一种钻孔灌注桩箱式路基结构槽型顶板动应力的确定方法与流程

本发明涉及高速铁路路基结构技术领域，特别涉及一种钻孔灌注桩箱式路基结构槽型顶板动应力的确定方法。

技术背景

目前，在平原区修建高铁由于合格填料缺乏，需远运处理，而且地基土层一般较深厚、松软，需进行地基处理，路基填料及地基处理费用巨大，填高6米时每公里区间路基的综合造价就高达5000～6000万元，与桥梁相比已无经济优势。因此，在平原区当填高超过6米后多采用“以桥代路”处理，线路“桥隧比”居高不下，铁路投资增长较多。

为了解决上述问题，本申请人在同日提出的实用新型专利申请中公开了一种高速铁路钻孔灌注桩箱式路基结构，该结构包括钻孔灌注桩和箱式体，钻孔灌注桩沿线路横向、纵向间隔设置在地基中，箱式体设置在各钻孔灌注桩之上且与其桩顶固结为一体；所述箱式体为由槽型顶板、底板和两侧腹板构成的钢筋混凝土箱型构造体，轨道结构设置于槽型顶板之上。

上述钻孔灌注桩箱式路基结构在平原或缺乏填料的地区具备广阔应用前景，能够有效解决传统路基占地多、填料用量大及地基处理工程量高等难题，但该结构在高速列车荷载作用下槽型顶板承担的动应力如何确定，目前尚没有一种合理的方法。出于结构动响应设计需求，極需提出一种钻孔灌注桩箱式路基结构槽型顶板动应力的确定方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种钻孔灌注桩箱式路基结构槽型顶板动应力的确定方法，以科学合理地确定结构承担的动应力，便于结构动响应设计，该方法实施便捷，流程清晰，能够适应工程需要。

本发明解决上述技术所采用的技术方案如下：

本发明一种钻孔灌注桩箱式路基结构槽型顶板动应力的确定方法，包括以下步骤：

(1)通过现场行车测试，确定填筑体顶面的列车动应力σmax，单位kpa；确定填筑体厚度h，单位m；

(2)通过挖坑灌砂法或挖坑灌水法或核子密度仪法确定填筑体干密度ρd，通过室内击实实验确定填筑体最大干密度ρdmax，按以下公式确定填筑体的压实系数k：

式中，ρd为填筑体的干密度，单位g/cm³；ρdmax为填筑体的最大干密度，单位g/cm³；

(3)通过以下公式确定槽型顶板动应力σd：

σd＝σmaxe^-kλh

式中，σmax为填筑体顶面的列车动应力，单位kpa；k为填筑体的压实系数，无量纲；λ为常数，单位1/m，λ取值为1；h为填筑体厚度，单位m。

本发明的有益效果是，在综合考虑填筑体压实刚度及压实厚度的基础上，通过大量现场激振试验的数据拟合，建立了列车动应力沿填筑体的衰减公式，采用该公式能合理确定钻孔灌注桩箱式路基结构槽型顶板的动应力，为动力设计提供可靠依据，实施便捷，流程清晰，能够适应实际工程需要。

附图说明

本说明书包括如下三幅附图：

图1是钻孔灌注桩箱式路基结构的横断面图；

图2是钻孔灌注桩箱式路基结构中箱式体的横断面图；

图3是沿图2中a-a线的剖视图。

图中示出构件、部位名称及所对应的标记：钻孔灌注桩1，箱式体2，槽型顶板21、挡土边墙21a，槽型腔21b、平台21c、底板22，腹板23，开孔23a，填筑体3，轨道结构4，电缆槽5，接触网支柱6，填筑体厚度h。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图进一步说明本发明。

参照图1、图2和图3，钻孔灌注桩箱式路基结构，包括钻孔灌注桩1和箱式体2，钻孔灌注桩1沿线路横向、纵向间隔设置在地基d中，起支撑上部结构作用。箱式体2设置在各钻孔灌注桩1之上且与其桩顶固结为一体，起传递上部荷载、填土收坡及承载附属结构的作用。所述箱式体2为由顶板21、底板22和两侧腹板23构成的钢筋混凝土箱型构造体，轨道结构4设置于顶板21之上。能够有效减少耕地占用量、填料用量及地基处理工程量，从而减少高速铁路建设投资。

参照图1和图2，所述顶板21顶面上于横向两侧设置向上凸起的挡土边墙21a，挡土边墙21a沿线路纵向延伸，其侧壁与顶板21顶面形成槽型腔21b，槽型腔21b内填筑填筑体3，起消能及减少下部结构动力响应作用。所述轨道结构4设置于填筑体3上，两侧挡土边墙21a的顶面上设置电缆槽5。所述顶板21的顶面上于挡土边墙21a外侧壁、同侧横向端面之间形成平台21c，接触网支柱6安装在平台21c上。

参照图2和图3，为使箱式体2的结构更为紧凑和降低工程造价，所述顶板21的横向两侧向外延伸出腹板23外壁形成悬臂，所述腹板23外壁上沿线纵向间隔设置拱形或矩形开孔23a。

本发明的一种钻孔灌注桩箱式路基结构槽型顶板动应力的确定方法，包括以下步骤：

(1)通过现场行车测试，确定填筑体顶面的列车动应力σmax，单位kpa；确定填筑体厚度h，单位m；

(2)通过挖坑灌砂法或挖坑灌水法或核子密度仪法确定填筑体干密度ρd，通过室内击实实验确定填筑体最大干密度ρdmax，按以下公式确定填筑体的压实系数k：

式中，ρd为填筑体的干密度，单位g/cm³；ρdmax为填筑体的最大干密度，单位g/cm³；

(3)通过以下公式确定槽型顶板动应力σd：

σd＝σmaxe^-kλh

式中，σmax为填筑体顶面的列车动应力，单位kpa；k为填筑体的压实系数，无量纲；λ为常数，单位1/m，λ取值为1；h为填筑体厚度，单位m。

实施例：

参照图1、图2，某一平原高速铁路采用钻孔灌注桩框架式路基结构通过软土地区，该结构中钻孔灌注桩1桩径为1.5m，箱式体2底板22截面宽度×厚度为7.5m×0.8m，腹板23厚度为0.7m且开拱形孔，槽型顶板23截面宽度×厚度为13.7m×0.7m，箱式体2截面内净宽×内净高为6.1m×6.0m，填筑体3采用级配碎石构筑，填筑在槽型顶板21上的槽型腔21b内，厚度为0.7m。

下面采用本发明方法对该钻孔灌注桩箱式路基结构槽型顶板动应力进行确定，具体步骤如下：

(1)通过现场行车测试，确定填筑体顶面的列车动应力为100kpa；确定填筑体厚度h为0.7m；

(2)通过挖坑灌砂法确定填筑体的干密度ρd为1.83g/cm³，通过室内击实实验确定填筑体的最大干密度ρdmax为1.88g/cm³，按以下公式确定填筑体3的压实系数

(3)通过以下公式确定槽型顶板的动应力σd：

σd＝σmaxe^-kλh＝100×e^{-0.973×1×0.7}＝50.6kpa

即在动力设计中，该钻孔灌注桩箱式路基结构槽型顶板动应力取值不小于50.6kpa。

本发明的优点在于，能科学合理地确定槽型顶板面上的动应力，可为动力设计提供可靠依据，实施便捷，流程清晰，具有广阔的推广应用前景。

以上所述只是采用图解说明本发明一种钻孔灌注桩箱式路基结构槽型顶板动应力的确定方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体方法和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。