一种处理临近既有线软土地基的施工方法及其路基结构与流程

本发明涉及岩土工程领域，具体地指一种处理临近既有线软土地基的施工方法及其路基结构。

背景技术：

为保证高速行车安全，高速铁路对路基工后沉降要求极高，无砟轨道路基工后沉降一般不应超过15mm、桥路或隧路过渡段的差异沉降不应大于5mm。在软土地区修建高速铁路且因受到站场或其他条件限制，必须采用路基形式通过时，则需要采取合理的地基处理措施，以使得路基工后沉降在控制标准之内。一般软土地基从下至上结构包括硬土层、位于硬土层上方的软土层，软土层顶面即为地表，目前对软土地基的处理措施多采用单一类型的刚性CFG桩复合地基，最常用的为CFG桩桩网结构复合地基，“桩网”结构中的“网”为砂、碎石及双向土工格栅组成一定厚度的褥垫层，“桩”为CFG桩，使上部荷载均匀传递到下卧土层，以满足地基承载力要求，有效控制工后沉降。中国发明专利(公开号为CN101148891A)“用于高速公路软土地基处理中的刚柔性长短桩复合地基”中公开了一种刚性CFG桩长桩、柔性短桩交替分布设置、上端铺设褥垫层的的结构。

随着我国铁路建设事业的蓬勃发展，铁路网日益发达，新建铁路与既有铁路线不可避免的会产生并行。对新建铁路软土地基进行CFG桩桩网地基处理时，因CFG桩机设备高度达24m以上，重心高，自稳性差，且施工过程中需频繁移动，无法有效防护，有倾覆侵入既有线安全限界的可能，对既有线安全运营造成危险；另每次施工结束后，施工设备必须撤到安全距离以外，会大大延长工期，增加工程成本。

因此针对上述情况，需要开发出一种加固处理临近既有线的高速铁路软土地基的施工方法及其路基结构，不仅能提高地基承载力，减小路基工后沉降，施工时对既有线的安全运营也不会产生不利影响。

技术实现要素：

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种既满足路基工后沉降和承载力的要求、又能保护既有线安全运营、临近既有线的高速铁路软土地基的施工方法及其路基结构。

本发明的技术方案为：一种处理临近既有线软土地基的施工方法，其特征在于，步骤为：

a.整平场地，从安全界限处至设计的路基远离既有线路一侧的坡脚区域内、沿线路纵向施工多排刚性CFG桩；

b.从安全界限处至设计的路基临近既有线路一侧的坡脚区域内、沿线路纵向施工多排施工柔性旋喷桩，所述刚性CFG桩和柔性旋喷桩桩底均穿过软土层至硬土层，桩顶均至软土层顶面；

c.刚性CFG桩、柔性旋喷桩混凝土达到设计强度后，在刚性CFG桩、柔性旋喷桩上方、软土层顶部沿线路纵向铺设褥垫层；

d.按设计在褥垫层上方铺设路基，所述路基坡脚边缘与褥垫层横向边缘平齐。

优选的，所述刚性CFG桩上设有桩帽，所述桩帽顶端平齐于柔性旋喷桩顶端。

优选的，步骤a中各排刚性CFG桩在设计的路基远离既有线路一侧的坡脚外、向远离既有线路方向继续设置1-2根刚性CFG桩；步骤b中各排柔性旋喷桩在设计的路基临近既有线路一侧的坡脚外、向既有线路方向继续设置1-2根柔性旋喷桩。

优选的，所述柔性旋喷桩桩径为0.6-0.7m，桩间距为2-3倍桩径；所述刚性CFG桩桩径为0.5-0.6m，桩间距为3-5倍桩径。

优选的，步骤b中施工柔性旋喷桩之前，在设计的路基与既有线路间施工沿线路纵向的一列应力释放孔，所述应力释放孔孔深同柔性旋喷桩桩底深度，间距3-4m。

优选的，多排刚性CFG桩间相邻两排刚性CFG桩之间的距离相等，每排刚性CFG桩间并排的相邻两刚性CFG桩之间距离相等；多排柔性旋喷桩间相邻两排柔性旋喷桩之间的距离相等，每排柔性旋喷桩间并排的相邻两柔性旋喷桩之间距离相等。

进一步的，相邻两排刚性CFG桩间、相邻两排柔性旋喷桩间横向对齐排列或横向交错排列。

本发明还提供一种处理临近既有线软土地基的路基结构，其特征在于，包括铺设在软土层顶部的褥垫层和铺设在褥垫层上方、临近既有线路的路基，所述褥垫层下方从安全界限处至路基远离既有线路一侧的坡脚区域内、沿线路纵向设置多排刚性CFG桩，所述褥垫层下方从安全界限处至路基临近既有线路一侧的坡脚区域内、沿线路纵向设置多排柔性旋喷桩，所述柔性旋喷桩和刚性CFG桩桩底均穿过软土层至硬土层内，桩顶均至软土层顶面。

优选的，所述柔性旋喷桩桩径为0.6-0.7m，桩间距为2-3倍桩径；所述刚性CFG桩桩径为0.5-0.6m，桩间距为3-5倍桩径。

优选的，所述褥垫层从下向上依次由碎石垫层、中粗砂垫层、双向土工格栅、第二中粗砂垫层和第二碎石垫层铺设而成。

本发明的优点为：

1.在23-25m安全界限外侧采用CFG桩机设备设置刚性CFG桩，安全界限外CFG桩机25m的高度不会对既有线造成危险，也不会降低施工效率；内侧采用高度3m的旋喷桩机设备设置旋喷桩，故安全限界之内采用旋喷桩进行软土地基加固，既保护既有线安全也可提高施工效率。

2.将刚性CFG桩与柔性旋喷桩配合使用，集合了刚性CFG桩的控沉和柔性旋喷桩的挤密作用，顶部覆盖褥垫层能更充分的发挥桩间土的承载力，既满足了工后沉降的控制要求，又大大降低了工程造价。

3.不仅有效提高了地基承载力，减少了路基的工后沉降保证了高速铁路软土路基的稳定性，还不会对既有线的安全运营产生负面影响。本发明地基加固结构形式简单，地层适应性好，技术合理、费用经济，具有较为广阔的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明沿路基横向结构示意图

图2为褥垫层沿路基横向结构示意图

图3为刚性CFG桩正三角形布置示意图

图4为刚性CFG桩正方形布置示意图

其中：1.路基 2.软土层 3.硬土层 4.刚性CFG桩 5.柔性旋喷桩 6.褥垫层 7.桩帽 8.应力释放孔 9.既有线路 10.安全界限 6.1碎石垫层 6.2中粗砂垫层 6.3双向土工格栅 6.4第二中粗砂垫层 6.5第二碎石垫层。

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。

如图1所示，本发明提供处理临近既有线软土地基的路基结构，软土地基从下至上结构包括硬土层3、位于硬土层3上方的软土层2，路基结构包括铺设在软土层2顶部的褥垫层6和铺设在褥垫层6上方、临近既有线路9的路基1，路基1一侧为既有线路9(本实施例中为右侧)。本发明既有线路的安全界限10为施工刚性CFG桩时设备对既有线路9不产生影响的横向界限，既有线路9的安全界限10位于路基1内(两坡脚间)，本实施例中路基1临近既有线路9一侧坡脚为内侧坡脚，远离既有线路9一侧坡脚为外侧坡脚。

褥垫层6下方的软土层2中从路基1外侧坡脚至安全界限10处、沿线路纵向间隔设置多排刚性CFG桩4，褥垫层6下方的软土层2中从路基1内侧坡脚至安全界限10处、沿线路纵向间隔设置多排柔性旋喷桩5。即既有线路9安全界限10之外的软土地基采用刚性CFG桩4，安全限界10之内采用柔性旋喷桩5。

刚性CFG桩4上设有桩帽7，桩帽7顶端平齐于柔性旋喷桩5顶端至软土层2顶面。柔性旋喷桩5和刚性CFG桩4顶端铺设褥垫层6，柔性旋喷桩5和刚性CFG桩4桩底穿过软土层2至硬土层3内。如图2所示，褥垫层6从下向上依次由碎石垫层6.1、中粗砂垫层6.2、双向土工格栅6.3、第二中粗砂垫层6.4和第二碎石垫层6.5组成。

多排刚性CFG桩4间相邻两排刚性CFG桩4之间的距离相等，每排刚性CFG桩4间并排的相邻两刚性CFG桩4之间距离相等；多排柔性旋喷桩5间相邻两排柔性旋喷桩5之间的距离相等，每排柔性旋喷桩5间并排的相邻两柔性旋喷桩5之间距离相等。本发明中相邻两排刚性CFG桩4间、相邻两排柔性旋喷桩5间横向对齐排列或横向交错排列，横向对齐时相邻两排间相邻四个形成正方形排列；横向交错时相邻两排间相邻三个形成正三角形。刚性CFG桩4正三角形排列如图3所示，正方形排列如图4所示，图3-4中左右向为线路纵向，上下向为线路横向。不管是正方形或是正三角形排列，任意相邻刚性CFG桩4之间桩距相同。柔性旋喷桩5与刚性CFG桩4同理设置，不再赘述。其中，柔性旋喷桩5桩径d2为0.6-0.7m，桩间距D2为2-3倍桩径；刚性CFG桩4桩径d1为0.5-0.6m，桩间距D1为3-5倍桩径。

路基1内侧坡脚与既有线路9间设有沿路基纵向的一列应力释放孔8，应力释放孔8孔深同柔性旋喷桩5桩底深度(本实施例深5-13m)，孔间距3-4m。各排柔性旋喷桩5在路基1内侧坡脚外、向既有线路9方向继续设置1-2根柔性旋喷桩5，各排刚性CFG桩4在路基1外侧坡脚外、向远离既有线路9方向继续设置1-2根刚性CFG桩4。

本发明上述结构的施工方法为：

a.地基加固处理前整平场地，后测量放线、指定桩位，从安全界限10处至设计的新建路基外侧坡脚(此时路基1还未铺设，根据设计确定坡脚位置)区域内、沿线路纵向施工多排刚性CFG桩4，桩径d1为0.5-0.6m，桩间距D1一般采用3-5倍桩径，本实施例优选刚性CFG桩4桩径d1＝0.5m，桩间距D1＝5倍桩径，正方形或正三角形布桩(即前述路基结构中的布桩方式，如图3-4所示)，现场布桩时一般从路基中线往两侧坡脚布置，直至路基外侧坡脚外、向远离既有线路9方向(图1中向左)各排还继续设有1-2根刚性CFG桩4(本实施例优选1根)，桩长原则上必须穿透软土层至硬层，具体需根据沉降控制标准通过沉降检算确定。刚性CFG桩4顶设桩帽7，为圆形扩大桩帽，桩帽顶宽0.9m，高0.5m，现场浇筑C25混凝土。

b.在设计的路基1内侧坡脚与既有线路9间开设沿路基1纵向的一列应力释放孔8，应力释放孔8上端与软土层2顶面平齐，孔径127mm，间距3m。从安全界限10处至设计的路基1内侧坡脚区域内、沿线路纵向施工多排施工柔性旋喷桩5，应力释放孔8能尽量减小柔性旋喷桩5对既有线路9的影响，柔性旋喷桩5桩底深度与应力释放孔8孔深相同。现场布桩时一般从路基1中线往两侧坡脚布置，直至在路基1内侧坡脚外、向临近既有线路9方向(图1中向右)各排还继续设有1-2根柔性旋喷桩5(本实施例优选2根)，桩径d2为0.6-0.7m，桩间距D2为2-3倍桩径，本实施例优选柔性旋喷桩5桩径d2＝0.6m，桩间距D2＝3倍桩径，正方形或正三角形布桩(即前述路基结构中的布桩方式)，具体需根据沉降控制标准通过沉降检算确定。刚性CFG桩4和柔性旋喷桩5桩底均穿过软土层至硬土层，桩顶均至软土层顶面，刚性CFG桩4(包括桩帽7)、柔性旋喷桩5的桩顶和桩底均在水平方向平齐。

c.当刚性CFG桩4及柔性旋喷桩5桩身混凝土强度达到设计强度后，刚性CFG桩4及柔性旋喷桩5桩顶、软土层2顶部设0.6m厚的褥垫层6，内铺设一层双向土工格栅10，两端回折不小于2.0m，抗拉强度不小于110kN/m，从下向上依次由厚度为20cm碎石垫层6.1、10cm中粗砂垫层6.2、双向土工格栅6.3、10cm第二中粗砂垫层6.4和20cm第二碎石垫层组成。

d.按之前新建路基的设计在碎石垫层6上方铺设路基1，路基1坡脚边缘与褥垫层横向边缘平齐。

本发明中CFG桩机设备高度达24m以上，因此安全界限10为距既有线路横向23-25m，安全界限外侧采用CFG桩机设备设置刚性CFG桩，CFG桩机高度不会对既有线造成危险；内侧采用高度3m的旋喷桩设备设置旋喷桩，既保护既有线安全也可提高施工效率。