膨胀土地区高速铁路路桥过渡段的加固构造及施工方法

本发明属于岩土工程膨胀土地基加固处理，具体涉及一种应用于膨胀土地区高速铁路路桥过渡段的加固构造及施工方法。

背景技术：

1、我国是膨胀土分布最广的国家之一，受到地形条件的影响，诸多高速铁路不可避免地需在膨胀土地区进行建造。高速铁路路桥过渡段是高速铁路线路中的特殊地段，连接着桥梁和路基。由于刚度的不同，桥台和路基会存在差异沉降，这会对列车的安全运行、乘客舒适度等造成非常严重的影响。膨胀土作为工程界的“癌症”，位于膨胀土地区的路桥过渡段更是需要严格控制差异沉降和膨胀土的胀缩作用。

2、目前高速铁路多采用水泥级配碎石作为路桥过渡段以减小刚度差异，这种方法可以很好的控制差异沉降。然而这种方法应用于膨胀土地区并不能取得很好的效果，由于膨胀土特殊的工程特性，使得路桥过渡段的设计更加复杂。由此，提出一种应用于膨胀土地区高速铁路路桥过渡段的组合结构具有非常重要的工程意义和应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种过渡段应用于膨胀土地区高速铁路路桥过渡段的加固构造，该加固构造能有效控制膨胀土地区高速铁路路桥过渡段因浸水膨胀、失水收缩和刚度差异引起的线路差异沉降变形，保证膨胀土地区高速铁路路桥过渡段的沉降变形符合规范要求，确保线路的平顺性。

2、为实现上述目的，本发明提供一种应用于膨胀土地区高速铁路路桥过渡段的加固构造，所述高速铁路路桥包括桥台、与所述桥台间隔设置的路基，所述路基的下方为膨胀土，所述过渡段的加固构造包括：

3、膨胀土地基加固结构，所述膨胀土地基加固结构包括膨胀土地基、自所述膨胀土地基的顶面垂直插入所述膨胀土地基内的螺杆桩阵列；

4、过渡段加固结构，所述过渡段加固结构包括由浇筑混凝土和泡沫混凝土组成的路基过渡段，所述桥台和所述路基分设于所述路基过渡段的两端且均与所述路基过渡段连接；所述过渡段加固结构还包括设置于所述膨胀土地基的顶面上的垫层段，所述垫层段远离所述膨胀土地基的一侧与所述路基过渡段和所述路基抵接，其中：

5、所述垫层段包括由碎石和土工格栅组成的垫层主体部、及用于调节膨胀土地基变形的调节组件，所述垫层主体部位于靠近所述路基过渡段一侧，所述调节组件包括夹设于所述垫层主体部与所述膨胀土地基加固结构之间的eps层、嵌设于所述eps层内的多个充气式调节包、及用于基于所述垫层段的沉降变形数据调节多个所述充气式调节包内压强的压强调节器，所述充气式调节包的数量与所述螺杆桩阵列中的预应力螺杆桩的数量相同，且每个所述预应力螺杆桩的上方均正对设置一个所述充气调节包。

6、在一种具体的实施方式中，以所述膨胀土地基的顶面作为参考面，所述螺杆桩阵列包括多个沿宽度方向间隔设置的第一螺杆桩组、及多个沿宽度方向间隔设置的第二螺杆桩组，多个所述第一螺杆桩组和多个所述第二螺杆桩组交错排列，且相邻的第一螺杆桩组和第二螺杆桩组中的各个预应力螺杆桩的位置交错设置。

7、在一种具体的实施方式中，以所述膨胀土地基的顶面作为参考面，所述第一螺杆桩组和所述第二螺杆桩组均包括沿长度方向间隔设置的多个预应力螺杆桩，其中，所述第二螺杆桩组中的第m个预应力螺杆桩位于所述第一螺杆桩组中的第m个预应力螺杆桩和第m+1个预应力螺杆桩的对称面上或者所述第一螺杆桩组中的第m个预应力螺杆桩位于所述第二螺杆桩组中的第m个预应力螺杆桩和第m+1个预应力螺杆桩的对称面上，m为大于等于1的整数。

8、在一种具体的实施方式中，沿所述桥台至所述路基方向，每个所述第一螺杆桩组的多个预应力螺杆桩和每个所述第二螺杆桩组的多个预应力螺杆桩的长度均依次减小。

9、在一种具体的实施方式中，所述预应力螺杆桩包括桩身、及设置于所述桩身内的预应力钢筋，所述桩身包括圆柱状的第一部分、及与所述第一部分连接的第二部分，所述第一部分与充气式调节包抵接，所述第二部分为螺纹杆，所述充气式调节包为圆柱形状，且所述充气式调节气的横截面的尺寸与所述第一部分的横截面的尺寸完全相同。

10、在一种具体的实施方式中，所述充气式调节包包括具有充气口的可充气壳体、设置于所述可充气壳体的底部中心的激光测距仪、及设置于所述可充气壳体的顶部且位于所述激光测距仪的检测方向上的反射板，所述可充气壳体为圆柱形状的壳体，所述激光测距仪与所述压强调节器的控制器电连接，所述可充气壳体的充气口与所述压强调节器的充气组件连接。

11、在一种具体的实施方式中，所述充气式调节包的上表面与所述eps层的上表面平齐，所述充气式调节包的下表面与所述eps层的下表面平齐。

12、在一种具体的实施方式中，所述路基过渡段包括浇筑形成的浇筑混凝土体、夹设于所述浇筑混凝土体与所述路基之间的多组泡沫混凝土组、及沿所述桥台的高度方向间隔设置的多个连接杆，每个所述连接杆的一端与所述桥台连接且另一端依次穿过所述浇筑混凝土体和一组所述泡沫混凝土组的预留孔并插入所述路基内，所述连接杆插入所述路基的另一端设置有倒刺。

13、在一种具体的实施方式中，所述过渡段加固结构还包括盖设于所述路基过渡段和所述路基远离所述垫层段一侧的基床层，自所述基床层至所述垫层段方向，所述浇筑混凝土体呈上边长下边短的倒直角梯形状。

14、本发明还提供一种上文所述的加固构造的施工方法，包括以下步骤：

15、步骤(1)、基于高铁过渡段设计要求和现场地质情况，确定形成螺杆桩阵列的预应力螺杆桩的数量、尺寸及排布方式；

16、步骤(2)、提供多个具有预留孔的泡沫混凝土、及多个预应力螺杆桩，每个所述预应力螺杆桩通过预应力钢筋采用先张法施加预应力，并养护至设计强度；

17、步骤(3)、根据螺杆桩阵列的排布方式安装预应力螺杆柱，并控制所述预应力螺杆柱的垂直度和桩顶标高满足设计要求，利用原状土将桩孔回填压实；

18、步骤(4)、在所述膨胀土地基的顶面按照设计要求铺设eps层和多个充气式调节包，并将高压气体充入到充气式调节包内，以控制充气式调节包的上表面与eps的上表面的标高一致；

19、步骤(5)、按照预设方式在所述eps层和多个所述充气式调节包的上表面铺设垫层主体部，形成垫层；

20、步骤(6)、在所述的垫层的顶面铺设一层泡沫混凝土，铺设时应使得预留孔形成一个贯通的孔洞，将所述的连接杆穿过预留孔至桥台；

21、步骤(7)、回填压实路基，使所述路基与泡沫混凝土标高一致；

22、步骤(8)、重复步骤(6)和步骤(7)，分层铺设泡沫混凝土和回填压实路基，待满足设计标高时，一次性浇筑所述浇筑混凝土体，并养护至设计强度；最后铺设基床层。

23、本发明的有益效果至少包括：

24、一、本发明提供的过渡段加固构造在桥台与路基之间设置路基过渡段，在路基和路基过渡段与膨胀土地基之间设置垫层段，并在膨胀土地基内螺杆桩阵列，其中，所述垫层段包括由碎石和土工格栅组成的垫层主体部、及用于调节膨胀土地基变形的调节组件，所述垫层主体部位于靠近所述路基过渡段一侧，所述调节组件包括夹设于所述垫层主体部与所述膨胀土地基加固结构之间的eps层、嵌设于所述eps层内的多个充气式调节包、及用于基于所述垫层段的沉降变形数据调节多个所述充气式调节包内压强的压强调节器，所述充气式调节包的数量与所述螺杆桩阵列中的预应力螺杆桩的数量相同，且每个所述预应力螺杆桩的上方均正对设置一个所述充气调节包；这样，一方面，当膨胀土地基浸水膨胀时，eps层可吸收产生的膨胀势能，将浸水膨胀导致的隆起变形量转移到eps层的收缩变形，进而减小膨胀土地基的隆起变形，当膨胀土地基失水收缩时，eps层将释放吸收的势能，产生回弹变形，以减小膨胀土路基沉降变形；另一方面，在列车运行的反复荷载作用下，垫层段能有效地将荷载传递到膨胀土地基，充气式调节包可实时监测膨胀土路基变形动态，并可通过调节充气式调节包的内部气体压强控制垫层段的沉降变形，保证过渡段路基的变形稳定，满足列车平稳、安全的运行要求。

25、二、本发明提供的所述路基过渡段由呈倒梯形状的浇筑混凝土和多组泡沫混凝土组成，并通过连接杆进行连接，连接杆的一端与桥台连接，连接杆的另一端插入路基内；这样，浇筑混凝土体、多组泡沫混凝土组按照一定顺序依次布置，使得从桥台至路基的过渡段中，刚度依次减小，能够良好的解决过渡段在列车反复荷载作用下、膨胀土地基浸水膨胀和失水收缩作用下产生的差异沉降；同时连接杆依次连接桥台、倒阶梯形混凝土体、泡沫混凝土和路基，能够增大过渡段的刚度，将其形成一个协调一致的整体，防止产生较大的差异沉降变形。

26、三、本发明的提供的路基过渡段由浇筑混凝土和泡沫混凝土共同组成，充分利用泡沫混凝土轻质、防水性能好和施工方便的优良特性，可有效降低膨胀土地基的附加应力，减弱膨胀土的胀缩作用，控制差异沉降，并且施工方便，施工过程不产生有害物质，符合环保要求。

27、四、本发明中提供的预应力螺杆桩的上下分段设计符合附加应力的分布规律，使桩身受力和土体受力协调一致，满足了应力分担比和刚度变化的要求，能有效增大桩侧摩阻力，提高竖向承载力，减小膨胀土地基沉降变形，同时预应力钢筋一方面能增大桩身承载力，另一方面可提高桩身的抗拉强度，减小膨胀土地基吸水隆起变形，将加固后的膨胀土地基沉降变形和隆起变形控制在规范要求内。

28、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。