CN101654899A

CN101654899A - 高速铁路液化土地基-路基抗震加固构造

Info

Publication number: CN101654899A
Application number: CN200910167666A
Authority: CN
Inventors: 蒋关鲁; 张俊兵; 李华明; 程文斌; 韩磊; 肖红兵
Original assignee: Southwest Jiaotong University; China Railway No 3 Engineering Group Co Ltd
Current assignee: Southwest Jiaotong University; China Railway No 3 Engineering Group Co Ltd
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2010-02-24

Abstract

本发明公开了一种高速铁路液化土地基－路基抗震加固构造，旨在提高路基的强度、刚度和抗震稳定性。它包括：加固桩(30)，在地基内沿纵向、横向间隔布置，其桩端穿过地基液化土层深入非液化土层；水泥级配碎石加筋垫层(20)，铺设于地基面与加固桩(30)桩顶之间；加筋土路堤(10)，铺设于水泥级配碎石加筋垫层(20)之上。本发明将桩－水泥级配碎石加筋垫层结构地基和路基本体联结成一个相互作用的有机整体，增加了地震时地基－水泥级配碎石加筋垫层－路基的变形协调性，大大提高了地基路基的整体抗震性能。

Description

高速铁路液化土地基-路基抗震加固构造

技术领域

本发明涉及高速铁路的地基-路基构造，特别涉及一种用于高速铁路液化土地基-路基的抗震加固构造。

背景技术

我国幅员辽阔，饱和粉土、饱和砂土、饱和粉砂土、黄土分布范围广泛，这种土质地基在地震作用下，极易发生液化，导致地基失效，危害建造在其上构筑物的安全。华东等沿海地区分布大量的砂土粉土地基，如京沪高速铁路沿线经过的徐州地区则是饱和粉砂土区，西北华北大部分地区则是黄土分布区，其中的二级阶地地下水位较高，存在较大范围的饱和黄土，如郑西客运专线所经过的渭河二级阶地就是典型的饱和黄土区域。

在这些地区修建高速铁路，就必须考虑到液化土地基路基抗震加固的问题。液化土地基的液化、侧向流动及路堤破坏所引起的路堤沉降是高速铁路发生破坏的最主要原因，在完善现有的地基抗地震液化破坏加固技术的基础上，充分考虑高速铁路的地质、土质条件，建立液化土地基-路堤结构的抗震设计方法具有极其重要的意义。

我国高速铁路建设规模大，线路长，相当一部分的线路经过液化土地区和高烈度地震区，迫切需要一种切实可行的液化土地基-路基抗震加固方法和地基-路基抗震结构形式，这种新的结构形式应该具备施工工艺简单、造价合理且符合环保要求等条件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高速铁路液化土地基-路基抗震加固构造，具有强度高、刚度大、抗震稳定性好的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的高速铁路液化土地基-路基抗震加固构造，其特征是它包括：加固桩，在地基内沿纵向、横向间隔布置，其桩端穿过地基液化土层深入非液化土层；水泥级配碎石加筋垫层，铺设于地基面与加固桩桩顶之间；加筋土路堤，铺设于水泥级配碎石加筋垫层之上。

作为对上述技术方案的进一步优化，所述加固桩还包括在加筋土路堤坡脚外两侧加布的至少两排护桩；各加固桩桩端深入非液化土层的深度不小于1.0m，桩径为0.5～0.8m，桩间距为3～5倍桩径。

本发明的有益效果是，综合了桩-水泥级配碎石加筋垫层结构和加筋土路堤的各自特点，桩-水泥级配碎石加筋垫层-土三者的共同作用，使上部荷载更加合理的传递和分配于桩和桩间土上；水泥级配碎石加筋垫层提高了垫层的强度、刚度、水平约束力、隔水性能，防止褥垫层失效现象，地震时能更加有效的将上部荷载传递于桩上，同时提高路基地基的整体抗震稳定性；加筋土路堤提高了路基本体的横向约束力和整体抗震稳定性。整套的方案使得桩-水泥级配碎石加筋垫层结构地基和路基本体联结成一个相互作用的有机整体，增加了地震时地基-水泥级配碎石加筋垫层-路基的变形协调性，大大提高了地基路基的整体抗震性能。

附图说明

本说明书包括如下四幅附图：

图1是本发明高速铁路液化土地基-路基抗震加固构造的纵向断面示意图；

图2是本发明高速铁路液化土地基-路基抗震加固构造中水泥级配碎石加筋垫层的纵向断面示意图；

图3是本发明高速铁路液化土地基-路基抗震加固构造中加筋土路堤的示意图。

图4是本发明高速铁路液化土地基-路基抗震加固构造中水泥级配碎石加筋垫层的级配碎石颗粒级配曲线图。

图中示出部位名称及所对应的标记：加筋土路堤10、第一层路基填料11a、第二层路基填料11b、第三层路基填料11c、第四层路基填料11d、第一层单向高强土工格栅12a、第二层单向高强土工格栅12b，第三层单向高强土工格栅12c、单向低强土工格栅13、水泥级配碎石加筋垫层20、第一层水泥级配碎石21a、第二层水泥级配碎石21b、第三层水泥级配石21c、第一层双向高强土工格栅22a、第二层双向高强土工格栅22b、加固桩30、护桩30a。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1，本发明的高速铁路液化土地基-路基抗震加固构造包括：加固桩30，在地基内沿纵向、横向间隔布置，其桩端穿过地基液化土层深入非液化土层；水泥级配碎石加筋垫层20，铺设于地基面与加固桩30桩顶之间；加筋土路堤10，铺设于水泥级配碎石加筋垫层20之上。综合了桩网结构和加筋土路堤的各自特点，桩-水泥级配碎石加筋垫层-土三者的共同作用，使上部荷载更加合理的传递和分配于桩和桩间土上；水泥级配碎石加筋垫层20提高了垫层的强度、刚度、水平约束力、隔水性能，防止褥垫层失效现象，地震时能更加有效的将上部荷载传递于桩上，同时提高路基地基的整体抗震稳定性；加筋土路堤10提高了路基本体的横向约束力和整体抗震稳定性。整套的方案使得桩-水泥级配碎石加筋垫层结构地基和路基本体联结成一个相互作用的有机整体，增加了地震时地基-水泥级配碎石加筋垫层-路基的变形协调性，大大提高了地基路基的整体抗震性能。

所述加固桩30可采用水泥搅拌桩、水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)等半刚性桩或钢筋混凝土桩等刚性桩。地基内加固桩30的布设除满足承载力、沉降变形、稳定性要求外，还要满足抗震设计的要求，各加固桩30桩端深入非液化土层的深度不小于1.0m，桩径为0.5～0.8m，桩间距为3～5倍桩径。参照图1，为进一步提高地基-路基的抗震能力，所述加固桩30还包括在加筋土路堤10坡脚外两侧加布的至少两排护桩30a。

参照图2，所述水泥级配碎石加筋垫层20的厚度为60～80cm，由压实的水泥级配碎石填料和在其内竖向间隔铺设的双向高强土工格栅构成。水泥级配碎石填料中普通硅酸盐水泥的掺量为级配碎石重量的4～6％，压实系数不小于0.95，空隙率不大于28％。水泥级配碎石填料可起到如下两方面的作用：①增强级配碎石颗粒间的黏结力，限制垫层的侧向位移，提高垫层的刚度，防止地震作用下因桩间土承载力失效下陷引起的垫层级配碎石下落，使水泥级配碎石加筋垫层20能够继续维持其荷载分担和协调变形的能力；②增加级配碎石加筋垫层20的隔水性能，阻止地震作用下地基孔隙水上升渗入路基本体，有效防止路基抗变形能力下降引起的坍塌破坏。因而提高了级配碎石垫层的刚度和整体稳定性，从而更加有效的保证地震时将上部荷载传递于桩上，同时提高了路基整体抗震稳定性。各级配碎石由粗细碎石和石屑按一定比例组成的混合料，应符合密实级配要求，一般由开山石或天然卵石、砾石经破碎、筛选而成，级配碎石的颗粒级配要良好，混合料的配合比颗粒级配需满足图4所示的要求。双向高强土工格栅沿液化土地基横向通长铺设，其极限抗拉强度大于100kN/m，标称强度延伸率不大于10％，网孔尺寸80～150mm。由级配良好的水泥级配碎石与双向高强土工格栅组成的水泥级配碎石加筋垫层20是上部加筋土路堤10与下部加固桩30的过渡区，起调整桩土竖向荷载分担比与桩土应力比作用，从而使桩-水泥级配碎石加筋垫层-土形成有机整体共同承担荷载及减小沉降。同时，级配碎石中加入4～6％的普通水泥和双向高强土工格栅，提高了垫层的强度、刚度、水平约束力、隔水性能，防止褥垫层失效现象，能更加有效的保证地震时将上部荷载传递于桩上，提高路基地基的整体抗震稳定性。

图2所示的是水泥级配碎石加筋垫层20的一种典型配置结构，即水泥级配碎石加筋垫层20由从下到上依次铺设的第一层水泥级配碎石21a、第一层双向高强土工格栅22a、第二层水泥级配碎石21b、第二层双向高强土工格栅22b和第三层水泥级配碎石21c构成；第一层水泥级配碎石21a、第二层水泥级配碎石21b和第三层水泥级配碎石21c的厚度均不小于100mm。在加固桩30的上方铺设第一层水泥级配碎石21a后再铺设第一层双向高强土工格栅22a，可有限地避免桩顶边缘对土工格栅的切割作用。

参照图3，所述加筋土路堤10由压实的路基填料和在其内竖向间隔铺设的单向高强土工格栅，以及在相邻两层单向高强土工格栅之间竖向间隔铺设的单向低强土工格栅13构成，土工格栅层的加入，约束了路基土的侧向变形，提高了路基本体的强度和刚度，增强了路基的整体稳定性。单向高强土工格栅沿路基横向通长铺设，其极限抗拉强度要求大于100kN/m，标称强度延伸率不大于10％，网孔尺寸80～150mm。单向低强土工格栅13铺设于两侧边坡1.2～1.6m范围内，其极限抗拉强度要求40～60kN/m，标称强度延伸率不大于10％，网孔尺寸60～160mm。

图3所示的是加筋土路堤10的一种典型配置结构，即加筋土路堤10包括从下到上依次铺设的第一层路基填料11a、第一层单向高强土工格栅12a、第二层路基填料11b、第二层单向高强土工格栅12b、第三层路基填料11c、第三层单向高强土工格栅12c和第四层路基填料11d，按此规律依次往上铺设，直至路基顶面，以及在相邻两层单向高强土工格栅之间竖向间隔铺设的单向低强土工格栅13，各单向低强土工格栅13之间、单向低强土工格栅13与相邻单向高强土工格栅之间竖向间隔30cm。

路基填料及压实标准如下表1-3。

表1加筋土路基基床表层的压实标准

表2加筋土路基基床底层填料及压实标准

表3加筋土路基基床以下填料及压实标准

Claims

1.高速铁路液化土地基-路基抗震加固构造，其特征是它包括：加固桩(30)，在地基内沿纵向、横向间隔布置，其桩端穿过地基液化土层深入非液化土层；水泥级配碎石加筋垫层(20)，铺设于地基面与加固桩(30)桩顶之间；加筋土路堤(10)，铺设于水泥级配碎石加筋垫层(20)之上。

2.如权利要求1所述的高速铁路液化土地基-路基抗震加固构造，其特征是：所述加固桩(30)还包括在加筋土路堤(10)坡脚外两侧加布的至少两排护桩(30a)；各加固桩(30)桩端深入非液化土层的深度不小于1.0m，桩径为0.5～0.8m，桩间距为3～5倍桩径。

3.如权利要求2所述的高速铁路液化土地基-路基抗震加固构造，其特征是：所述加固桩(30)采用的是水泥搅拌桩、水泥粉煤灰碎石桩或钢筋混凝土桩。

4.如权利要求2所述的高速铁路液化土地基-路基抗震加固构造，其特征是：所述水泥级配碎石加筋垫层(20)的厚度为60～80cm，由压实的水泥级配碎石填料和在其内竖向间隔铺设的双向高强土工格栅构成；水泥级配碎石填料中普通硅酸盐水泥的掺量为级配碎石重量的4～6％，压实系数不小于0.95，空隙率不大于28％；双向高强土工格栅沿液化土地基横向通长铺设，其极限抗拉强度大于100KN/m，标称强度延伸率不大于10％，网孔尺寸80～150mm。

5.如权利要求4所述的高速铁路液化土地基-路基抗震加固构造，其特征是：所述水泥级配碎石加筋垫层(20)由从下到上依次铺设的第一层水泥级配碎石(21a)、第一层双向高强土工格栅(22a)、第二层水泥级配碎石(21b)、第二层双向高强土工格栅(22b)和第三层水泥级配碎石(21c)构成；第一层水泥级配碎石(21a)、第二层水泥级配碎石(21b)和第三层水泥级配碎石(21c)的厚度均不小于100mm。

6.如权利要求2所述的高速铁路液化土地基-路基抗震加固构造，其特征是：所述加筋土路堤(10)由压实的路基填料和在其内竖向间隔铺设的单向高强土工格栅，以及在相邻两层单向高强土工格栅之间竖向间隔铺设的单向低强土工格栅(13)构成；单向高强土工格栅沿路基横向通长铺设，其极限抗拉强度要求大于100KN/m，标称强度延伸率不大于10％，网孔尺寸80～150mm；单向低强土工格栅(13)铺设于两侧边坡1.2～1.6m范围内，其极限抗拉强度要求40～60KN/m，标称强度延伸率不大于10％，网孔尺寸60～160mm。

7.如权利要求6所述的高速铁路液化土地基-路基抗震加固构造，其特征是：所述加筋土路堤(10)包括从下到上依次铺设的第一层路基填料(11a)、第一层单向高强土工格栅(12a)、第二层路基填料(11b)、第二层单向高强土工格栅(12b)、第三层路基填料(11c)、第三层单向高强土工格栅(12c)和第四层路基填料(11d)，按此规律依次往上铺设，直至路基顶面，以及在相邻两层单向高强土工格栅之间竖向间隔铺设的单向低强土工格栅(13)，各单向低强土工格栅(13)之间、与单向低强土工格栅(13)与相邻单向高强土工格栅之间竖向间隔30cm。