一种加固处理新建铁路岩溶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，具体地指一种加固处理新建铁路岩溶地基的施工方法及其路基结构。

背景技术：
岩溶是灰岩、白云岩等可溶性岩石在水的长期溶蚀作用下产生的各种地质形态、作用和现象。岩溶地基变形破坏主要形式有地基承载力不足、不均匀沉降、地基滑动、地表坍塌等。而随着社会经济的发展，铁路建设越来越快，越来越多的铁路工程在岩溶地区展开，路基结构的平顺性和稳定性直接关系到铁路运营安全，故高速铁路对地基稳定和沉降控制有着极为严格的要求。因此在岩溶地基上修建高速铁路，必须对岩溶地基进行处理，采取有效加固措施控制路基的工后沉降，以保证轨道结构的长期稳定。一般岩溶地基从下至上结构包括岩溶层、位于岩溶层上方的硬土层、位于硬土层上方的软土层，软土层顶面即为地表，目前，对岩溶地基的处理措施主要有填垫法、注浆法、高压旋喷法等。填垫法主要适用于裸露型岩溶和浅埋岩溶，并不适用于覆盖型岩溶、深埋岩溶；注浆法是最常用的岩溶处理方法，但只能保证岩溶地基的稳定性，而不能很好的控制工后沉降；高压旋喷法对施工工艺、施工的机械设备以及材料包括施工的经验都有着很高要求，并不经济，所以未大规模推广使用。因此为克服上述诸多缺陷，有必要提供一种不仅能保证岩溶地基稳定性、同时也能有效控制工后沉降、合理、经济的加固处理新建铁路岩溶地基的施工方法及其路基结构。

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，提供一种加固处理新建铁路岩溶地基的施工方法及其路基结构，对岩溶地基进行钻孔灌注桩加固和压力注浆处理，不仅保证了岩溶地基的长期稳定，也有效控制了工后沉降，同时满足了岩溶地基高速铁路路基的稳定性和变形控制的要求。本发明的技术方案为：一种加固处理新建铁路岩溶地基的施工方法，其特征在于，步骤为：a.沿线路纵向施工多排钻孔灌注桩，所述钻孔灌注桩采用钢筋混凝土现场浇筑；在钻孔灌注桩上方、软土层顶部沿线路纵向铺设钢筋混凝土预制的板梁，钻孔灌注桩桩顶与板梁底部固定连接形成桩板结构；b.向桩板结构两侧岩溶地基的硬土层与岩溶层结合处压力注浆，形成沿线路纵向的连续注浆加固区；c.待注浆加固区固结后，在板梁顶部铺设路基。优选的，步骤a中所述钻孔灌注桩桩顶向上伸入板梁底部10-15cm且钻孔灌注桩与板梁的受力钢筋焊接绑扎。优选的，步骤a中钻孔灌注桩桩径相等，为1.0-1.5m，有效桩长18-22m，多排所述钻孔灌注桩中相邻两排钻孔灌注桩之间的距离相等，为4-5m；每排所述钻孔灌注桩中并排的相邻两钻孔灌注桩之间的距离相等，为4-5m。优选的，步骤b中注浆加固区在土石分界面以上硬土层内的厚度范围为3-5m，在土石分界面以下岩溶层内厚度的范围为6-7m，所述注浆加固区的总厚度范围为9-12m。进一步的，步骤b中注浆加固深度需先导勘探孔揭示岩溶发育情况，若土石分界面以下岩溶层6m范围内岩溶顶板岩体破碎、或遇溶洞以及岩溶很发育时，应加大注浆厚度至溶洞底板以下不小于1m。优选的，桩板结构两侧注浆加固区的加固范围从平齐于同侧板梁横向端部起，路堤地段注浆加固区的加固范围沿线路横向向外至路堤坡脚外5.0m，路堑地段注浆加固区的加固范围沿线路横向向外至侧沟平台外边缘。本发明还提供一种加固处理岩溶地基的路基结构，其特征在于，包括设置在软土层顶部的板梁、铺设在板梁顶部的路基，所述板梁下方设有沿线路纵向的多排钻孔灌注桩，所述钻孔灌注桩桩底均穿透软土层、硬土层至岩溶层，所述钻孔灌注桩桩顶与板梁底部固定连接形成桩板结构，所述桩板结构两侧的硬土层下部与岩溶层结合处设有沿线路纵向的连续注浆加固区。进一步的，所述板梁沿线路纵向设置时，纵向相邻两块板梁间预留有伸缩缝，所述伸缩缝内填塞有沥青麻筋。进一步的，所述板梁沿线路横向由多块小型板梁以线路中心线对称连接而成。进一步的，所述注浆加固区中注浆孔为按正三角形或正方形阵列布置，注浆孔孔间距5-6m。本发明的原理为：首先对地基表层的深厚软土采用钻孔灌注桩进行地基处理，桩长穿透软土层、硬土层至岩溶层，形成具有整体性、水稳性和一定强度的复合地基，从而提高地基承载力，减少地基不均匀沉降和工后沉降，达到软土加固地基的目的。然后，对深厚软土地基下的岩溶土石分界面采用注浆加固，达到了对深厚软土岩溶地基的处理，保证路基的长期稳定性及沉降要求。本发明的有益效果为：通过桩板结构对岩溶地基及上部土质覆盖层进行了加固，提高了地基承载力，有效控制了路基工后沉降；通过压力注浆充填了岩溶裂隙、溶洞，堵塞了地下水活动空间，形成隔水层，从而防止了因地下水位波动而引起的岩溶塌陷，保证了岩溶地基的长期稳定性。且此地基加固结构形式及施工过程并不复杂，经济合理，今后可广泛应用于高速铁路岩溶地基加固中。附图说明图1为本发明沿线路横向的结构示意图图2为本发明注浆孔正三角形排列布置示意图图3为本发明注浆孔正方形排列布置示意图其中：1.路基2.软土层3.硬土层4.岩溶层5.土石分界面6.注浆加固区7.钻孔灌注桩8.板梁9.注浆孔。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，本发明提供一种加固处理新建铁路岩溶地基的路基结构，所在的岩溶地基结构包括岩溶层4、位于岩溶层4上方的硬土层3、位于硬土层3上方的软土层2，路基结构包括设置在软土层2顶部的板梁8、铺设在板梁8顶部的路基1，板梁8沿线路纵向且以线路中心线横向对称设置，线路中心线即为路基中心线，板梁8横向两端分别位于路基1同侧的路肩与坡脚之间(如板梁8的左侧横向端部位于路基1左侧的路肩与坡脚间，板梁8的右侧横向端部同理)。板梁8底部的软土层2中设有沿线路纵向的多排钻孔灌注桩7，钻孔灌注桩7桩底均穿透软土层2、硬土层3至岩溶层4，钻孔灌注桩7桩顶与板梁8底部固定连接形成桩板结构，桩板结构两侧岩溶地基的硬土层3与岩溶层4结合处设有沿线路纵向的连续注浆加固区6。本发明中的线路中心线指的是线路横截面中心线。钻孔灌注桩7、板梁8同采用钢筋混凝土浇筑而成，钻孔灌注桩7桩顶向上伸入板梁8底部10-15cm且钻孔灌注桩7与板梁8的受力钢筋焊接绑扎。钻孔灌注桩7桩径相等，直径d为1-1.5m，桩间距D为4-5m，有效桩长18-22m，可视现场岩溶勘探情况而定，且满足沉降检算要求。本实施例中的板梁8横向由厚1-1.2m，横向尺寸为14m，纵向尺寸为7.2m的两块小型板梁连接形成，沿线路纵向相邻两块小型板梁之间留宽2cm的伸缩缝，缝内填塞沥青麻筋，伸缩缝位置宜位于两排桩的中间位置。多排钻孔灌注桩7中相邻两排钻孔灌注桩7之间的距离相等，为4-5m，每排钻孔灌注桩7中相邻钻孔灌注桩7之间的距离相等，为4-5m。本实施例同排相邻钻孔灌注桩7桩间距5.0m，相邻排钻孔灌注桩7的间距4.0m，即桩间距横向5.0m，纵向4.0m。注浆加固区6在土石分界面5以上硬土层3内的厚度范围为3-5m，在土石分界面5以下岩溶层4内厚度的范围为6-7m，注浆加固区6的总厚度范围为9-12m。注浆加固区6中注浆孔9按正三角形或正方形布置如图2-3所示，注浆孔9孔间距5-6m。板梁两侧的注浆加固区6的加固范围从平齐于同侧板梁8横向端部起沿线路横向向外(远离线路方向)延伸，该结构同时适用与路堤地段和路堑地段：当为路堤地段时，注浆加固区6的加固范围沿线路横向向外至路堤坡脚外5.0m，当为路堑地段时，注浆加固区6的加固范围沿线路横向向外至侧沟平台外边缘。本发明的加固处理岩溶地基的路基结构具体施工过程为：a.采用钢筋混凝土现场浇筑沿线路纵向的多排钻孔灌注桩7，钻孔灌注桩7桩身一般采用C35钢筋混凝土现场浇筑，一次灌注完成，不得中途停顿。同排相邻钻孔灌注桩7桩间距5.0m，相邻排钻孔灌注桩7的间距4.0m，即桩间距横向5.0m，纵向4.0m。钻孔灌注桩7桩径相等，为1.0-1.5m，有效桩长18-22m(本实施例优选桩径1.2m，有效桩长20m)，如遇有溶洞，钻孔灌注桩7应穿过溶洞进入岩层不少于2m，且桩底岩层厚度不小于3m，具体可视现场岩溶勘探情况而定，且要满足沉降检算要求。钻孔灌注桩7上方、软土层2顶部沿线路纵向铺设C35钢筋混凝土的板梁8，板梁8以线路中心线横向对称设置，钻孔灌注桩7桩体伸入板梁8内10-15cm(本实施例优选15cm)且钻孔灌注桩7与板梁8的受力钢筋焊接绑扎，采用刚性连接形成桩板结构。板梁8沿线路横向由一整块直接铺设或多块小型板梁以线路中心线对称连接而成，本实施例中的板梁8横向由厚1-1.2m，横向尺寸为14m，纵向尺寸为7.2m的两块小型板梁连接形成，沿线路纵向相邻两块小型板梁之间留宽2cm的伸缩缝，缝内填塞沥青麻筋，伸缩缝位置宜位于两排桩的中间位置。b.桩板结构两侧岩溶地基采用压力注浆加固，对土石分界面5进行封闭处理，形成注浆加固区6(隔水层)。注浆加固区6总厚度不小于9m，其中土石分界面5以上硬土层3内厚度不小于3m，以下岩溶层4内不小于6m。注浆加固区6，充填了岩溶裂隙、溶洞，堵塞了地下水活动空间，能够防止因地下水位波动引起岩溶塌陷。注浆孔9正三角形或正方形布置如图2-3所示(图2-3中左右向为沿线路纵向，上下向为沿线路横向)，孔间距5-6m(本实施例优选5.0m)，从平齐于同侧板梁8横向端部起，路堤地段加固范围至设计的路基1路堤坡脚外约5.0m，路堑地段加固范围至侧沟平台外边缘。注浆加固深度根据先导勘探孔揭示岩溶发育情况，一般加固深度为土石分界面5以下6m，如在6m范围内岩溶顶板岩体破碎、或遇溶洞以及岩溶很发育时，应加大注浆厚度，应至溶洞底板以下不小于1m；注浆套管嵌入基岩0.5m，用水泥砂浆固结成一体。注浆孔遇到空洞或较大裂隙时，视具体情况采用中粗砂材料等回填至溶洞充填后才能进行注浆。注浆结束注浆口及时采用C15混凝土回填封闭。c.板梁8顶部按设计铺设路基1，板梁8横向两端分别位于同侧路基1的路肩与坡脚之间。综上所述，通过桩板结构对岩溶地基及上部土质覆盖层进行了加固，提高了地基承载力，有效控制了路基工后沉降；通过压力注浆充填了岩溶裂隙、溶洞，堵塞了地下水活动空间，形成隔水层，从而防止了因地下水位波动而引起的岩溶塌陷，保证了岩溶地基的长期稳定性。且此地基加固结构及施工方式并不复杂，经济合理，今后可广泛应用于高速铁路岩溶地基加固中。