路基不均匀沉降形变区域整治工艺和冻土整治路基结构的制作方法

1.本技术实施例涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种路基不均匀沉降形变区域整治工艺和冻土整治路基结构。


背景技术：

2.在多年冻土区，路基工程的稳定性主要取决于地基多年冻土的热稳定性，而冻土的热稳定性依赖于其赋存的地质环境，同时也受工程结构特征的影响。因此，作为世界上第一条高海拔铁路干线的青藏铁路，在多年冻土区修建时充分吸取了青藏公路和东北多年冻土铁路对冻土认识不足的经验和教训，采用了一系列新的冻土保护措施，在前期得到了很好的运营效果。但随全球气候变暖趋势的加快及长期动荷载的扰动下，地基多年冻土的赋存环境发生变化，导致多年冻土区桥头路基的下沉现象较为普遍。
3.桥台是直接支承桥梁上部结构的承重构造物，是连接桥梁和路堤体的结合体，在桥梁结构中发挥着非常重要的作用。桥头路基的下沉往往表现为不均匀变形，即在竖向发生压缩变形外，还受路堤阴阳侧多年冻土融化程度的差异而出现横向的不均匀变形，同时受高寒气候特征影响，暖季汇聚于台背后的积水，则在寒季的时候发生冻胀，在强大的切向冻胀力和法向冻胀力的作用下，导致桥台发生倾斜，影响了轨道交通的安全运行。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
5.为此，本发明的第一方面提供了一种路基不均匀沉降形变区域整治工艺。
6.本发明的第二方面提供了一种冻土整治路基结构。
7.有鉴于此，根据本技术实施例的第一方面提出了一种路基不均匀沉降形变区域整治工艺，包括：在待整治的不均匀沉降区域构建托换基桩；在所述托换基桩上设置托梁；在所述托梁上设置轨枕托换件，以形成架空置换托架；在所述架空置换托架的周侧填充置换填料。
8.在一种可行的实施方式中，在所述在待整治的不均匀沉降区域构建托换基桩的步骤之前还包括：基于所述路基的路堤体的高度确定待整治的不均匀沉降区域；其中，待整治的不均匀沉降区域的长度与所述路堤体的高度的比值为3至6。
9.在一种可行的实施方式中，所述在待整治的不均匀沉降区域构建托换基桩的步骤包括：开设桩孔至冻土上限处；通过钢筋混凝土灌注工艺制备形成托换基桩；其中，所述桩孔的孔径为0.8至1.5m；
其中，在通过钢筋混凝土灌注工艺制备形成托换基桩的过程中还包括：将桩基连接件的预埋筋连接于所述托换基桩的主筋，以使所述桩基连接件的预埋筋预埋在所述托换基桩的桩基混凝土中。
10.在一种可行的实施方式中，所述在所述托换基桩上设置托梁的步骤包括：将托梁连接于所述托换基桩上的桩基连接件，并通过连接栓紧固所述托梁。
11.在一种可行的实施方式中，所述在所述托梁上设置轨枕托换件，以形成架空置换托架的步骤包括：将轨枕托换件焊接于所述托梁，以形成架空置换托架。
12.在一种可行的实施方式中，路基不均匀沉降形变区域整治工艺还包括：去除位于所述托梁上部的道砟，拆解既有轨枕和既有钢轨；逐层去除既有路堤体，并沿所述路基的桥头去除桥头护锥；其中，在去除既有路堤体的过程中会沿既有路堤体的高度方向形成托换剖视面，所述托换剖视面与所述路堤体的坡面的面积比小于或等于1；其中，每次去除路堤体的厚度小于或等于0.5m。
13.在一种可行的实施方式中，所述在所述架空置换托架的周侧填充置换填料的步骤包括：在所述托换剖视面的底部形成厚度为0.3m至0.5m厚的亚粘土层；在所述亚粘土层上设置置换填料；其中，置换填料的块径为10cm至15cm，空隙率为30%至50%之间，平铺厚度为50cm至100cm；其中，所述置换填料的填充高度与既有路堤体的高度相同。
14.根据本技术实施例的第二方面提出了一种冻土整治路基结构，通过上述任一技术方案所述的路基不均匀沉降形变区域整治工艺制备而成，所述冻土整治路基结构包括：托换基桩；托梁，设置在所述托换基桩上；轨枕托换件，设置在所述托梁上；填充填料，布置在所述托换基桩的周侧，位于所述轨枕托换件的底部。
15.在一种可行的实施方式中，冻土整治路基结构还包括：桩基连接件，部分所述桩基连接件预埋在所述托换基桩内；连接栓，所述托梁通过所述桩基连接件和所述连接栓连接于所述托换基桩。
16.在一种可行的实施方式中，所述轨枕托换件焊接于所述托梁。
17.相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：本技术实施例提供的路基不均匀沉降形变区域整治工艺包括在待整治的不均匀沉降区域构建托换基桩；在托换基桩上设置托梁；在托梁上设置轨枕托换件，以形成架空置换托架；在架空置换托架的周侧填充置换填料，基于此本技术实施例结合多年冻土区桥头路基的不均匀沉降病害特点，采用托架托换的方式，将既有轨道架空进而将路基填料进行置换，即可保证列车的安全和不间断运营，又可完成路基填料的置换工程。
附图说明
18.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为本技术提供的一种实施例的路基不均匀沉降形变区域整治工艺的示意性步骤流程图；图2为本技术提供的一种实施例的冻土整治路基结构的示意性结构图；图3为本技术提供的一种实施例的冻土整治路基结构制备过程中的路堤体挖除状态的示意性结构图；图4为本技术提供的一种实施例的冻土整治路基结构制备过程中的架空置换托架的示意性结构图；图5为本技术提供的一种实施例的冻土整治路基结构制备过程中的托梁和轨枕托换件的示意性结构图；图6为本技术提供的一种实施例的冻土整治路基结构制备过程中的托换基桩和桩基连接件的一种状态的示意性结构图；图7为本技术提供的一种实施例的冻土整治路基结构制备过程中的托换基桩和桩基连接件的另一种状态的示意性结构图；图8为本技术提供的一种实施例的冻土整治路基结构制备过程中的置换填料填充状态的示意性结构图。
19.其中，图2至图8中附图标记与部件名称之间的对应关系为：1桥台、2路堤体、3桥头护锥、4既有轨枕、5既有钢轨、6托换基桩、7托梁、8轨枕托换件、9托换剖视面、10桩基连接件、11连接栓、12快焊连接缝、13主筋、14预埋筋、15桩基混凝土、16置换填料。
具体实施方式
20.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本技术实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术实施例技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
21.如图1所示，根据本技术实施例的第一方面提出了一种路基不均匀沉降形变区域整治工艺，包括：步骤101：在待整治的不均匀沉降区域构建托换基桩；步骤102：在托换基桩上设置托梁；步骤103：在托梁上设置轨枕托换件，以形成架空置换托架；步骤104：在架空置换托架的周侧填充置换填料。
22.本技术实施例提供的路基不均匀沉降形变区域整治工艺包括：在待整治的不均匀沉降区域构建托换基桩；在托换基桩上设置托梁；在托梁上设置轨枕托换件，以形成架空置换托架；在架空置换托架的周侧填充置换填料，基于此本技术实施例结合多年冻土区桥头路基的不均匀沉降病害特点，采用托架托换的方式，将既有轨道架空进而将路基填料进行
置换，即可保证列车的安全和不间断运营，又可完成路基填料的置换工程。
23.可以理解的是，本技术实施例提供的路基不均匀沉降形变区域整治工艺，不仅适用于多年冻土区桥头路基的不均匀沉降变形病害整治，还可适用于湿陷性黄土区、荒漠区等区域中的桥头路基不均匀病害整治工程中。
24.在一种可行的实施方式中，在在待整治的不均匀沉降区域构建托换基桩的步骤之前还包括：基于路基的路堤体的高度确定待整治的不均匀沉降区域；其中，待整治的不均匀沉降区域的长度与路堤体的高度的比值为3至6。
25.在该技术方案中，进一步提供了确定待整治的不均匀沉降区域的步骤，基于此本技术实施例提供的路基不均匀沉降形变区域整治工艺能够首先确定铁路桥头路基病害体的处理长度和托换位置（如图2所示）；然后采用病害体治理托换挖除结构（如图2、图3所示）并通过架空置换的托架（如图4、图5、图6、图7所示），将既有钢轨5进行架空，进而挖除桥头路基的病害体（如图3所示）；最后采用换填料将桥头路基病害体的挖除部分进行置换（如图7所示）。
26.在确定待整治的不均匀沉降区域的过程中，如图2所示，自桥台1的台背面开始，在过渡段路堤体2的左右路肩上，按3～6倍的路堤体2的高度确定病害体的纵向处理长度l=3h～6h（其中h为桥头路堤体2高度，l为待整治的不均匀沉降区域的长度），进一步地，即可沿待整治的不均匀沉降区域纵向处理范围内确定托换基桩6的平面位置，以便于合理确定整治区域和合理布局托换基桩6。
27.可以理解的是，如若待整治的不均匀沉降区域的长度与路堤体的高度的比值小于3，则导致待整治的不均匀沉降区域的长度过短，整治效果查，而如若二者比值大于6，有可能导致待整治的不均匀沉降区域的长度过长，会增加工期，同时有可能会降低架空置换托架的强度，影响轨道交通系统的安全运行。
28.在一种可行的实施方式中，在待整治的不均匀沉降区域构建托换基桩的步骤包括：开设桩孔至冻土上限处；通过钢筋混凝土灌注工艺制备形成托换基桩；其中，桩孔的孔径为0.8至1.5m；其中，在通过钢筋混凝土灌注工艺制备形成托换基桩的过程中还包括：将桩基连接件的预埋筋连接于托换基桩的主筋，以使桩基连接件的预埋筋预埋在托换基桩的桩基混凝土中。
29.如图2所示，在该技术方案中，进一步提高了构建托换基桩6的具体步骤，在用于铁路桥头路基架空置换的架空置换托架的制备过程中，首先形成托换基桩6，托换基桩6的直径为0.8～1.5m。可以从路肩位置处采用配套小型机械或工具的方式，人工挖孔至多年冻土上限处。桩孔成孔后，按照钢筋混凝土灌注桩的成桩工艺施做成桩，形成托换基桩6。而形成托换基桩6的过程中，将桩基连接件10在托换基桩6的浇筑过程中使预埋筋14与托换基桩6的主筋13通过焊接连接，并共同浇筑于托换基桩6的托架桩基混凝土15中。
30.通过托换基桩的直径为0.8～1.5m，且挖孔至多年冻土上限处，可以保障托换基桩具备足够的支撑强度。
31.如图7所示，而将桩基连接件10的预埋筋14与托换基桩6的主筋13通过焊接连接，能够使桩基连接件10的固定更加可靠，同时便于后续托梁7的安装。
32.在一种可行的实施方式中，在托换基桩上设置托梁的步骤包括：将托梁连接于托换基桩上的桩基连接件，并通过连接栓紧固托梁。
33.如图4和图5所示，在该技术方案中，进一步提供了托梁7的连接方式，当托换基桩6的红黏土完全固化并达到使用强度后，方可将托梁7安装于托换基桩6上部，与桩基连接件10准确对接，并通过连接栓11快速将托梁7稳固安装于托换基桩6上。如此设置可以提高托梁7的装配效率。
34.在一种可行的实施方式中，在托梁上设置轨枕托换件，以形成架空置换托架的步骤包括：将轨枕托换件焊接于托梁，以形成架空置换托架。
35.如图5所示，在该技术方案中，进一步提高了轨枕托换件8的安装方式，可以将轨枕托换件8按原轨枕位置及间距安放于托梁7上，并采用快焊连接缝12的方式，使其与托梁7稳固连接，如此设置确保了轨枕托换件8可以快速安装，同时保障了轨枕托换件8的固定强度。
36.在一种可行的实施方式中，路基不均匀沉降形变区域整治工艺还包括：去除位于托梁上部的道砟，拆解既有轨枕和既有钢轨；逐层去除既有路堤体，并沿路基的桥头去除桥头护锥；其中，在去除既有路堤体的过程中会沿既有路堤体的高度方向形成托换剖视面，托换剖视面与路堤体的坡面的面积比小于或等于1；其中，每次去除路堤体的厚度小于或等于0.5m。
37.在该技术方案中，进一步提供了桥头路基的架空托换挖除的具体步骤，铁路桥头路基架空置换的架空置换托架安装完成后，即可托换病害整治范围内的既有轨枕4（如图2所示）。在托换既有轨枕4之前，可先行挖除托梁7上部的道砟，当既有轨枕4和既有钢轨5处于松弛状态时，可逐条拆除既有轨枕4，在既有轨枕4的位置处安装托换轨枕，托换轨枕与托梁7之间可采用快焊连接缝12焊接的方式固定连接。当托梁7和托换轨枕安装完成后，需要检查各连接部位的工作状态，通过列车实际运行检验的方式检查其稳固性。在确定满足架空后列车安全和平稳运行后即可逐层挖除路堤体2，并延桥台1的台背面挖除桥头护锥3，挖除路堤体2的过程中确保托换剖视面9的坡面比例不大于1:1，且逐层开挖厚度不大于0.5m。如此设置可以确保路堤体2的安全去除。
38.在一种可行的实施方式中，在架空置换托架的周侧填充置换填料的步骤包括：在托换剖视面的底部形成厚度为0.3m至0.5m厚的亚粘土层；在亚粘土层上设置置换填料；其中，置换填料的块径为10cm至15cm，空隙率为30%至50%之间，平铺厚度为50cm至100cm；其中，置换填料的填充高度与既有路堤体的高度相同。
39.如图8所示，在该技术方案中，进一步提供了充置换填料16的具体步骤，当多年冻土区铁路桥头路基架空置换中形成托换剖视面9后，即可采用置换填料16对剖视面进行回填置换。回填置换中，剖视面的底部用0.3～0.5m厚的亚粘土水平覆盖，再在其上平铺块石置换填料16，置换填料16块径不小于10cm，不大于50cm，空隙率控制在30～50%之间，平铺厚度控制在50～100cm之间。置换填料16的平铺采用人工码砌，高度与桥头路基路堤体2的设计高度一致，然后先两侧后中间投料，如此设置即可使托换基桩6得到稳定的固定，使架空置换托架具备足够的强度支撑过往交通设备。
40.如图2至图8所示，根据本技术实施例的第二方面提出了一种冻土整治路基结构，通过上述任一技术方案的路基不均匀沉降形变区域整治工艺制备而成，冻土整治路基结构包括：托换基桩6；托梁7，设置在托换基桩6上；轨枕托换件8，设置在托梁7上；填充填料，布置在托换基桩6的周侧，位于轨枕托换件8的底部。
41.本技术实施例提供的冻土整治路基结构，因通过上述任一技术方案的路基不均匀
沉降形变区域整治工艺制备而成，因此具备上述技术方案的路基不均匀沉降形变区域整治工艺的全部有益效果，在此不做赘述。
42.在一种可行的实施方式中，冻土整治路基结构还包括：桩基连接件10，部分桩基连接件10预埋在托换基桩6内；连接栓11，托梁7通过桩基连接件10和连接栓11连接于托换基桩6。
43.在一种可行的实施方式中，轨枕托换件8焊接于托梁7。
44.在一些示例中，如图1至图6所示，整治之前的铁路桥头路基包括了桥台1、路堤体2、桥头护锥3、既有轨枕4和既有钢轨5，而冻土整治路基结构包括了托换基桩6、托梁7、轨枕托换件8、托换剖视面9、桩基连接件10、连接栓11、快焊连接缝12、托架桩基主筋13、连接件预埋筋14、桩基混凝土15和置换填料16。
45.其中，托换基桩6为主体部分，为挖孔灌注桩，且为临时承载部分。在现场实体工程施做中根据拟处理桥头路基段落，从路肩位置处采用配套小型机械或工具的方式，人工挖孔至多年冻土上限处，挖孔孔径为0.8～1.5m。桩孔成孔后，按照钢筋混凝土灌注桩的成桩工艺施做成桩。
46.其中，托梁7安装于托换基桩6上部，主要在挖除桥头路基原有填土前，起架空托举轨道及其承担过往列车荷载的作用。托梁7为简易钢梁，根据荷载形式，可由槽钢或工字钢设置为“工”字形或“口”字形，其设置长度为桥头路基整治段落纵向长度的1.2～1.5倍。托梁7在与托换基桩6连接部分处设置有快速连接栓11孔，便于在施做中快速安装。
47.其中，轨枕替换件为在托换施工中用以替换原有铁道轨枕，其形式为“工”字形小型钢件，其纵向安装间距与原轨枕间距相同，将轨枕替换件按原轨枕位置安放于托梁7上以后，采用快焊连接缝12的方式，使其与托梁7稳固连接。
48.其中，桩基连接件10为托换基桩6与托梁7的连接部件，桩基连接件10在托换基桩6的浇筑过程中使连接件预埋筋14与其托架桩基的主筋13通过焊接连接，并共同浇筑于托换基桩6的托架桩基混凝土15中。
49.其中，连接栓11为预埋高强螺栓，通过焊接的方式布设于桩基连接件10上，在托梁7按设计放置于托换基桩6后，通过连接栓11将托梁7稳固安装于托换基桩6上。
50.其中，置换填料16为拟整治多年冻土区出现病害的铁路桥头路基路堤体2的置换部分，该部分的填料类型为粗颗粒土做褥垫层的块石料，其块径不小于10cm，不大于50cm，空隙率控制在30～50%之间。
51.在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。
53.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述
意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
54.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。