首页 / 专利库 / 化学元素和化合物 / / 采用灰土桩加固既有铁路路基的方法

采用灰土桩加固既有路路基的方法

阅读:490发布:2021-04-13

专利汇可以提供采用灰土桩加固既有路路基的方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了采用灰土桩加固既有 铁 路路基的方法,所述灰土桩沿路基两侧边坡斜向插入既有铁路路基中,且两侧插入的灰土桩在路基内交叉;所述灰土桩的倾斜 角 度为30~45°,灰土桩的桩径为0.2~0.35m,灰土桩的桩长与既有铁路路基高度相匹配,灰土桩纵向桩间距为3~4倍桩径。该方法对灰土桩的倾斜角度、桩径、桩距和桩长等要素进行优化,提高了加固效率并提升了加固效果,为灰土桩加固既有铁路路基关键技术的总结提供有 力 的参考和借鉴。,下面是采用灰土桩加固既有路路基的方法专利的具体信息内容。

1.采用灰土桩加固既有路路基的方法,其特征在于,所述灰土桩沿路基两侧边坡斜向插入既有铁路路基中,且两侧插入的灰土桩在路基内交叉;所述灰土桩的倾斜度为30~45°,灰土桩的桩径为0.2~0.35m,灰土桩的桩长与既有铁路路基高度相匹配,灰土桩纵向桩间距为3~4倍桩径。
2.根据权利要求1所述的采用灰土桩加固既有铁路路基的方法,其特征在于,所述铁路路基的最大加固深度为3m。
3.根据权利要求2所述的采用灰土桩加固既有铁路路基的方法,其特征在于,所述灰土桩的倾斜角度为45°。
4.根据权利要求3所述的采用灰土桩加固既有铁路路基的方法,其特征在于,所述灰土桩的桩径为0.25~0.3m。
5.根据权利要求4所述的采用灰土桩加固既有铁路路基的方法,其特征在于,在对斜向灰土桩复合路基设计参数的调整优化时,首先考虑桩长的影响,在合理范围内尽可能增大桩长,其次选择合理的桩轴倾角、桩径及桩间距。

说明书全文

采用灰土桩加固既有路路基的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及铁路路基加固领域,具体涉及采用灰土桩加固既有铁路路基的方法。

背景技术

[0002] 当前,针对地基处理加固的方法有多种,如预压法、置换法、振动挤密法以及灰土桩加固等。相关研究有:李晓建等采用Plaxis软件对经斜向注浆挤密桩加固前后的路基静动效果进行了研究,表明斜向注浆挤密桩对重载铁路路基的加强效果明显;伍晓伟等以斜向旋喷桩加固朔黄重载铁路路基工程为背景,结果表明斜向旋喷桩对提高路基稳定性及降低路基面沉降具有积极作用;崔莹等采用统一强度理论,结合桩土变形协调条件,推导出复合地基沉降量与挤密影响区半径的关系式,指出灰土桩最佳挤密深度范围为桩顶至1/3桩长深度之间,挤密影响区半径在1.51~1.68倍桩径之间;王宗文通过多种检测手段对复合地基承载力进行检测,指出灰土桩复合地基用于处理地下位以上的湿陷性黄土,不仅提高了承载力、消除了湿陷性,而且工程成本低、施工简单;韩龙武等根据灰土桩的工作原理及土的基本物理性质,提出了估算灰土桩复合地基承载力的方法。由于灰土桩加固铁路路基的设计理论尚不完善,导致灰土桩加固的效率和效果均受到极大限制。

发明内容

[0003] 本发明的目的是为了解决上述技术问题,提供一种采用灰土桩加固既有铁路路基的方法,该方法对灰土桩的倾斜度、桩径、桩距和桩长等要素进行优化,提高了加固效率并提升了加固效果。
[0004] 为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
[0005] 采用灰土桩加固既有铁路路基的方法,所述灰土桩沿路基两侧边坡斜向插入既有铁路路基中,且两侧插入的灰土桩在路基内交叉;所述灰土桩的倾斜角度为30~45°,灰土桩的桩径为0.2~0.35m,灰土桩的桩长与既有铁路路基高度相匹配,灰土桩纵向桩间距为3~4倍桩径。
[0006] 作为一种优选方案,所述铁路路基的最大加固深度为3m。
[0007] 作为一种优选方案,所述灰土桩的倾斜角度为45°。
[0008] 作为一种优选方案,所述灰土桩的桩径为0.25~0.3m。
[0009] 作为一种优选方案,在对斜向灰土桩复合路基设计参数的调整优化时,首先考虑桩长的影响,在合理范围内尽可能增大桩长,其次选择合理的桩轴倾角、桩径及桩间距。
[0010] 与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
[0011] (1)本发明灰土桩采用30°~45°倾角,可兼顾加固后效果及施工的可行性。
[0012] (2)本发明桩径越大、路基的置换率越大、路基沉降量会有所减小,但桩径超过一定数值后,沉降量对桩径的敏感度有所降低,在进行桩径选择时应充分考虑铁路路基尺寸,一般桩径可取为0.25~0.3m。
[0013] (3)本发明加固既有线铁路路基时,灰土桩的桩间距取为3~4倍桩径。
[0014] (4)本发明斜向灰土桩复合路基的变形对桩长的变化最为敏感,其次是对桩径变化较为敏感,对桩距、倾角的变化的敏感度相对于桩长的影响不明显,因此,若要在本发明的基础上对斜向灰土桩复合路基设计参数的调整优化,应首先考虑桩长的影响,在合理范围内尽可能增大桩长,一般取对应基岩上部土层厚度对应的桩长,其次考虑采用增大桩径、增大桩轴与竖向的夹角、减小桩间距,各参数改善量应在适宜范围内。本发明可为灰土桩加固既有铁路路基的工程设计和安全评价提供理论依据。附图说明
[0015] 图1为本发明斜向灰土桩加固示意图。
[0016] 图2为竖向、斜向桩以及水平桩加固效果图。
[0017] 图3为不同工况下竖向最大位移量示意图。
[0018] 图4为不同倾角下斜向桩加固效果图。
[0019] 图5为最大沉降值与倾角关系图。
[0020] 图6为最大隆起值与倾角关系图。
[0021] 图7为不同桩径下斜向桩加固效果图。
[0022] 图8为最大沉降值与桩径关系图。
[0023] 图9为最大隆起值与桩径关系图。
[0024] 图10为不同桩长下斜向桩加固效果图。
[0025] 图11为最大沉降值与桩长关系图。
[0026] 图12为最大隆起值与桩长关系图。
[0027] 图13为不同桩间距下斜向桩加固效果图。
[0028] 图14为最大沉降值与桩间距关系图。
[0029] 图15为最大隆起值与桩间距关系图。

具体实施方式

[0030] 下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明,本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
[0031] 大准铁路是国家(八五)计划重点项目,是一条重载运铁路线路,东接山西大同,西连内蒙准格尔,长期受重载列车的冲击,加之沿线地区气候恶劣,大准铁路路基出现了翻浆冒泥、路基下沉、路肩开裂等一系列病害。因此,本实施例以在该处加固灰土桩为例进行详细描述。
[0032] 本实施例采用灰土桩加固既有铁路路基的方法,所述灰土桩沿路基两侧边坡斜向插入既有铁路路基中,且两侧插入的灰土桩在路基内交叉;所述灰土桩的倾斜角度为30~45°,灰土桩的桩径为0.2~0.35m,灰土桩的桩长与既有铁路路基高度相匹配,灰土桩纵向桩间距为3~4倍桩径。所述铁路路基的最大加固深度为3m。
[0033] 为对其进行验证,本实施例还对本发明选取的参数做了以下研究。
[0034] 首先,为分析路基在灰土桩加固后的沉降变形情况,以现场实际调研数据为准,采用数值模拟分析时,假定以下条件:
[0035] 一,由于铁路路基沿线路方向远大于其宽度和深度方向,分析时作为平面应变问题进行考虑;
[0036] 二,路基土体采用M-C本构模型模拟;
[0037] 三,路基上部结构按照等效荷载考虑,采用弹性本构模型;
[0038] 四,复合地基土体采用矩形实体模型,灰土桩采用圆柱形实体模型,采用混合单元生成网格;
[0039] 五,采用单因素变量法分析不同因素对灰土桩加固铁路路基后的效果。
[0040] 然后,根据大准铁路工程路段典型路堑断面图,路基两侧需预留一定宽度修建深排水沟,除去排水沟宽度,取简化模型尺寸X(路基横断面长度)×Y(路基横断面厚度)×Z(路基深度)为8m×1m×6.6m,以道床与基床接触面为基准面,典型灰土桩加固方案包括竖向桩加固、斜向桩加固(如图1所示)和水平向桩加固。
[0041] 数值计算模型分别在四周及底部施加约束条件,模型底部施加(方向的位移约束为0,模型四周垂直方向施加位移约束为0。根据室内试验#计算模型材料参数如表1所示。
[0042] 表1材料参数表
[0043]
[0044] 最后,再进行逐项分析。
[0045] (一)竖向、斜向及水平桩加固效果分析
[0046] 为分析灰土桩在竖向、斜向以及水平等情况下的加固效果,对以下四种工况进行分析:
[0047] 工况一:桩轴倾角90°,加固深度3m;
[0048] 工况二:桩轴倾角45°,加固深度3m;
[0049] 工况三:桩轴倾角45°,加固深度2.12m;
[0050] 工况四:桩轴倾角0°,加固深度3m。
[0051] 数值模拟分析结果如图2所示。根据图2可以看出,无论采用何种形式对铁路路基进行加固,经灰土桩加固后路基最大沉降均位于路基中心线位置,且位移以路基中心线呈对称分布,但在道床坡脚有不同程度隆起,当深度大于3m 时,所有加固形式下路基本体竖向位移均几乎为0。
[0052] 根据图2,还总结了不同工况下路基本体的最大沉降量和最大隆起量,如图 3所示。
[0053] 由图3可知,四种工况下,工况二加固后的效果最好,最大沉降量为 27.66mm,工况一加固效果仅次于工况二,最大沉降量为29.63mm,工况四加固效果最差,最大沉降量为29.54。最大隆起值均位于距离路基中心线3.2m处,即道床坡脚处,四种工况下最大隆起值处于1.6~3.55mm之间,其中工况二隆起值最小。由此可知,四种工况下加固深度为3m的斜向桩加固效果最好,传统的竖向桩加固形式加固后效果仅次于斜向桩,而水平桩加固形式加固效果最差。故进行大准铁路路基下沉、开裂等病害整治时应采用斜向灰土桩。
[0054] (二)灰土桩倾斜角对加固效果的影响
[0055] 取桩径为0.25m、桩长为3m的灰土桩进行研究,对桩轴倾角分别为30、45、 60、75四种加固工况下路基沉降量进行分析,模拟结果如图4所示。
[0056] 由图4可知,经同桩径、桩长,不同倾角的斜向灰土桩加固后,路基的最大沉降均发生在路基中心线位置,最大隆起值均发生在道床坡脚处。
[0057] 根据图4,总结了不同桩轴倾角下路基本体的最大沉降量和最大隆起量,如图5、/6所示。由图5、图6可知,当桩轴倾角处于30°~75°之间时,路基最大沉降值和隆起值随着倾角增大而增大#,但是最大沉降值及最大隆起值的增幅先增大后减小,当倾角大于60°后趋于平缓,当倾角超过45°后,隆起值也趋于平缓,沉降值及隆起值与倾角之间均不呈线性关系。
[0058] 总体而言,加固后路基沉降值及隆起值对倾角变化敏感度小,不同倾角对应的沉降值及隆起值变化范围1.2mm之内。故在使用灰土桩处理大准铁路路基时#在一定条件下减小桩轴倾角可以减小沉降和隆起。但倾角过小时,桩间垂线距离过小,挤密区叠加,一定程度上会造成施工不便。根据实际情况,本实施例的灰土桩合理倾角为30~45°。
[0059] (三)灰土桩桩径对加固效果的影响
[0060] 取桩长为3m、桩轴倾角为45°的灰土桩进行研究,对桩径分别为0.2m、 0.25m、0.3m、0.35m四种加固工况下路基沉降量进行分析,模拟结果如图7所示。
[0061] 根据图7,同桩长、同桩轴倾角,不同桩径的斜向灰土桩加固路基后,路基最大沉降发生在路基中心线位置,最大隆起值也均发生在道床坡脚处。根据图 A7,总结了不同桩径下路基本体的最大沉降量和最大隆起量,如图8、图9所示。当桩径处于0.22~0.35m之间时,随桩径的增大,路基最大沉降值和隆起值逐渐减小。
[0062] 沉降值和隆起值的减幅随着桩径的增大呈先增大后减小的趋势,减幅减小趋势虽有所放缓但不明显,沉降值及隆起值与桩径之间依旧不呈线性关系。 0.2~0.35m桩径的沉降值变化范围为30.52~27.3mm,隆起值变化范围为 3.53~2.66mm。可以看出,加固后路基竖向位移值对桩径变化的敏感度大于对桩轴倾角变化的敏感度。
[0063] 增加桩径可以减小路基的沉降值和隆起值,这是因为桩径越大,路基的置换率相应增大,但当桩径超过一定数值时,桩径对竖向位移的影响有所减小。实际工程中增大桩径可以减小沉降,相应也会增加工程量,当桩径增大50%时,灰土夯填量会增加125%,所以考虑桩径时应在兼顾经济效益的同时根据施工机械从而选取合适的桩径。根据数值模拟结果及现场实际条件,桩径可取为 0.25~0.3m。
[0064] (四)灰土桩桩长对加固效果的影响
[0065] 由于列车动荷载传递深度一般可达到路面以下2.5m,并根据实际工程地质条件,考虑到3m以下为泥岩层,故选取桩轴倾角45°、桩径0.25m的斜向桩,建立桩长分别为2m、3m、4m、5m的模型进行分析,桩长数值为桩轴方向,模拟结果如图10所示。
[0066] 由图10可知,同桩径、桩轴倾角,不同桩长的斜向灰土桩加固路基后,路基最大沉降发生在路基中心线位置,最大隆起也发生在道床坡脚处。不同桩长下路基本体最大沉降量和最大隆起量如图11、12所示。当桩长处于2~5m时,随着桩长的增大,路基最大沉降值和隆起值逐渐减小;当桩长处于2~4m时,沉降值和隆起值随桩径增大其减幅最大;当桩长超过4m时,沉降值和隆起值的减幅随着桩径增大逐渐趋于平缓。
[0067] 根据图11及图12可知,桩长超过一定数值后,桩长继续增大对竖向位移的影响很小,这是因为路基体黏土层厚度仅3m,当桩长超过4.25m时,桩端支撑为泥岩层,对路基竖向位移影响显著。桩长从2m增大到5m时,对应的沉降值变化范围为32.45~27.09,隆起值变化范围,3.45~2.92,可以看出加固后路基体的竖向位移对桩长变化的敏感度大于对桩径变化的敏感度。故根据大准铁路实际情况,宜取3m加固区高度对应的斜向桩桩长。
[0068] (五)灰土桩纵向间距对加固效果的影响
[0069] 通过改变纵向即Y轴方向灰土桩的排距,分析斜向灰土挤密桩的排距对路基位移的影响。选取45°倾斜角、3m桩长0.25m桩径的桩为基准,建立间距分别为0.8m、1m、1.2m、1.4m的模型进行分析,模拟结果如图13所示。同桩径、桩轴倾角、桩长,不同桩间距的斜向灰土桩加固路基后,路基最大沉降发生在路基中心线位置,最大隆起也发生在道床坡脚处。总结不同桩间距下路基体的最大沉降量和最大隆起量,如图14、/15所示。
[0070] 由图14及图15发现,随着桩间距的增大,沉降值和隆起值均逐渐增大,关系曲线由陡峭逐渐趋于平缓。由于横向排距受路基宽度限制保持不变。通过以上曲线关系图发现,当纵向桩间距减小到一定数值时,继续减小会使竖向位移对桩间距更加敏感。这是因为当桩间距不断减小时,灰土桩挤密区相互叠加影响,使竖向位移减小速率加快。
[0071] 理论上桩间距越小越好,但随着桩间距不断减小,沉降减小值最终会趋于一定限值。不断减小桩间距会造成灰土桩的挤密区相互叠加,当挤密区土体达到最大干密度时,继续减小桩间距已无意义且灰土桩的承载性不能得到最大限度发挥,从工程特性考虑排距不宜太小。且单纯减小排距,工程量会迅速增加,从经济效益方面考虑也是十分不合理的。采用何种桩间距应从灰土桩的挤密半径以及工程经济效益方面综合考虑,即桩距尽可能小且大于有效挤密区。根据灰土桩有效挤密区半径约为灰土桩直径的1.5~2倍,灰土桩的桩间距可取3~3倍桩径。
[0072] 经上述研究发现,本实施例选取的参数既能够加快加固速度,又能够提升加固效果。并且,其运用MIDAS软件针对桩轴角度、桩径、桩距、桩长等影响因素对灰土桩加固病害路基后的沉降进行分析研究,可为灰土桩加固既有铁路路基关键技术的总结提供有力的参考和借鉴。
[0073] 上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一,不应当用于限制本发明的保护范围,但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色,其所解决的技术问题仍然与本发明一致的,均应当包含在本发明的保护范围之内。
相关专利内容
标题 发布/更新时间 阅读量
铁道车辆 2020-05-11 691
炼铁高炉及其铁口框 2020-05-12 1000
流铁口铁水罐 2020-05-11 235
卷绕铁心 2020-05-11 862
铁道用车轴 2020-05-13 817
低硅钛铁 2020-05-11 589
铁道车辆 2020-05-11 740
铁马 2020-05-12 150
铁锹 2020-05-12 438
铁塔 2020-05-12 845
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈