弱扰动环境下的新型板桩式帮宽结构及其施工方法

本发明涉及路基帮宽，具体为一种弱扰动环境下的新型板桩式帮宽结构及其施工方法。

背景技术：

1、随着我国交通运输总流通量的迅猛增加，多数未充分考虑到可持续发展和区域性平衡发展的运营铁路存在运能不足等问题。为此，要加大推进运营铁路的扩能。目前，增线方案是提高运营铁路现期运输能力、补足近远期运输能力的最有效办法。

2、然而增线方案中帮宽引起的差异变形和稳定性问题成为铁路扩能改造中所面临的重大难点问题和突出性矛盾。且常规帮宽路基结构存在占地面积大、对既有路基影响大、工期长，且新建-既有路基差异沉降大等问题。针对既有线运营对帮宽段施工简单、工期短、影响小的需求，迫切需要一种弱扰动环境下的新型板桩式帮宽结构及施工方法以解决上述问题。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了弱扰动环境下的新型板桩式帮宽结构，以解决(1)传统帮宽结构为保持稳定设置较大的坡度导致占地面积大，现场施工进行大幅度开挖导致既有路基稳定性降低的问题，并提供了该帮宽结构的施工方法，以解决(2)现场施工耗时较长，影响铁路运行，以及通过地基不均匀沉降和侧向变形引起的失稳问题。

3、(二)技术方案

4、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

5、弱扰动环境下的新型板桩式帮宽结构，包括混凝土立柱和钢板桩，所述混凝土立柱的内侧设置有挡土板，所述钢板桩静压置入既有路基的内部，所述混凝土立柱与钢板桩通过对拉锚杆侧向连接，在对拉锚杆的外部套设有波纹管，所述混凝土立柱的外侧设置有短桩、内侧设置有长桩，所述长桩的顶部设置有碎石褥垫层，所述短桩的顶部设置有混凝土硬化层，所述钢板桩的底部嵌入至既有路基碎石褥垫层上顶面，所述挡土板与既有路基之间通过填料层充实，所述填料层的上部设置防水土工布，所述混凝土立柱悬臂段竖直方向设置有两个锚索孔，所述钢板桩上对应位置设置有预留孔，所述预留孔与锚索孔等高。

6、作为上述技术方案的进一步描述：

7、所述混凝土立柱悬臂段长度不超过其总长的1/3，锚固段长度不低于其总长的2/3，所述对拉锚杆通过预留孔与锚索孔将混凝土立柱和钢板桩固定。

8、作为上述技术方案的进一步描述：

9、位于上部的锚索孔距混凝土立柱顶端长为混凝土立柱悬臂段的1/3，所述钢板桩为z字型，所述对拉锚杆为螺纹钢，每根对拉锚杆布置两束螺纹钢。

10、作为上述技术方案的进一步描述：

11、所述锚索孔的直径为100mm，所述锚索孔外侧设置25×30mm的承压台，所述预留孔的直径为150mm，所述波纹管通径为50mm，内径为62mm，外径为82mm，所述对拉锚杆采用直径为20mm的螺纹钢，竖向布置两层对拉锚杆，所述波纹管的内部还进行注浆。

12、作为上述技术方案的进一步描述：

13、所述混凝土硬化层选用c30混凝土，硬化层厚度不低于300mm，宽度为1.5m，每隔5m设置一道伸缩缝，所述碎石褥垫层的厚度为40cm。

14、作为上述技术方案的进一步描述：

15、所述挡土板预制成型，其宽×高为0.3×0.5m，长度根据混凝土立柱间距确定，在混凝土立柱上的搭接长度不小于0.5m，内部配有受力钢筋。

16、作为上述技术方案的进一步描述：

17、所述混凝土立柱为长方体，横截面尺寸为2×3m，施工时内置受力钢筋，现场支模浇筑，沿线路方向混凝土立柱间距取为5-7m。

18、作为上述技术方案的进一步描述：

19、所述填料层铺设前还需要对既有路基进行开挖，开挖成阶梯型，阶梯高度为0.5m、宽度为0.75m，填料层中还设置一层土工格栅，其单幅宽度为2.0m。

20、作为上述技术方案的进一步描述：

21、在防水土工布的上部设置上部填料，所述防水土工布将填料层完全覆盖，当防水土工布需要搭接时，采用具有防水效果的粘结性材料进行搭接，搭接宽度需超过10cm。

22、本发明还提供一种弱扰动环境下的新型板桩式帮宽结构的施工方法，包括如下步骤：

23、s1、准备工作：准备工作分为预制阶段和现场处理阶段，预制阶段在工厂中进行，根据图纸轧制钢筋框架，将模板涂上隔离剂后制成模具，放入预埋件后进行浇筑，混凝土硬化后拆模，制备挡土板；现场处理阶段需要结合设计图纸于现场施工，其主要包括帮宽地基平整，混凝土立柱基础开挖、既有路基开挖、复合地基施工等，其中复合地基施工包括长、短桩的施工，其主要流程为：桩位放样→钻机就位→钻机成孔→清孔、安置钢筋笼→灌注及拔管→灌注成桩，长、短桩施工顺序采用从线路中心向两侧顺序推进，且用跳桩法施工，以避免造成相邻桩断桩；

24、s2、安装钢板桩与混凝土立柱浇筑：根据设计图纸在现场安装钢板桩，在钢板桩施工时整体倾斜比约1:20，钢板桩底部应安插至既有路基碎石褥垫层上顶面；混凝土立柱根据设计图纸绑扎钢筋框架，并浇筑混凝土；

25、s3、临时预应力锚杆、碎石褥垫层和混凝土硬化层施工：在上述步骤施工完成后，进行填筑区碎石褥垫层的施工，施工时打断既有路基的碎石垫层，使新建路基垫层与既有路基垫层连接；在短桩顶部整体浇筑混凝土，使其形成混凝土硬化层；在混凝土立柱最上部的锚索孔安装临时预应力锚杆，使钢板桩与混凝土立柱受拉；

26、s4、填料层、挡土板、对拉锚杆及波纹管交互施工：将预制好的挡土板运输至现场，抄平放线，挡土板由起重机在其两侧安装钢缆进行吊装，放置完成后分层进行倾倒路基填料，人工先进行铲平，而后采用机械进行压实；填筑时挡土板至少高于填筑位置一层，直至顶部，在进行填筑压实时，由混凝土立柱位置依次向内压实；填筑压实至下层锚索孔位置时，安装波纹管并预拉下层对拉锚杆，后松开上层临时预应力锚杆，继续填筑压实工作，直至填筑位置到上层锚索孔位置时，安装波纹管并预拉上层对拉锚杆，继续建筑直至填筑工作完成；其中在填筑到适宜位置后安装土工格栅；

27、s5、防水土工布施工：待填筑至其设计位置时，安放防水土工布，之后继续铺设并完成施工。

28、(三)有益效果

29、由于采用了上述技术方案，本技术的有益效果是：

30、(1)通过设置钢板桩降低了新建线路施工对既有线路的扰动，使新建线路时既有线路同样能够运行。通过设置混凝土立柱和钢板桩，二者之间通过对拉锚杆水平固定，在内部进行填筑，将新建和既有路基形成一个整体，水平的牵拉使结构尤其是对拉锚杆仅承担侧向的牵拉，避免对拉锚杆倾斜而导致损坏。通过波纹管将对拉锚杆包裹，避免锚杆腐蚀，并且波纹管的形式及注浆措施，使锚杆结构与填筑材料接触更为紧密，抗腐蚀性能更佳，进一步提高了结构稳定性。

31、(2)设置短桩、长桩以及设置土工格栅，可以有效避免不均匀沉降所导致的地基损坏问题，同时混凝土立柱与挡土板结构减小了坡长，减少了占地面积。通过对拉锚杆形成加筋结构，对上部填料产生约束和自身耗能作用，可提高帮宽结构的动力特性，且加筋材料区域土体在横向约束力作用下，形成类挡土墙整体结构，保证了结构稳定性。

32、(3)通过本发明提供的结构和施工方法，有效解决了现有帮宽路基依赖现场施工的问题，通过工厂化预制，降低成本，提升标准化程度，提高了野外施工速度，最大限度降低对既有路基的影响，提升了帮宽路基结构的稳定性，避免了新建-既有路基不均匀沉降产生的失稳问题。