CN113605152B - 一种暗挖排桩路基深层置换路基结构、方法与应用 - Google Patents
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Abstract
一种暗挖排桩路基深层置换路基结构、方法与应用，包括整体整治工艺、正线整治工艺、带摩擦板路基段整治工艺，所述整体整治工艺采用纵向分步、横向间隔开挖柱列式排桩的方式置换路基填土，并对轨道结构进行高程与平面位置调整。本发明采用排桩支撑轨道结构的路基结构，通过钢筋混凝土排桩支撑轨道结构，可在确保轨道结构受力稳定及行车安全的前提下，彻底消除路基填料的沉降与膨胀变形，进而确保轨道结构的平顺性；本发明采用暗挖排桩深层置换路基的方法可在运营条件下，对正线及带摩擦板的轨道结构下部路基进行深层置换，置换过程中可以调整无砟轨道的几何状态，道岔区整治工艺根据底座板的宽度、轨旁设备情况的线路特征参考正线整治工艺及带摩擦板路。
Description
技术领域
本发明涉及一种工程施工的一种结构及其方法、应用，尤其是涉及一种暗挖 排桩路基深层置换结构与方法和应用。
背景技术
随着我国高速铁路建设规模的增加，路基沉降与上拱问题日益显现，引起了 轨道结构平顺性降低，增加了设备管理部门养护维修的工作量，有些工点甚至因 此限速运行。引起路基沉降或上拱的原因较为复杂，其中路基填料本身的变形影 响较大，针对此类问题，部分变形严重的工点在运营条件下采用了路基浅层填料 置换的方法，在一定程度上缓解了路基变形的影响。然而通过对典型路基变形工 点的现场监测分析表明，路基深部的变形往往占有较大比重，对于路基深部变形 引起轨道结构变形的问题，特别是对于高填方的路基地段，还缺乏有效的整治措 施。
现有技术，如中国专利申请的申请号：CN201810235288.9，发明名称：一种 无砟轨道路基上拱的整治方法，然而，该技术方案只能针对路基浅层进行换填， 换填深度大概1.0m，不能解决深部换填的问题；申请号：CN201910463876.2， 发明名称：无砟轨道变形的治理方法，然而，该技术方案开挖换填的工程量、支 护工程量、难度及安全风险较大，由于大部分运营条件的无砟轨道不具备大型机 械设备作业条件，因此第二种技术方案只能采用人工作业，导致工期增加，进而 导致线路长期运营，同时工程造价较大。
发明内容
本发明通过暗挖排桩的方式及路基结构解决了运营条件下，无砟轨道路基深 层换填及无砟轨道高程与平面位置调整的问题。
本发明采取如下技术方案：
本发明公开一种暗挖排桩路基深层置换路基的方法，包括对正线整治工艺、 带摩擦板路基段整治工艺以及道岔区整治工艺进行总结的整体整治工艺；所述正 线整治工艺是针对普通正线路基段的整治工艺；所述带摩擦板路基段整治工艺是 针对路桥过渡段轨道结构底部设置摩擦板地段的整治工艺；所述道岔区整治工艺 根据底座板的宽度、轨旁设备情况的线路特征参考正线整治工艺及带摩擦板路基 段整治工艺进行调整；其特征为：
所述整体整治工艺采用纵向分步、横向间隔开挖柱列式排桩的方式置换路 基填土，并对轨道结构进行落道调整；并包括如下步骤：
步骤1：工作槽与排桩开挖
根据现场情况调整纵向间隔尺寸开挖工作槽并做好轨道结构支撑，在工作槽 底部沿横向间隔一定距离向下开挖方桩孔位，同时进行护壁，至设计深度后灌注 混凝土至支承层或底座板下指定位置，转换支撑并做好轨道结构限位，然后进行 剩余孔位开挖置换，完成第一步置换单元的置换；
步骤2：轨道几何状态调整与灌浆修复
重复以上步骤置换所有填料后，调整轨道结构的高程与平面位置，最后进 行轨道结构下部灌浆修复；
所述正线整治工艺包括如下步骤：
步骤1：工作槽暗挖与支撑；
步骤2：轨道结构支撑与限位；
步骤3：方桩分步施工；
步骤4：轨道高程与平面调整；
步骤5：轨道结构下灌浆填充；
步骤6：线路恢复；
所述带摩擦板路基段整治工艺包括如下步骤：
步骤1：工作槽暗挖与支撑；
步骤2：摩擦板支撑与限位；
步骤3：方桩分步施工；
步骤4：摩擦板高程与平面调整；
步骤5：摩擦板下灌浆填充；
步骤6：线路恢复。
本发明还公开一种暗挖排桩路基深层置换结构，其特征为：轨道结构(含摩 擦板)下部采用混凝土及砂浆填充，厚度一般为50cm～150cm，混凝土及砂浆层 下部至地基顶面范围内为柱列式钢筋混凝土排桩。
本发明还公开一种将上述暗挖排桩路基深层置换路基的方法应用于高速铁 路轨道施工中。
本发明还公开一种将暗挖排桩路基深层置换结构应用于高速铁路轨道施工 中。
有益效果：
本发明采用排桩支撑轨道结构的路基结构，通过钢筋混凝土排桩支撑轨道 结构，可在确保轨道结构受力稳定及行车安全的前提下，彻底置换路基填料，从 而消除路基填料的沉降与膨胀变形，确保轨道结构的平顺性。
本发明采用暗挖排桩深层置换路基的方法，该方法可在运营条件下，对正线、 道岔区、及带摩擦板的轨道结构下部路基进行深层置换，置换过程中可以调整无 砟轨道的几何状态。
附图说明
图1是本发明一种暗挖排桩深层置换路基的方法整治工艺流程图；
图2是本发明一种暗挖排桩深层置换路基的方法正线整治工艺中正线置换单位划分平面图；
图3是本发明一种暗挖排桩深层置换路基的方法中分步开挖步骤中正线第一步置换单元工作槽暗挖与支撑立面图；
图4为本发明一种暗挖排桩深层置换路基的方法中分步开挖步骤中正线第一步置换单元工作槽暗挖支撑平面图；
图5为本发明一种暗挖排桩深层置换路基的方法中分步开挖步骤中正线第一步置换单元方桩施工平面图；
图6为本发明一种暗挖排桩深层置换路基的方法中分步开挖步骤中正线第一步置换单元方桩挖孔与支撑立面图；
图7为本发明一种暗暗挖排桩深层置换路基的方法中分步开挖步骤中图7正线 第一步置换单元方桩挖孔平面；
图8是本发明一种暗挖排桩深层置换路基的方法中分步开挖步骤中正线第一步置换单元方桩浇筑立面图；
图9是本发明一种暗挖排桩深层置换路基的方法中轨道结构下灌浆填充示意图；
图10是本发明一种暗挖排桩深层置换路基的方法中带摩擦板路基段置换单位划分平面图；
图11为本发明一种暗挖排桩深层置换路基的方法中带摩擦板路基工作槽暗挖与支撑立面图；
图12为本发明一种暗挖排桩深层置换路基的方法中带摩擦板路基第一步置换单元方桩施工与支撑立面图；
图13为本发明一种暗挖排桩深层置换路基的方法中带摩擦板路基第二步置换单元方桩施工与支撑立面图；
图14为本发明一种暗挖排桩深层置换路基的方法中摩擦板下灌浆填充示意图。
具体实施方式
参见图1所示。本发明公开暗挖排桩路基深层置换路基的方法，包括整体整 治工艺、正线整治工艺、带摩擦板路基段整治工艺及道岔区整治工艺。整体整治 工艺是对正线整治工艺、带摩擦板路基段整治工艺及道岔区整治工艺的总结，正 线整治工艺是针对普通正线路基段的整治工艺，支承层或底座板宽度一般为 2.8m-3.4m；带摩擦板路基段整治工艺是针对路桥过渡段轨道结构底部设置摩擦 板地段的整治工艺，摩擦板宽度可达10m以上，且摩擦板底部一般还设置有端刺 结构；道岔区整治工艺可根据底座板的宽度、轨旁设备情况等线路特征参考正线 整治工艺及带摩擦板路基段整治工艺进行调整。
所述整体整治工艺采用纵向分步、横向间隔开挖柱列式排桩的方式置换路 基填土，并对轨道结构进行落道调整；并包括如下步骤：
步骤1：工作槽与排桩开挖
根据现场情况调整纵向间隔尺寸开挖工作槽并做好轨道结构支撑，在工作槽 底部沿横向间隔一定距离向下开挖方桩孔位，同时进行护壁，至设计深度后灌注 混凝土至支承层或底座板下指定位置，转换支撑并做好轨道结构限位，然后进行 剩余孔位开挖置换，完成第一步置换单元置换；
步骤2：轨道几何状态调整与灌浆修复
重复以上步骤置换所有填料后，调整轨道结构的高程与平面位置，最后进 行轨道结构下部灌浆修复；
所述正线整治工艺包括如下步骤：
步骤1：工作槽暗挖与支撑；
步骤2：轨道结构支撑与限位；
步骤3：方桩分步施工；
步骤4：轨道高程与平面调整；
步骤5：轨道结构下灌浆填充；
步骤6：线路恢复；
所述带摩擦板路基段整治工艺包括如下步骤：
步骤1：工作槽暗挖与支撑；
步骤2：摩擦板支撑与限位；
步骤3：方桩分步施工；
步骤4：摩擦板高程与平面调整；
步骤5：摩擦板下灌浆填充；
步骤6：线路恢复。
本发明还公开一种暗挖排桩路基深层置换结构，其特征为：轨道结构(含摩 擦板)下部采用混凝土及砂浆填充，厚度一般为50cm～150cm，混凝土及砂浆层 下部至地基顶面范围内为柱列式钢筋混凝土排桩。
本发明还公开一种将上述暗挖排桩路基深层置换路基的方法应用于高速铁 路轨道施工中。
本发明还公开一种将暗挖排桩路基深层置换结构应用于高速铁路轨道施工 中。
下面我们结合附图2-14对上述技术方案做出详细阐述。
正线整治工艺
(1)破除整治范围内封闭层
破除整治段落的路肩及线间混凝土封闭层，线间有碎石填充层时，还需将碎 石填充层全部挖除。
(2)工作槽暗挖与支撑
沿纵向划分纵向置换单元，参见图2所示，第1#、3#、5#、7#开挖单元为 第一步置换单元，第2#、4#、6#开挖单元为第二步置换单元，第一、第二步置 换单元的宽度按1.5m划分。开挖第一步置换单元对应的工作槽，深度50cm～ 150cm,开挖前，先进行工作槽的支护体系施工，可采用微型钢管桩或钢筋混凝土 护壁；开挖过程中及开挖完成后，在路基及线间工作槽顶安装防水盖板，避免雨 水流入工作槽及路基。
(3)轨道结构支撑与限位
参见图3-4所示，每个置换单元工作槽暗挖工程中，在支承层或底座板下安 装6个可调节钢支撑对轨道结构进行竖向支撑，沿线路纵向间距约0.5m，垂直 与线路方向间距约1.0m，同时在路肩及线间设置限位装置对轨道结构进行横向 限位。
(3)方桩分步施工
①第一步人工挖孔
参见图4、图5、图6所示，在第一步置换单元的槽底划分为所示的3个单 元格，采用人工挖孔的方式分两步挖除，相邻的两个开挖槽，一个槽开挖第①、 ③单元格，另一个槽挖第②单元格，如此间隔相错开挖。在进行人工挖孔时，根 据进度做好护壁，同时对没有开挖的单元格进行支撑，并做好轨道结构限位。
②灌注人工挖孔桩
按要求将相邻槽段、错开的孔位挖到设计要求深度后，采用混凝土进行回填， 如下图7-8所示，其回填顶面高于可调节钢支撑底面一定高度，同时距离支承层 或底座板底一定距离用于调整轨道结构高程。
③第二步人工挖孔
在每个槽段第一步人工挖孔桩浇筑完混凝土后，再进行第二步人工挖孔桩开 挖，进行第二步置换单元人工挖孔，并用混凝土进行置换施工。
④第二步暗挖置换
按第一步暗挖置换的方式继续对第二步人工暗挖置换，灌注混凝土并采用机 械顶升装置进行支撑。
(4)轨道高程与平面调整
全部暗挖完成后，彻底清理作业面的杂物，把整治区及其前后30米内轨道 挡块及调高垫板等更换成标准件，调整第二步置换单元内的顶升设备及第一步置 换单元内钢支撑顶部垫板进行落道调整，落道前将横向限位解除，落道调整后恢 复限位。
(5)轨道结构下灌浆填充
如图9所示，落道完成后，灌注早强混凝土(强度不低于C25)至距摩擦板 下0.2m，剩余0.2m缝隙采用聚合物砂浆灌注，灌注过程中做好隔离与分段，确 保灌浆饱满。
(6)线路恢复
工作槽碎石夯实回填，线间及路肩封闭层进行修复采用C25混凝土。在施工 完封闭层后，用嵌缝材料对施工缝进行封闭，最后进行线路精调。
带摩擦板路基段整治工艺
(1)工作槽暗挖与支撑
如图10，破除整治段落的路肩混凝土封闭层，在摩擦板下开挖第一步置换 单元对应的工作槽，沿线路纵向长2.5m，沿横向宽12.4m，深度1.5m，放坡开 挖，砂浆抹面，在槽顶安装防水盖板，开挖尺寸可根据实际情况计算调整。
(2)摩擦板支撑与限位
如图11，工作槽开挖过程中，对摩擦板进行支撑与限位。
(3)方桩分步施工
如图12-图13，在第一步单元内，划分如图所示的5个单元，分步挖除，先 施工第②、④单元，根据进度做好护壁，灌注混凝土至工作槽底，达到强度后进 行支撑转换，再施工第①、③、⑤单元。重复以上步骤，施工其余单元排桩。
(4)摩擦板高程与平面调整
排桩施工完成后，彻底清理作业面的杂物，调整摩擦板下部支撑的顶升与支 撑设备进行高程与平面调整，调整前接触横向限位约束，调整完成后恢复横向限 位。
(5)摩擦板下灌浆填充
如图14，落道完成后，灌注早强混凝土(强度不低于C25)至摩擦板下0.2m， 剩余0.2m缝隙采用自流平聚合物砂浆灌注，灌注过程中做好隔离与分段，确保 灌浆饱满。
(6)线路恢复
恢复封闭层、嵌缝，并进行线路精调。
本发明采用排桩支撑轨道结构的路基结构，通过钢筋混凝土排桩支撑轨道结 构，可在确保轨道结构受力稳定及行车安全的前提下，彻底置换路基填料，从而 消除路基填料的沉降与膨胀变形，确保轨道结构的平顺性。本发明采用暗挖排桩 深层置换路基的方法可在运营条件下，不同线路特征的路基填料进行深层置换， 普通正线路基段整治可参考正线整治工艺，路桥过渡段带摩擦板及端刺地段的整 治可参考带摩擦板路基段整治工艺，对于道岔区等其他地区可结合道岔区底座板 宽度、轨旁设备情况等线路特征，综合参考整体整治工艺、正线整治工艺及带摩 擦板路基段整治工艺制定具体的整治方案。
对正线、道岔区、及带摩擦板的轨道结构下部路基进行深层置换，置换过程中可以调整无砟轨道的几何状态。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业 的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描 述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各 种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求 的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种暗挖排桩路基深层置换路基的方法，包括对正线整治工艺、带摩擦板路基段整治工艺以及道岔区整治工艺进行总结的整体整治工艺；所述正线整治工艺是针对普通正线路基段的整治工艺；所述带摩擦板路基段整治工艺是针对路桥过渡段轨道结构底部设置摩擦板地段的整治工艺；所述道岔区整治工艺根据底座板的宽度、轨旁设备情况的线路特征参考正线整治工艺及带摩擦板路基段整治工艺进行调整；其特征为：
所述整体整治工艺采用纵向分步、横向间隔开挖柱列式排桩的方式置换路基填土，并对轨道结构进行落道调整；并包括如下步骤：
步骤1：工作槽与排桩开挖
根据现场情况调整纵向间隔尺寸开挖工作槽并做好轨道结构支撑，在工作槽底部沿横向间隔一定距离向下开挖方桩孔位，同时进行护壁，至设计深度后灌注混凝土至支承层或底座板下指定位置，转换支撑并做好轨道结构限位，然后进行剩余孔位开挖置换，完成第一步置换单元的置换；
步骤2：轨道几何状态调整与灌浆修复
重复以上步骤置换所有填料后，调整轨道结构的高程与平面位置，最后进行轨道结构下部灌浆修复；
所述正线整治工艺包括如下步骤：
步骤1：工作槽暗挖与支撑；
步骤2：轨道结构支撑与限位；
步骤3：方桩分步施工；
步骤4：轨道高程与平面调整；
步骤5：轨道结构下灌浆填充；
步骤6：线路恢复；
所述带摩擦板路基段整治工艺包括如下步骤：
步骤1：工作槽暗挖与支撑；
步骤2：摩擦板支撑与限位；
步骤3：方桩分步施工；
步骤4：摩擦板高程与平面调整；
步骤5：摩擦板下灌浆填充；
步骤6：线路恢复。
2.根据权利要求1所述的暗挖排桩路基深层置换路基的方法，其特征为：所述正线整治工艺中工作槽暗挖与支撑步骤进一步包括如下内容：按一定的间距划分纵向置换单元，并开挖第一步置换单元对应的工作槽，即通挖第一步置换单元底座板下基床填料，深度为50cm～150cm，开挖过程中使用可调节高度的钢支撑及时支撑；开挖前，根据工点情况先进行工作槽的支护体系施工，采用微型钢管桩或钢筋混凝土护壁；开挖后，在槽顶安装防水盖板，避免雨水流入工作槽及路基。
3.根据权利要求1所述的暗挖排桩路基深层置换路基的方法，其特征为：所述正线整治工艺中轨道结构支撑与限位步骤进一步包括如下内容：在支承层或底座板下安装机械装置对轨道结构进行竖向支撑，同时在路肩及线间设置限位装置对轨道结构进行横向限位。
4.根据权利要求1所述的暗挖排桩路基深层置换路基的方法，其特征为：所述正线整治工艺中的方桩分步施工步骤进一步包括如下内容：
①第一步人工挖孔：在第一步置换单元的槽底划分为多个单元格，采用人工挖孔的方式分步挖除；
②灌注人工挖孔桩
按要求将孔位挖到设计要求深度后，采用混凝土进行回填至支承层或底座板底面50cm～150cm距离；
③第二步人工挖孔
在每个槽段第一步人工挖孔桩浇筑完混凝土后，再进行第二步人工挖孔桩开挖；
④第二步置换单元暗挖
重复第一步置换单元暗挖作业工序，完成后灌注混凝土并采用机械顶升装置进行支撑。
5.根据权利要求1所述的暗挖排桩路基深层置换路基的方法，其特征为：所述正线整治工艺中轨道高程与平面调整步骤进一步包括：全部暗挖置换完成后，彻底清理作业面的杂物，把整治区及其前后数米内轨道挡块及调高垫板更换成标准件，调整置换单元内的顶升设备及钢支撑顶部垫板进行轨道结构高程与平面调整，调整前将横向限位解除，调整后恢复限位。
6.根据权利要求1所述的暗挖排桩路基深层置换路基的方法，其特征为：所述正线整治工艺中轨道结构下灌浆填充步骤进一步包括：轨道结构高程与平面调整完成后，灌注强度不低于C25的早强混凝土至距支承层或底座板下0.2m，剩余0.2m缝隙采用聚合物砂浆灌注，灌注过程中做好隔离与分段，确保灌浆饱满。
7.根据权利要求1所述的暗挖排桩路基深层置换路基的方法，其特征为：所述带摩擦板路基段整治工艺中步骤1-6进一步包括如下步骤：
所述工作槽暗挖与支撑：破除整治段落的路肩混凝土封闭层，在摩擦板下开挖第一步置换单元对应的工作槽，沿线路放坡开挖，砂浆抹面，在槽顶安装防水盖板，开挖尺寸可根据实际情况计算调整；
所述摩擦板支撑与限位：在工作槽开挖过程中，对摩擦板进行支撑与限位；
所述方桩分步施工：在第一步置换单元内，划分N个单元，分步挖除，先施工偶数单元，根据进度做好护壁，灌注混凝土至工作槽底，达到强度后进行支撑转换，再施工奇数单元，重复以上步骤，施工其余单元排桩，所述N为自然数；
所述摩擦板高程与平面调整：当排桩施工完成后，清理作业面的杂物，调整摩擦板下部支撑的顶升与支撑设备进行高程与平面调整，调整前接触横向限位约束，调整完成后恢复横向限位；
所述摩擦板下灌浆填充；当落道完成后，灌注早强混凝土至摩擦板下0.2m，剩余0.2m缝隙采用自流平聚合物砂浆灌注，灌注过程中做好隔离与分段，确保灌浆饱满；
所述线路恢复：恢复封闭层、嵌缝，并进行线路精调。
8.采用权利要求1-7任一所述的暗挖排桩路基深层置换路基的方法施工的暗挖排桩路基深层置换结构，其特征为：包含摩擦板的轨道结构下部采用混凝土及砂浆填充，厚度为50cm～150cm，混凝土及砂浆层下部至地基顶面范围内为柱列式钢筋混凝土排桩。
9.将权利要求1-7任一所述的暗挖排桩路基深层置换路基的方法应用于高速铁路轨道施工中。
10.将权利要求8所述的暗挖排桩路基深层置换结构应用于高速铁路轨道施工中。
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