采用灰土桩加固既有铁路路基的方法技术

本发明专利技术公开了采用灰土桩加固既有铁路路基的方法，所述灰土桩沿路基两侧边坡斜向插入既有铁路路基中，且两侧插入的灰土桩在路基内交叉；所述灰土桩的倾斜角度为30～45°，灰土桩的桩径为0.2～0.35m，灰土桩的桩长与既有铁路路基高度相匹配，灰土桩纵向桩间距为3～4倍桩径。该方法对灰土桩的倾斜角度、桩径、桩距和桩长等要素进行优化，提高了加固效率并提升了加固效果，为灰土桩加固既有铁路路基关键技术的总结提供有力的参考和借鉴。

【技术实现步骤摘要】
采用灰土桩加固既有铁路路基的方法
本专利技术涉及铁路路基加固领域，具体涉及采用灰土桩加固既有铁路路基的方法。
技术介绍
当前，针对地基处理加固的方法有多种，如预压法、置换法、振动挤密法以及灰土桩加固等。相关研究有：李晓建等采用Plaxis软件对经斜向注浆挤密桩加固前后的路基静动力效果进行了研究，表明斜向注浆挤密桩对重载铁路路基的加强效果明显；伍晓伟等以斜向旋喷桩加固朔黄重载铁路路基工程为背景，结果表明斜向旋喷桩对提高路基稳定性及降低路基面沉降具有积极作用；崔莹等采用统一强度理论，结合桩土变形协调条件，推导出复合地基沉降量与挤密影响区半径的关系式，指出灰土桩最佳挤密深度范围为桩顶至1/3桩长深度之间，挤密影响区半径在1.51～1.68倍桩径之间；王宗文通过多种检测手段对复合地基承载力进行检测，指出灰土桩复合地基用于处理地下水位以上的湿陷性黄土，不仅提高了承载力、消除了湿陷性，而且工程成本低、施工简单；韩龙武等根据灰土桩的工作原理及土的基本物理性质，提出了估算灰土桩复合地基承载力的方法。由于灰土桩加固铁路路基的设计理论尚不完善，导致灰土桩加固的效率和效果均受到极大限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述技术问题，提供一种采用灰土桩加固既有铁路路基的方法，该方法对灰土桩的倾斜角度、桩径、桩距和桩长等要素进行优化，提高了加固效率并提升了加固效果。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：采用灰土桩加固既有铁路路基的方法，所述灰土桩沿路基两侧边坡斜向插入既有铁路路基中，且两侧插入的灰土桩在路基内交叉；所述灰土桩的倾斜角度为30～45°，灰土桩的桩径为0.2～0.35m，灰土桩的桩长与既有铁路路基高度相匹配，灰土桩纵向桩间距为3～4倍桩径。作为一种优选方案，所述铁路路基的最大加固深度为3m。作为一种优选方案，所述灰土桩的倾斜角度为45°。作为一种优选方案，所述灰土桩的桩径为0.25～0.3m。作为一种优选方案，在对斜向灰土桩复合路基设计参数的调整优化时，首先考虑桩长的影响，在合理范围内尽可能增大桩长，其次选择合理的桩轴倾角、桩径及桩间距。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术灰土桩采用30°～45°倾角，可兼顾加固后效果及施工的可行性。(2)本专利技术桩径越大、路基的置换率越大、路基沉降量会有所减小，但桩径超过一定数值后，沉降量对桩径的敏感度有所降低，在进行桩径选择时应充分考虑铁路路基尺寸，一般桩径可取为0.25～0.3m。(3)本专利技术加固既有线铁路路基时，灰土桩的桩间距取为3～4倍桩径。(4)本专利技术斜向灰土桩复合路基的变形对桩长的变化最为敏感，其次是对桩径变化较为敏感，对桩距、倾角的变化的敏感度相对于桩长的影响不明显，因此，若要在本专利技术的基础上对斜向灰土桩复合路基设计参数的调整优化，应首先考虑桩长的影响，在合理范围内尽可能增大桩长，一般取对应基岩上部土层厚度对应的桩长，其次考虑采用增大桩径、增大桩轴与竖向的夹角、减小桩间距，各参数改善量应在适宜范围内。本专利技术可为灰土桩加固既有铁路路基的工程设计和安全评价提供理论依据。附图说明图1为本专利技术斜向灰土桩加固示意图。图2为竖向、斜向桩以及水平桩加固效果图。图3为不同工况下竖向最大位移量示意图。图4为不同倾角下斜向桩加固效果图。图5为最大沉降值与倾角关系图。图6为最大隆起值与倾角关系图。图7为不同桩径下斜向桩加固效果图。图8为最大沉降值与桩径关系图。图9为最大隆起值与桩径关系图。图10为不同桩长下斜向桩加固效果图。图11为最大沉降值与桩长关系图。图12为最大隆起值与桩长关系图。图13为不同桩间距下斜向桩加固效果图。图14为最大沉降值与桩间距关系图。图15为最大隆起值与桩间距关系图。具体实施方式下面结合附图说明和实施例对本专利技术作进一步说明，本专利技术的方式包括但不仅限于以下实施例。大准铁路是国家(八五)计划重点项目，是一条重载运煤铁路线路，东接山西大同，西连内蒙准格尔，长期受重载列车的冲击，加之沿线地区气候恶劣，大准铁路路基出现了翻浆冒泥、路基下沉、路肩开裂等一系列病害。因此，本实施例以在该处加固灰土桩为例进行详细描述。本实施例采用灰土桩加固既有铁路路基的方法，所述灰土桩沿路基两侧边坡斜向插入既有铁路路基中，且两侧插入的灰土桩在路基内交叉；所述灰土桩的倾斜角度为30～45°，灰土桩的桩径为0.2～0.35m，灰土桩的桩长与既有铁路路基高度相匹配，灰土桩纵向桩间距为3～4倍桩径。所述铁路路基的最大加固深度为3m。为对其进行验证，本实施例还对本专利技术选取的参数做了以下研究。首先，为分析路基在灰土桩加固后的沉降变形情况，以现场实际调研数据为准，采用数值模拟分析时，假定以下条件：一，由于铁路路基沿线路方向远大于其宽度和深度方向，分析时作为平面应变问题进行考虑；二，路基土体采用M-C本构模型模拟；三，路基上部结构按照等效荷载考虑，采用弹性本构模型；四，复合地基土体采用矩形实体模型，灰土桩采用圆柱形实体模型，采用混合单元生成网格；五，采用单因素变量法分析不同因素对灰土桩加固铁路路基后的效果。然后，根据大准铁路工程路段典型路堑断面图，路基两侧需预留一定宽度修建深排水沟，除去排水沟宽度，取简化模型尺寸X(路基横断面长度)×Y(路基横断面厚度)×Z(路基深度)为8m×1m×6.6m，以道床与基床接触面为基准面，典型灰土桩加固方案包括竖向桩加固、斜向桩加固(如图1所示)和水平向桩加固。数值计算模型分别在四周及底部施加约束条件，模型底部施加(方向的位移约束为0，模型四周垂直方向施加位移约束为0。根据室内试验#计算模型材料参数如表1所示。表1材料参数表最后，再进行逐项分析。(一)竖向、斜向及水平桩加固效果分析为分析灰土桩在竖向、斜向以及水平等情况下的加固效果，对以下四种工况进行分析：工况一：桩轴倾角90°，加固深度3m；工况二：桩轴倾角45°，加固深度3m；工况三：桩轴倾角45°，加固深度2.12m；工况四：桩轴倾角0°，加固深度3m。数值模拟分析结果如图2所示。根据图2可以看出，无论采用何种形式对铁路路基进行加固，经灰土桩加固后路基最大沉降均位于路基中心线位置，且位移以路基中心线呈对称分布，但在道床坡脚有不同程度隆起，当深度大于3m时，所有加固形式下路基本体竖向位移均几乎为0。根据图2，还总结了不同工况下路基本体的最大沉降量和最大隆起量，如图3所示。由图3可知，四种工况下，工况二加固后的效果最好，最大沉降量为27.66mm，工况一加固效果仅次于工况二，最大沉降量为29.63mm，工况四加固效果最差，最大沉降量为29.54。最大隆起值均位于距离路基中心线3.2m处，即道床坡脚处，四种工况下最大隆起值处于1.6～3.55mm之间，其中工况二隆起值最小。由此可知，四种工况下加固深度为3m的斜向桩加固效果最好，传统的竖向桩加固形式加固后效果仅次于斜向桩，而水平桩加固形式加固效果最差。故进行大准铁路路基下沉、开裂等病害整治时应采用斜向灰土桩。(二)灰土桩倾斜角对加固效果的影响取桩径为0.25m、桩长为3m的灰土桩进行研究，对桩轴倾角分别为30、45、60、75四种加固工况下路基沉降量进行分析，模拟结果如图4所示。由图4可知，经同桩径、桩长，不同倾角的斜向灰土桩加固后，路基的最大沉降均发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.采用灰土桩加固既有铁路路基的方法，其特征在于，所述灰土桩沿路基两侧边坡斜向插入既有铁路路基中，且两侧插入的灰土桩在路基内交叉；所述灰土桩的倾斜角度为30～45°，灰土桩的桩径为0.2～0.35m，灰土桩的桩长与既有铁路路基高度相匹配，灰土桩纵向桩间距为3～4倍桩径。

【技术特征摘要】
1.采用灰土桩加固既有铁路路基的方法，其特征在于，所述灰土桩沿路基两侧边坡斜向插入既有铁路路基中，且两侧插入的灰土桩在路基内交叉；所述灰土桩的倾斜角度为30～45°，灰土桩的桩径为0.2～0.35m，灰土桩的桩长与既有铁路路基高度相匹配，灰土桩纵向桩间距为3～4倍桩径。2.根据权利要求1所述的采用灰土桩加固既有铁路路基的方法，其特征在于，所述铁路路基的最大加固深度为3m。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：于贵，江亚男，张凡，陈俊栋，熊模友，那通兴，曾铁森，吴华丽，
申请(专利权)人：中铁科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51