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一种含无砟轨道路基的膨胀土地基构造及施工方法

阅读：5发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种含无砟轨道路基的膨胀土地基构造及施工方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种含无砟轨道路基的膨胀土地基构造及施工方法，包括多孔管桩、膨胀土地基、土工合成材料加筋垫层和无砟轨道路基，所述多孔管桩和膨胀土地基设置在最下部，其上方从下至上依次设置土工合成材料加筋垫层和无砟轨道路基；所述膨胀土地基内竖向设置有多根多孔管桩，所述多孔管桩包括空心多孔桩体和填充在其内的弹性体材料，所述空心多孔桩体为空心的钢筋混凝土结构，所述多孔管桩还包括在径向上贯通空心多孔桩体内外壁的径向通孔。本发明有效减少了膨胀土地基在浸失水时的胀缩变形，使得无砟轨道路基胀缩变形控制在合理范围，满足了无砟轨道路基上列车高速、安全运行需求，且节省了膨胀土地基加固处治的费用。，下面是一种含无砟轨道路基的膨胀土地基构造及施工方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种含无砟轨道路基的膨胀土地基构造，其特征在于，所述膨胀土地基构造包括多孔管桩(1)、膨胀土地基(4)、土工合成材料加筋垫层(2)和无砟轨道路基(3)，所述多孔管桩(1)和膨胀土地基(4)设置在最下部，其上方从下至上依次设置土工合成材料加筋垫层(2)和无砟轨道路基(3)；所述膨胀土地基(4)内竖向设置有多根多孔管桩(1)，所述多孔管桩(1)包括空心多孔桩体(11)和填充在其内的弹性体材料(12)，所述空心多孔桩体(11)为空心的钢筋混凝土结构，所述多孔管桩(1)还包括在径向上贯通空心多孔桩体(11)内外壁的径向通孔(13)；所述土工合成材料加筋垫层(2)包括土工格栅(21)和设置在土工格栅(21)上方和下方的砂层和/或土层。
2.根据权利要求1所述的膨胀土地基构造，其特征在于，所述土工合成材料加筋垫层(2)由从下而上依次铺设的下中粗砂层(22)、土工格栅(21)、上中粗砂层(23)、下粗颗粒土层(24)、土工格栅(21)、上粗颗粒土层(25)叠合构成。
3.根据权利要求2所述的膨胀土地基构造，其特征在于，所述下中粗砂层(22)和上中粗砂层(23)的厚度均为0.08m～0.12m；所述下粗颗粒土层(24)和上粗颗粒土层(25)的厚度均为0.12m～0.18m。
4.根据权利要求1所述的膨胀土地基构造，其特征在于，所述弹性体材料(12)为颗粒状材料，优选废弃轮胎橡胶颗粒；所述多孔管桩(1)整体呈空心圆柱状；每根多孔管桩(1)上的径向通孔(13)沿桩周方向均匀间隔分布2～4个；每根多孔管桩(1)上的径向通孔(13)沿桩长方向均匀间隔设置。
5.根据权利要求1所述的膨胀土地基构造，其特征在于，所述多孔管桩(1)在水平方向上沿纵横向按矩形或梅花形均匀间隔设置在膨胀土地基(4)内；所述多孔管桩(1)的外径不大于0.6m，所述径向通孔(13)的孔径为0.03m～0.08m；所述多孔管桩(1)桩体长度在膨胀土地基(4)中的设置深度超过大气影响深度。
6.根据权利要求1所述的膨胀土地基构造，其特征在于，所述土工合成材料加筋垫层(2)沿路基中心朝两侧设置3％～5％的排水坡度。
7.一种含无砟轨道路基的膨胀土地基构造的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括以下步骤：
步骤1：在预制厂内加工、绑扎钢筋笼，组装空心多孔桩体(11)内侧含有预留孔洞的模板，钢筋笼吊装就位，组装空心多孔桩体(11)外侧含有预留孔洞的模板；
步骤2：浇筑混凝土养护成型，待空心多孔桩体(11)的混凝土达到设计要求强度后拆除模板，并继续养护至设计强度，再将空心多孔桩体(11)运至施工现场；
步骤3：按多孔管桩(1)布设位置，采用钻机在膨胀土地基(4)中预先钻引孔，形成引孔后即将空心多孔桩体(11)吊放至引孔内，利用打桩机将空心多孔桩体(11)施打入膨胀土地基(4)中至膨胀土地基(4)中大气影响深度以下，然后，在空心多孔桩体(11)空心内部密实填充弹性体材料(12)，最后，桩顶孔口处利用黏土填充压实封闭；
步骤4：在膨胀土地基(4)表面铺设土工合成材料加筋垫层(2)；
步骤5：在土工合成材料加筋垫层(2)上填筑填料并压实形成无砟轨道路基(3)。
8.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述步骤3中，空心多孔桩体(11)按从路基中心向两侧顺序原则施打。
9.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述步骤4中，土工合成材料加筋垫层(2)沿路基中心朝两侧设置3％～5％的排水坡度。
10.根据权利要求7所述的施工方法，其特征在于，所述步骤4中，土工合成材料加筋垫层(2)由从下而上依次铺设的下中粗砂层(22)、土工格栅(21)、上中粗砂层(23)、下粗颗粒土层(24)、土工格栅(21)、上粗颗粒土层(25)叠合构成。

说明书全文

一种含无砟轨道路基的膨胀土地基构造及施工方法

技术领域

[0001] 本发明属于岩土工程地基加固技术领域，具体涉及一种含无砟轨道路基的膨胀土地基构造及施工方法。

背景技术

[0002] 高速铁路无砟轨道具有高速度、高平稳性、高安全性等优点，已经得到了广泛发展和应用，然而，这些优点的实现则需要保证其路基的变形控制在极其严格的范围内。膨胀土作为一种具有显著胀缩特征的特殊土，对无砟轨道路基的变形构成严重威胁，甚至引起铁路路基出现不均匀沉降、上拱变形、基床外挤等变形病害，这些病害具有反复性、长期性且难以治理，严重制约着膨胀土地区高速铁路无砟轨道路基的修建。因此，提出一种能够适用于高速铁路无砟轨道膨胀土地基的胀缩变形处治措施显得十分必要。

[0003] 目前，为了治理膨胀土地基引起的隆起变形，已经提出的措施包括长短微型桩、碎石桩及锚固桩等加固措施，这些措施都是通过桩周界面摩擦阻力来限制膨胀土的膨胀力进而控制地基隆起变形，但在极端与长期服役环境下，桩周界面摩擦阻力可能不足以限制较大的膨胀力，甚至可能会逐渐失效，导致膨胀土地基依旧产生隆起变形。通过增加桩周界面摩擦阻力限制膨胀力的方法在应用方面依然存在原理方面的局限性和技术方面的障碍性。

[0004] 专利文献CN201710609816公开了一种无砟轨道铁路膨胀土路堑结构及施工方法，它包括：水泥粉煤灰碎石桩，横向、纵向间隔成排设置在膨胀土地基中形成复合地基，其设置深度超过膨胀土大气影响厚度；弹性土工型材，设置在横向相邻两排水泥粉煤灰碎石桩之间的膨胀土地基表层中，沿膨胀土地基纵向延伸；垫层结构，分层填筑在复合地基顶部；基床底层和基床表层，基床底层分层填筑在垫层结构顶部，基床表层分层填筑在基床底层顶部；排水侧沟，设置在路堑结构两侧，在其底部设置纵向盲沟。该专利是利用弹性土工型材的弹性能力直接释放膨胀土地基的竖向变形，从而减小地基的膨胀力与隆起变形，但存在释放竖向变形过多时，容易造成膨胀土地基的沉降变形过大超标；虽然该专利利用了水泥粉煤灰碎石桩和垫层结构，但过大的沉降变形会导致垫层破坏和膨胀土地基出现空隙而变形，引发高速轨道列车运行的安全隐患。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种含无砟轨道路基的膨胀土地基构造及施工方法，以解决背景技术中提出的膨胀土地基在浸水时隆起变形和失水时收缩变形的问题，使得无砟轨道路基胀缩变形可以控制在合理范围。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供了一种含无砟轨道路基的膨胀土地基构造，所述膨胀土地基构造包括多孔管桩、膨胀土地基、土工合成材料加筋垫层和无砟轨道路基，所述多孔管桩和膨胀土地基设置在最下部，其上方从下至上依次设置土工合成材料加筋垫层和无砟轨道路基；所述膨胀土地基内竖向设置有多根多孔管桩，所述多孔管桩包括空心多孔桩体和填充在其内的弹性体材料，所述空心多孔桩体为空心的钢筋混凝土结构，所述多孔管桩还包括在径向上贯通空心多孔桩体内外壁的径向通孔；所述土工合成材料加筋垫层包括土工格栅和设置在土工格栅上方和下方的砂层和/或土层。

[0007] 在一种具体的实施方式中，所述土工合成材料加筋垫层由从下而上依次铺设的下中粗砂层、土工格栅、上中粗砂层、下粗颗粒土层、土工格栅、上粗颗粒土层叠合构成。

[0008] 在一种具体的实施方式中，所述下中粗砂层和上中粗砂层的厚度均为0.08m～0.12m；所述下粗颗粒土层和上粗颗粒土层的厚度均为0.12m～0.18m。

[0009] 在一种具体的实施方式中，所述弹性体材料为颗粒状材料，优选废弃轮胎橡胶颗粒；所述多孔管桩整体呈空心圆柱状；每根多孔管桩上的径向通孔沿桩周方向均匀间隔分布2～4个；每根多孔管桩上的径向通孔沿桩长方向均匀间隔设置。

[0010] 在一种具体的实施方式中，所述多孔管桩在水平方向上沿纵横向按矩形或梅花形均匀间隔设置在膨胀土地基内；所述多孔管桩的外径不大于0.6m，所述径向通孔的孔径为0.03m～0.08m；所述多孔管桩桩体长度在膨胀土地基中的设置深度超过大气影响深度。

[0011] 在一种具体的实施方式中，所述土工合成材料加筋垫层沿路基中心朝两侧设置3％～5％的排水坡度。

[0012] 本发明还提供了一种含无砟轨道路基的膨胀土地基构造的施工方法，所述施工方法包括以下步骤：

[0013] 步骤1：在预制厂内加工、绑扎钢筋笼，组装空心多孔桩体内侧含有预留孔洞的模板，钢筋笼吊装就位，组装空心多孔桩体外侧含有预留孔洞的模板；

[0014] 步骤2：浇筑混凝土养护成型，待空心多孔桩体的混凝土达到设计要求强度后拆除模板，并继续养护至设计强度，再将空心多孔桩体运至施工现场；

[0015] 步骤3：按多孔管桩布设位置，采用钻机在膨胀土地基中预先钻引孔，形成引孔后即将空心多孔桩体吊放至引孔内，利用打桩机将空心多孔桩体施打入膨胀土地基中至膨胀土地基中大气影响深度以下，然后，在空心多孔桩体空心内部密实填充弹性体材料，最后，桩顶孔口处利用黏土填充压实封闭；

[0016] 步骤4：在膨胀土地基表面铺设土工合成材料加筋垫层；

[0017] 步骤5：在土工合成材料加筋垫层上填筑填料并压实形成无砟轨道路基。

[0018] 在一种具体的实施方式中，所述步骤3中，空心多孔桩体按从路基中心向两侧顺序原则施打。

[0019] 在一种具体的实施方式中，所述步骤4中，土工合成材料加筋垫层沿路基中心朝两侧设置3％～5％的排水坡度。

[0020] 在一种具体的实施方式中，所述步骤4中，土工合成材料加筋垫层由从下而上依次铺设的下中粗砂层、土工格栅、上中粗砂层、下粗颗粒土层、土工格栅、上粗颗粒土层叠合构成。

[0021] 相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

[0022] 本发明有效减少了膨胀土地基在浸水时隆起变形和失水时收缩变形，使得无砟轨道路基胀缩变形控制在合理范围，满足了无砟轨道路基上列车高速、安全运行需求，且能够节省膨胀土地基加固处治的工程投资。

[0023] 在膨胀土地基浸水膨胀时，能够允许膨胀土地基的侧向膨胀变形通过多孔管桩的空心多孔桩体上设置的径向通孔和压缩弹性体材料的共同作用得到释放，从而减弱膨胀土地基的膨胀力，进而减小膨胀土地基的隆起变形及其引起的多孔管桩向上的界面摩擦阻力，解决膨胀土地基浸水膨胀引起的无砟轨道路基隆起变形。在膨胀土地基失水收缩时，被压缩的弹性体材料产生回弹变形，经空心多孔桩体上径向通孔横向传递，能够使得膨胀土地基的侧向膨胀变形得以恢复以减小无砟轨道路基沉降变形。在列车反复荷载作用时，在膨胀土地基表面与多孔管桩桩顶面设置土工合成材料加筋垫层，能进一步保障膨胀土地基失水收缩情况下，承载由无砟轨道路基传递下来的列车荷载，并将其传递至多孔管桩桩顶，进而传至膨胀土地基大气影响深度以下，从而解决膨胀土地基失水收缩和列车反复荷载作用引起的无砟轨道路基沉降变形，保障无砟轨道路基的变形稳定，且满足列车高速、平稳、安全运行要求，这对膨胀土地区高速铁路无砟轨道路基的修建具有重大意义和应用价值。

[0024] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明

[0025] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0026] 图1是本发明一种实施例的横断面图；

[0027] 图2是本发明一种实施例的膨胀土地基与多孔管桩横截面示意图；

[0028] 图3是本发明一种实施例的土工合成材料加筋垫层构造图；

[0029] 图4是本发明一种实施例的多孔管桩构造图；

[0030] 其中，1、多孔管桩；2、土工合成材料加筋垫层；3、无砟轨道路基；4、膨胀土地基；11、空心多孔桩体；12、弹性体材料；13、径向通孔；21、土工格栅；22、下中粗砂层；23、上中粗砂层；24、下粗颗粒土层；25、上粗颗粒土层。

具体实施方式

[0031] 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

[0032] 实施例1

[0033] 参照图1、图2、图4，本发明的一种含无砟轨道路基的膨胀土地基构造，包括多孔管桩1、膨胀土地基4、土工合成材料加筋垫层2和无砟轨道路基3。所述多孔管桩1由空心多孔桩体11和作为弹性体材料12的废弃轮胎橡胶颗粒共同组成。所述多孔管桩1的空心多孔桩体11由混凝土与埋设于其内的钢筋组成，桩体内部为空心，沿桩身间隔布置系列径向通孔13，即每根多孔管桩上的径向通孔沿桩周方向均匀间隔设置；每根多孔管桩上的径向通孔沿桩长方向也均匀间隔设置。所述多孔管桩1内部采用废弃轮胎橡胶颗粒密实填充。能够允许膨胀土地基4的侧向膨胀变形通过桩身径向通孔13、压缩废弃轮胎橡胶颗粒得到释放，从而减弱膨胀土地基4在浸水时的膨胀力，进而减小膨胀土地基4的隆起变形及其引起的桩身向上的界面摩擦阻力，解决膨胀土地基4浸水膨胀引起的无砟轨道路基3隆起变形；在膨胀土地基4失水收缩时，被压缩的废弃轮胎橡胶颗粒产生变形回弹，经空心多孔桩体11上径向通孔13横向传递，能够使得膨胀土地基4的侧向膨胀变形得以恢复以减小无砟轨道路基3沉降变形。如果仅通过桩身界面摩擦阻力或者通过弹性体材料12释放膨胀土地基4的竖向变形来实现减小隆起变形，此类直接释放膨胀土地基4的竖向变形的方式，虽然能减小隆起变形，但也极易使得膨胀土地基4的沉降变形超标。本发明通过膨胀土地基4的侧向膨胀变形的释放与回弹不仅减小了膨胀土地基4的隆起变形，而且解决了易使得膨胀土地基4的沉降变形超标的问题。所述膨胀土地基4内沿纵横向按正方形等间隔布置多孔管桩1，桩体长度在膨胀土地基4中大于大气影响深度。所述土工合成材料加筋垫层2铺设在膨胀土地基4表面和多孔管桩1顶面上方，进一步保障膨胀土地基4失水收缩情况下，能够承载由无砟轨道路基3传递下来的列车荷载，并将其传递至多孔管桩1桩顶，进而传至膨胀土地基4大气影响深度以下，从而解决膨胀土地基4失水收缩和列车反复荷载作用引起的无砟轨道路基3沉降变形，保障无砟轨道路基3的变形稳定，且满足列车高速、平稳、安全运行要求。本发明对膨胀土地区高速铁路无砟轨道路基的修建具有重大意义和应用价值。所述大气影响深度是指在自然气候作用下，由降水、蒸发、地温等因素引起土的升降变形的有效深度；其数值应由各气候区土的深层变形观测或含水量观测及地温观测资料确定，如无资料时，也可根据相关规范中的规定进行取值。常见大气影响深度的范围是3m～5m。

[0034] 参照图2，所述膨胀土地基4内沿纵横向间隔布置多孔管桩1，在平面上按矩形或梅花形等间距布置，桩径不大于0.6m，桩体长度在膨胀土地基4中超过大气影响深度。

[0035] 参照图4，所述多孔管桩1的空心多孔桩体上设置的径向通孔13的孔径为0.03m～0.08m。

[0036] 参照图3，所述土工合成材料加筋垫层2由从下而上依次铺设下中粗砂层22、土工格栅21、上中粗砂层23、下粗颗粒土层24、土工格栅21、上粗颗粒土层25叠合构成。土工合成材料加筋垫层2沿路基中心朝两侧设置4％的排水坡度。所述下中粗砂层22、上中粗砂层23的厚度均为0.1m。所述下粗颗粒土层24、上粗颗粒土层25的厚度均为0.15m。所述中粗砂是指粒径大于等于0.5mm的砂，所述粗颗粒土是指最大粒径小于60mm的颗粒土。

[0037] 参照图1，所述无砟轨道路基3在土工合成材料加筋垫层2上填筑。

[0038] 参照图1，本发明还提供了一种含无砟轨道路基的膨胀土地基构造的施工方法，包括以下步骤：

[0039] 步骤1：在预制厂内加工、绑扎钢筋笼，组装空心多孔桩体11内侧含有预留孔洞的模板，钢筋笼吊装就位，组装空心多孔桩体11外侧含有预留孔洞的模板；

[0040] 步骤2：浇筑混凝土养护成型，待空心多孔桩体11的混凝土达到设计要求强度后拆除模板，并继续养护至设计强度，再将空心多孔桩体11运至施工现场；

[0041] 步骤3：按多孔管桩1布设位置，钻机在膨胀土地基4内预先钻引孔，形成引孔后即将空心多孔桩体11吊放至引孔内，按从路基中心向两侧顺序原则，利用打桩机将空心多孔桩体11施打入膨胀土地基4中至膨胀土地基4中大气影响深度以下，然后，在空心多孔桩体11空心内部密实填充废弃轮胎橡胶颗粒，最后，桩顶孔口处利用黏土填充压实封闭；

[0042] 步骤4：在膨胀土地基4表面由下而上依次铺设下中粗砂层22、土工格栅21、上中粗砂层23、下粗颗粒土层24、土工格栅21、上粗颗粒土层25，形成土工合成材料加筋垫层2；土工合成材料加筋垫层2沿路基中心朝两侧设置4％的排水坡度；

[0043] 步骤5：在土工合成材料加筋垫层2上填筑填料并压实形成无砟轨道路基3。

[0044] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

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