况、路基填高，参照相关行业规范设计，以满足地基承载力为原则确定桩长。

步骤4：采用隔水性材料（灰土或水泥土）在第一隔水帷幕1和第二隔水帷幕5围成的区域内建造厚度为0.8～1.0m的隔水垫层3，隔水垫层3覆盖第一隔水帷幕1顶面、第二隔水帷幕5顶面以及第一隔水帷幕1和第二隔水帷幕5之间的所有区域，隔水垫层3的压实度不小于97%、渗透系数不小于10^-7cm/s，完成地基处理结构的施工。

所用的灰土或水泥土这样制得：采用有机质质量百分含量小于5%的土，优先采用施工现场挖出的土，但现场挖出的土中有机质质量百分含量应小于5%，过筛，得到粒径不大于15mm的原料土，不得使用淤泥土和腐殖土；选用II级以上、钙镁含量大于80%的新鲜石灰块，使用前2～3天浇水充分消解并过筛，得粒径小于5mm的石灰颗粒，该石灰颗粒中不得有未熟化的生石灰块；按质量百分比，取8～10%的石灰颗粒和90～92%的原料土，拌合均匀，得灰土；或者，按质量百分比，取10～12%的普通硅酸盐水泥和88～90%的原料土，拌合均匀，得水泥土。

在各环节施工和材料拌合要求严格按照《铁路工程地基处理技术规程》（TB10106-2010）进行。