控制高铁路桥过渡段不均匀沉降的桩组合结构施工方法与流程

本发明涉及高速铁路施工技术领域，尤其是涉及一种控制高铁路桥过渡段不均匀沉降的桩组合结构施工方法。

背景技术：

随着铁路技术的不断进步，客运列车继续提速、货运列车增加运能将是未来发展的趋势，对于高速铁路而言，在路基与桥梁连接处设置路桥过渡段，能够使轨道刚度逐渐变化，当列车高速通过时，能够降低列车与线路的振动，从而减缓线路结构的变形，因此，路桥过渡段是高速铁路设计与施工的关键环节。

但是，路桥过渡段也制约了列车的进一步提速，现有的路桥过渡段路基采用的是优质填料填筑成正、倒梯形的方式，就施工步骤而言较为简便，但是路基填料的填筑质量较难控制，容易产生施工质量问题，从而造成桥台与路基刚度差异的过渡不良，导致明显的纵向不均匀沉降，此时若是保持列车高速行驶，将严重影响列车的行车安全性及平顺性，因此需要有更高效的过渡形式或方法来控制高铁路桥过渡段的不均匀沉降。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种控制高铁路桥过渡段不均匀沉降的桩组合结构施工方法，利用水泥土搅拌桩、钢筋混凝土桩筏结构和素混凝土桩网结构的组合，以减小过渡桥段纵向不均匀沉降的程度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种控制高铁路桥过渡段不均匀沉降的桩组合结构施工方法，包括以下步骤：

s1、平整施工场地，将路桥过渡段划分为近桥台和远桥台，其中，近桥台的范围是从桥台边缘至路桥过渡段总长度40％～50％的位置，远桥台的范围是从近桥台末端至路桥过渡段的末端；

s2、对近桥台的地基进行桩位放样测量，在近桥台的地基安装钢筋混凝土桩筏结构；

s3、对远桥台的地基进行桩位放样测量，在远桥台的地基安装素混凝土桩网结构；

s4、利用振动压路机对路基填料进行分层碾压，填筑至路桥过渡段路基基床底层顶部；

s5、对路桥过渡段路基基床底层顶部进行桩位放样测量，在路桥过渡段路基基床底层顶部安装水泥土搅拌桩结构；

s6、利用振动压路机对路基填料进行分层碾压，完成路桥过渡段路基基床表层的填筑。

进一步地，所述步骤s2具体包括以下步骤：

s21、确定钢筋混凝土桩的横向桩间距为钢筋混凝土桩桩径的4倍；

s22、确定钢筋混凝土桩的纵向桩间距为钢筋混凝土桩桩径的4～5倍，且从近桥台的首端至末端依次增大过渡；

s23、根据钢筋混凝土桩的横向桩间距和纵向桩间距，在近桥台的地基处安装多个钢筋混凝土桩；

s24、在钢筋混凝土桩的桩顶设置碎石垫层，并在碎石垫层上设置钢筋混凝土筏板。

进一步地，所述钢筋混凝土桩的桩体强度不小于c30，所述钢筋混凝土桩桩径为500～600mm。

进一步地，所述碎石垫层的厚度为200～300mm，所述钢筋混凝土筏板的厚度为400～600mm，所述钢筋混凝土筏板的强度不小于c30。

进一步地，所述步骤s3具体包括以下步骤：

s31、确定素混凝土桩的横向桩间距为素混凝土桩桩径的4倍；

s32、确定素混凝土桩的纵向桩间距为素混凝土桩桩径的4～5倍，且从远桥台的首端至末端依次增大过渡；

s33、根据素混凝土桩的横向桩间距和纵向桩间距，在远桥台的地基处安装多个素混凝土桩；

s34、在素混凝土桩的桩顶设置桩帽，桩帽上设置加筋垫层。

进一步地，所述素混凝土桩的桩体强度不小于c30，所述素混凝土桩桩径为500～600mm。

进一步地，所述加筋垫层厚度为300～600mm，所述加筋垫层采用砂砾石和碎石，所述砂砾石和碎石的最大粒径不超过30mm。

进一步地，所述步骤s5具体包括以下步骤：

s51、设置正方形结构的水泥土搅拌桩组；

s52、确定水泥土搅拌桩组的横向桩组间距为水泥土搅拌桩桩径的2倍；

s53、确定水泥土搅拌桩组的纵向桩组间距为水泥土搅拌桩桩径的3～5倍，且从近桥台的首端至远桥台的末端依次增大过渡；

s54、根据水泥土搅拌桩组的横向桩组间距和纵向桩组间距，在路桥过渡段的基床底层顶部安装多个水泥土搅拌桩组。

进一步地，所述水泥土搅拌桩组的边长为水泥土搅拌桩桩径的3倍，所述水泥土搅拌桩桩径为500mm，所述水泥土搅拌桩采用强度等级大于或等于42.5级的普通硅酸盐水泥。

进一步地，所述步骤s4和s6中路基填料与线路一般路段的路基填料相同。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明将路桥过渡段地基划分为近桥台和远桥台，分别在近桥台和远桥台的地基上安装钢筋混凝土桩筏结构和素混凝土桩网结构，并对应地设置依次增大过渡的纵向桩间距，从而能够有效控制路桥过渡段纵向的不均匀沉降，提高路桥过渡段的行车平顺性。

二、本发明分别对路桥过渡段的地基和路基进行不同的桩体直接加固，其中，地基采用钢筋混凝土桩筏结构与素混凝土桩网结构的组合、路基采用水泥土搅拌桩结构，且在纵向桩间距上均保证依次增大过渡，使得整个路桥过渡段纵向的刚度也是过渡变化的，因此不再需要按照正、倒梯形路基形式来实现由路基段到桥台段的刚度过渡，也就避免了正、倒梯形路基填筑的施工质量问题。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图；

图2为实施例中路桥过渡段纵断面施工效果示意图；

图3为实施例中路桥过渡段地基处理施工效果示意图；

图4为实施例中路桥过渡段路基水泥土搅拌桩结构施工效果示意图；

图5为实施例中路桥过渡段横断面施工效果示意图；

图中标记说明：1、路基基床表层，2、路基基床底层及基床以下路基，3、钢筋混凝土筏板，4、碎石垫层，5、钢筋混凝土桩，6、加筋垫层，7、素混凝土桩，8、水泥土搅拌桩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种控制高铁路桥过渡段不均匀沉降的桩组合结构施工方法，包括以下步骤：

s1、平整施工场地，将路桥过渡段划分为近桥台和远桥台，其中，近桥台的范围是从桥台边缘至路桥过渡段总长度40％～50％的位置，远桥台的范围是从近桥台末端至路桥过渡段的末端；

s2、对近桥台的地基进行桩位放样测量，在近桥台的地基安装钢筋混凝土桩筏结构；

s3、对远桥台的地基进行桩位放样测量，在远桥台的地基安装素混凝土桩网结构；

s4、利用振动压路机对路基填料进行分层碾压，填筑至路桥过渡段路基基床底层顶部；

s5、对路桥过渡段路基基床底层顶部进行桩位放样测量，在路桥过渡段路基基床底层顶部安装水泥土搅拌桩结构；

s6、利用振动压路机对路基填料进行分层碾压，完成路桥过渡段路基基床表层的填筑。

具体的，本发明提出的施工方法主要分为以下四个过程：

一、采用钢筋混凝土桩筏结构与素混凝土桩网结构结合的方式进行地基处理

施工前先平整场地，以准确进行桩位放样测量，按照路桥过渡段的总长度，将路桥过渡段分割为近桥台、远桥台两段，其中，近桥台段从桥台边缘起始，近桥台长度为过渡段总长的40～50％，近桥台的地基处理采用钢筋混凝土桩筏结构，桩体强度不小于c30，桩径为500～600mm，在横向上固定桩间距为4倍桩径，纵向的桩间距按4～5倍桩径向远离桥台的方向实现过渡，并在桩顶设置200～300mm碎石垫层，垫层上设置400～600mm厚且强度不小于c30的钢筋混凝土筏板；

远桥台段从近桥台的末端起始，远桥台长度为过渡段总长的50～60％，远桥台的地基处理采用素混凝土桩网结构，桩体强度不小于c30，桩径为500～600mm，在横向上固定桩间距为4倍桩径，纵向的桩间距按3～5倍桩径向远离桥台的方向过渡，并在桩顶设置桩帽和300～600mm加筋垫层，垫层材料采用砂砾石和碎石，最大粒径不宜大于30mm；

对于桩筏结构处理的地基，纵向上第一排桩中心线与靠近它的筏板端部距离不大于2倍桩径，并有前3或4排桩的桩间距取为4倍桩径，此为第一级桩间距，在向远端过渡时，桩间距逐级增大，从第二级起，每一级较上一级增大可在150mm、200mm、300mm中选取，选取时保证增大值单调不减，并使每一级桩间距出现一次，若增至最大级(即5倍桩径)，则按最大级桩间距向远布设桩直至近桥台段尾部；

对于桩网结构处理的地基，纵向上第一排桩中心线与靠近它的加筋垫层端部距离不大于3倍桩径，并有前3或4排桩的桩间距取为4倍桩径，为第一级桩间距，在向远端过渡时，桩间距逐级增大，从第二级起，每一级较上一级增大可在150mm、200mm、300mm中选取，选取时保证增大值单调不减，并使每一级桩间距出现一次，若增至最大级(即5倍桩径)，则按最大级桩间距向远布设桩直至远桥台段尾部；

近桥台最后一排的钢筋混凝土桩与远桥台的第一排素混凝土桩之间的桩间距可在两种桩平均桩径3～4倍范围内选取一值。

二、路基填料分层填筑碾压至基床底层顶部

高速铁路路桥过渡段的现有正、倒梯形路基在填筑上，相比线路一般路段具有更高的压实标准；在填料选取上，相比线路一般路段路基填料的多种备选项，现有正、倒梯形路基通常选用掺入不小于3％水泥的级配碎石作为基床底层与底层以下路基的填料，由于正、倒梯形的存在，上述两个区别会导致在填料分层填筑碾压时，需要不断更换填料并调整设备施工参数，施工过程较为繁琐不便，且填筑质量不易控制；

在本发明中，过渡段路基填料的选取与压实与线路一般路段相同，有利于基床底层与底层以下路基的均一性增强，在桩组合进行路基、地基加固的情况下，保证了过渡的功能的同时避开了正、倒梯形路基的缺点，基于以上，利用振动压路机对路基填料进行分层碾压，至基床底层顶部。

三、从基床底层顶部进行水泥土搅拌桩施工

在基床底层顶部准确进行桩位放样测量，打设边长为1.5m、桩径为500mm的正方形结构水泥土搅拌桩组，每一组由4根水泥土搅拌桩组成，分布在正方形的四角，纵向桩组间净距为3～5倍桩径，即1.5～2.5m，水泥土搅拌桩选用强度等级为42.5级及以上的普通硅酸盐水泥，水泥掺量可用被加固湿土质量的12％～20％，水灰比为0.45～0.55，区别于地基处理中作为复合地基加固的方式，在此桩顶不设置垫层。

四、完成基床表层的填筑与碾压

选取与线路一般路段的路基基床表层填料，完成过渡段路基基床表层的填筑。

本实施例中，路桥过渡段总长27.1m，近桥台取为12m，远桥台取为15.1m，施工之前利用推土机、挖掘机平整场地，并准确进行桩位放样测量，误差不超过5cm。图2所示为路桥过渡段纵断面施工效果示意图，在近桥台的地基处，自上而下依次为钢筋混凝土筏板3、碎石垫层4和钢筋混凝土桩5，在远桥台的地基处，自上而下依次为加筋垫层6和素混凝土桩7，在过渡段的路基基床表层与地基之间为水泥土搅拌桩8。

本实施例中，对于钢筋混凝土桩筏结构，按强度为c30、桩径为600mm的钢筋混凝土灌注桩进行桩体设计，桩位矩形布置，如图3所示，桩的横向桩间距固定为2.4m，纵向桩间距从左到右分别为2.4m、2.4m、2.6m、2.8m；对于素混凝土桩网结构，按强度为c30、桩径为600mm的素混凝土桩进行桩体设计，桩位矩形布置，如图3所示，桩的横向桩间距固定为2.4m，纵向桩间距从左到右分别为2.4m、2.4m、2.6m、2.8m、3.0m；近桥台最后一排的钢筋混凝土桩与远桥台的第一排素混凝土桩之间的桩间距为2.0m。

且对于近桥台的钢筋混凝土桩，在桩顶铺上200mm厚的碎石垫层，材料为质地坚硬、不易风化且级配良好的砾石或碎石，其最大粒径不大于50mm，含泥量不大于5％，并按路基本体填筑的要求控制垫层的压实质量，之后再在碎石垫层上，设置400mm厚的强度为c30的钢筋混凝土筏板；

对于远桥台的素混凝土桩，在桩顶设置长、宽皆为1000mm、高度为300mm、强度为c30的钢筋混凝土方形桩帽，再在桩帽顶铺设300mm厚加筋垫层，材料为最大粒径不大于30mm的砂砾石、碎石等。

之后选取与线路一般路段相同的填料进行填筑，利用振动压路机对路基填料进行分层碾压，每层25cm，压实标准与线路一般路段相同，填筑至基床底层顶部，采用水泥土搅拌桩组的形式，对路基基床底层及底层以下路基进行加固并通过调整组间距实现过渡，如图4所示，每一组水泥土搅拌桩由4根桩径为500mm的水泥土搅拌桩组成，材料为强度等级为42.5级及以上的普通硅酸盐水泥，水泥掺量可用被加固湿土质量的16％，水灰比为0.5，每一组按边长为1.5m的正方形布置，4根桩分布在正方形的四角，施工时也是以组为单位进行桩体打设，水泥土搅拌桩与距离桥台边缘的最小距离为1.2m，桩组的横向组间净距固定为1.0m，纵向组间净距从左到右分别为1.5m、1.5m、1.5m、2.0m、2.0m、2.5m。

最后，选取与线路一般路段相同的路基基床表层填料，完成过渡段路基基床表层的填筑与碾压，压实标准也与线路一般地段的路基基床表层相同，最终的路桥过渡段横断面施工效果如图5所示。