一种采空区场地高速铁路可纠偏路基结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种采空区场地高速铁路可纠偏路基结构及施工方法，属工程建设及检测技术领域。

背景技术

我国拥有丰富的地下资源，在过去几十年间因开采造成的地面塌陷面积不断扩大。随着经济的快速发展，近年来我国高速铁路网已逐渐形成“四纵四横”规模，凭借惊人的发展速度以及过硬的实力，我国高铁已赢得国际社会高度认可。但由于地下资源开采大省诸多采空区的存在，使得高速铁路的规划普及变得困难，严重滞后了我国交通事业的发展。而高铁动车机组对路基不均匀沉降又极为敏感，桥墩结构对沉降应变能力较差且成本相对较高，铁路运营过程中只能利用列车运行中短暂的天窗期进行纠偏，既保证生产又保障安全的要求难度极大。因此，找到一种适用于采空区场地高速铁路抗变形可纠偏路基形式迫在眉睫。

公开号为CN207582209U的实用新型专利，提供了一种高速铁路路基变形修复结构，其提出的技术方案中，仅仅提供出一种路基沉降监测方法，只通过压力盒数据变化对路基上拱情况进行拉伸，不能监测路基产生不均匀沉降情况，也难以保证路基抗变形效果，路基变形后不能采取纠偏措施补救

因此，找到一种适用于采空区场地高速铁路可纠偏路基结构及施工方法，以克服当前现有设备存在的不足，满足实际工程作业的需要。

发明内容

本发明目的就在于克服上述不足，提供一种采空区场地高速铁路可纠偏路基结构及施工方法，该发明可以降低桩基桥墩的建设数量，减少路基建设成本造价，可以消除地基不均匀沉降造成的不良影响，具有一定的抗变形能力；并在采空区地基出现大的剩余沉降时，能够精确监测和判断形变量，并可实现对沉降形变量进行精确纠偏调节作业，此外另具有良好的防水蚀和消除动荷载产生的共振效应传递的能力，从而极大的提高了降低采空区桥梁设施建设及运行的安全性和可靠性。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种采空区场地高速铁路可纠偏路基结构，包括桥台、可纠偏转承平台、级配碎石垫层、路基填料、抗压拱梁、沥青防水层、混凝土应力计及数据接收终端，桥台共两个，可纠偏转承平台位于两个桥台之间并与桥台分布在同一直线方向，且可纠偏转承平台下端面通过级配碎石垫层与路基连接，可纠偏转承平台通过抗压拱梁与桥台连接，路基填料包覆在桥台、可纠偏转承平台上端面，沥青防水层包覆在路基填料上端面的，其中桥台上端面与抗压拱梁连接位置设搭接凹槽，搭接凹槽与水平面平行分布，与桥台、可纠偏转承平台连接线间垂直分布，且桥台通过搭接凹槽与抗压拱梁连接，混凝土应力计若干，嵌于桥台、可纠偏转承平台之间的各抗压拱梁中相邻两个抗压拱梁之间位置，且各混凝土应力计分别与数据接收终端间建立数据连接。

进一步的，所述的可纠偏转承平台包括复合筏板基础、支撑台、纠偏支架、千斤顶，其中所述复合筏板基础为轴向截面呈矩形的柱状结构，其上端面设轴向截面呈倒置三角形的承载腔，所述支撑台共两个，对称分布在复合筏板基础轴线两侧，并与承载腔上端面滑动连接，所述支撑台包括台体、插接块，所述插接块与台体前端面连接，并沿台体前端面轴线方向呈城垛结构间隔分布，且两个支撑台的插接块间交叉分布，所述插接块为横断面呈等腰三角形的块状结构，所述插接块对应的承载腔底部设平移轨道，各插接块分别嵌入在一条平移轨道内并与平移轨道滑动连接，且所述平移轨道与承载腔底部平行分布，其下端面嵌入复合筏板基础上端面至少5毫米，所述的台体上端面设至少一条与台体上端面平行分布的导槽，且两支撑台上的导槽以复合筏板基础轴线对称分布，所述纠偏支架位于复合筏板基础正上方并与复合筏板基础同轴分布，所述纠偏支架下端面通过导槽分别与两支撑台上端面滑动连接，下端面另通过千斤顶与复合筏板基础上端面连接，且纠偏支架与千斤顶同轴分布，所述纠偏支架包括承载台、导向底座、滑条、搭接凹槽，其中所述承载台为横断面呈等腰梯形的条状结构，所述导向底座为横断面呈倒置等腰三角形的导向底座，所述导向底座上端面与承载台下端面连接，所述滑条若干，对称分布在导向底座两侧外表面，且导向底座通过滑条与支撑台的导槽滑动连接，所述搭接凹槽共两条，对称分布在承载台两侧外表面，搭接凹槽与承载台轴线平行分布，所述承载台通过搭接凹槽与抗压拱梁连接。

进一步的，所述的承载腔横断面呈钝角等腰三角形结构，且承载腔底部顶角角度为110°—160°夹角。

进一步的，所述的支撑台的台体为横断面呈等腰梯形及直角梯形中任意一种结构，支撑台的插接块为横断面呈等腰三角形结构，横断面呈矩形的块状结构，且插接块与台体同轴分布。

进一步的，所述的抗压拱梁包括Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块、Ⅲ型抗压块、防水沙，其中所述Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块均为横断面呈矩形的板状结构，且Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块前侧面设定位凸起、后侧面设定位槽，所述Ⅲ型抗压块为横断面呈矩形的板状结构，其前侧面和后侧面均设定位凸起，所述定位凸起、定位槽与Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块、Ⅲ型抗压块轴线平行分布，且相邻的Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块、Ⅲ型抗压块间通过定位凸起、定位槽相互连接，其中所述Ⅱ型抗压块内另设注沙通道、排沙口，所述注沙通道嵌于Ⅱ型抗压块内并贯穿Ⅱ型抗压块，所述排沙口若干，沿Ⅱ型抗压块轴线方向均布，嵌于Ⅱ型抗压块下端面并与Ⅱ型抗压块下端面垂直分布，且各排沙口上端面与注沙通道连通，下端面位于Ⅱ型抗压块下端面位置，并与Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块、Ⅲ型抗压块之间间隙连通，所述防水沙嵌于注沙通道、排沙口及Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块、Ⅲ型抗压块之间间隙中，所述Ⅲ型抗压块两侧通过定位凸起分别与Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块定位槽连接，所述Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块间通过定位凸起和定位槽连接。

进一步的，所述的Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块中，Ⅱ型抗压块若干，沿桥台、可纠偏转承平台连接线方向分布，且一端位置的Ⅱ型抗压块与Ⅲ型抗压块连接，另一端的Ⅱ型抗压块通过若干Ⅰ型抗压块与桥台连接。

进一步的，所述的Ⅲ型抗压块与桥台、可纠偏转承平台之间通过Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块连接，且Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块间相互间隔分布。

进一步的，所述的混凝土应力计嵌于抗压拱梁内，且混凝土应力计嵌于抗压拱梁的Ⅲ型抗压块与Ⅱ型抗压块连接接缝之间位置，并与数据接收终端间通过无线通讯网络及在线通讯网络中任意一种或两种共用建立数据连接。

一种采空区场地高速铁路可纠偏路基结构的施工方法，包括如下步骤：

S1，建设桥台，根据煤矿采空区建（构）筑物地基处理技术规范（GB 51180-2016）甲级设计等级标准，对地基进行处理后，在规划线路的采空区沉降影响范围外选定首尾桥台位置，并采用重力式桥墩结构及工艺进行施工建设，并在桥台预留搭接凹槽，且搭接凹槽内另预留连接用钢筋网连接端头，同时预设至少一个数据接收终端备用；

S2，预制件构建，在进行S1步骤施工时，同步根据采空区长度范围进行路基拱度和可纠偏转承平台位置、结构设计规划，并生成建设施工方案，然后根据建设施工方案对构成抗压拱梁的Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块、Ⅲ型抗压块及构成可纠偏转承平台的支撑台、纠偏支架进行预制，并对预制件进行至少7×24小时连续养护后备用；

S3，可纠偏转承平台建设，根据S2步骤的建设施工方案首先对可纠偏转承平台进行基坑开挖，然后在基坑底部铺设厚度为30-60cm级配碎石垫层，然后进行可纠偏转承平台的复合筏板基础进行施工建设，并对复合筏板基础对应的基坑四周采用地下连续墙围护，复合筏板基础上端面进行防水处理，然后由S2步骤制备的预制件对构成可纠偏转承平台的支撑台、纠偏支架、千斤顶进行装配施工，并在支撑台上预留预留搭接凹槽，且搭接凹槽内另预留连接用钢筋网连接端头，然后由千斤顶对支撑台的高度进行调节，达到S2步骤制定的建设施工方案要求，通过定位机构对支撑台位置进行承载定位即可；

S4，抗压拱梁施工，完成可纠偏转承平台施工后，即可根据S2步骤制定的建设施工方案对构成抗压拱梁的Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块、Ⅲ型抗压块及防水沙施工作业，并在施工中对混凝土应力计进行施工定位，同时将混凝土应力计与S1步骤中数据接收终端建立数据连接，最后驱动千斤顶对支撑台位置调整，通过支撑台位移实现对Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块、Ⅲ型抗压块间间距及压力进行同步调整，并由混凝土应力计对Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块、Ⅲ型抗压块受力情况进行记录，直至达到S2步骤制定的建设施工方案要求即可；

S5，道路铺设，完成S4步骤施工后，即可进行路基填料、沥青防水层铺设，从而完成桥梁施工，并在完成施工后拆除千斤顶即可进行通车运行；

S6，沉降纠偏，当场地发生沉降时，通过混凝土应力计对形变产生的应力进行检测，判断沉降形变量，然后驱动千斤顶运行，有千斤顶驱动支撑台位移，从而消除沉降形变应力和对形变沉降量进行纠偏修正，并在完成纠偏修正后，通过定位机构对支撑台位置进行承载定位即可。

本发明可以降低桩基桥墩的建设数量，减少路基建设成本造价，可以消除地基不均匀沉降造成的不良影响，具有一定的抗变形能力；并在采空区地基出现大的剩余沉降时，能够精确监测和判断形变量，并可实现对沉降形变量进行精确纠偏调节作业，此外另具有良好的防水蚀和消除动荷载产生的共振效应传递的能力，从而极大的提高了降低采空区桥梁设施建设及运行的安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为可纠偏转承平台结构示意图；

图3为复合筏板基础结构示意图；

图4为支撑台结构示意图；

图5为纠偏支架结构示意图；

图6为Ⅰ型抗压块结构示意图；

图7为Ⅱ型抗压块结构示意图；

图8为Ⅲ型抗压块结构示意图；

图9为本发明具体施工工艺流程图。

具体实施方式

如图1—8所示，一种采空区场地高速铁路可纠偏路基结构，包括桥台1、可纠偏转承平台2、级配碎石垫层3、路基填料4、抗压拱梁5、沥青防水层6、混凝土应力计7及数据接收终端8，桥台1共两个，可纠偏转承平台2位于两个桥台1之间并与桥台1分布在同一直线方向，且可纠偏转承平台2下端面通过级配碎石垫层3与路基连接，可纠偏转承平台2通过抗压拱梁5与桥台1连接，路基填料4包覆在桥台1、可纠偏转承平台2上端面，沥青防水层6包覆在路基填料4上端面的，其中桥台1上端面与抗压拱梁5连接位置设搭接凹槽9，搭接凹槽9与水平面平行分布，与桥台1、可纠偏转承平台2连接线间垂直分布，且桥台1通过搭接凹槽9与抗压拱梁5连接，混凝土应力计7若干，嵌于桥台1、可纠偏转承平台2之间的各抗压拱梁5中相邻两个抗压拱梁5之间位置，且各混凝土应力计7分别与数据接收终端8间建立数据连接。

重点说明的，所述的可纠偏转承平台2包括复合筏板基础21、支撑台22、纠偏支架23、千斤顶24，其中所述复合筏板基础21为轴向截面呈矩形的柱状结构，其上端面设轴向截面呈倒置三角形的承载腔25，所述支撑台22共两个，对称分布在复合筏板基础21轴线两侧，并与承载腔25上端面滑动连接，所述支撑台22包括台体221、插接块222，所述插接块222与台体221前端面连接，并沿台体221前端面轴线方向呈城垛结构间隔分布，且两个支撑台22的插接块222间交叉分布，所述插接块222为横断面呈等腰三角形的块状结构，所述插接块222对应的承载腔25底部设平移轨道223，各插接块222分别嵌入在一条平移轨道223内并与平移轨道223滑动连接，且所述平移轨道223与承载腔25底部平行分布，其下端面嵌入复合筏板基础21上端面至少5毫米，所述的台体221上端面设至少一条与台体221上端面平行分布的导槽224，且两支撑台22上的导槽224以复合筏板基础21轴线对称分布，所述纠偏支架23位于复合筏板21基础正上方并与复合筏板21基础同轴分布，所述纠偏支架23下端面通过导槽224分别与两支撑台22上端面滑动连接，下端面另通过千斤顶24与复合筏板基础21上端面连接，且纠偏支架23与千斤顶24同轴分布，所述纠偏支架23包括承载台231、导向底座232、滑条233、搭接凹槽9，其中所述承载台231为横断面呈等腰梯形的条状结构，所述导向底座232为横断面呈倒置等腰三角形的导向底座232，所述导向底座232上端面与承载台231下端面连接，所述滑条233若干，对称分布在导向底座232两侧外表面，且导向底座232通过滑条233与支撑台22的导槽224滑动连接，所述搭接凹槽9共两条，对称分布在承载台231两侧外表面，搭接凹槽9与承载台231轴线平行分布，所述承载台231通过搭接凹槽9与抗压拱梁5连接。

进一步优化的，所述的承载腔25横断面呈钝角等腰三角形结构，且承载腔25底部顶角角度为110°—160°夹角。

同时，所述的支撑台22的台体221为横断面呈等腰梯形及直角梯形中任意一种结构，支撑台22的插接块222为横断面呈等腰三角形结构，横断面呈矩形的块状结构，且插接块222与台体221同轴分布。

与此同时，所述的抗压拱梁5包括Ⅰ型抗压块51、Ⅱ型抗压块52、Ⅲ型抗压块53、防水沙54，其中所述Ⅰ型抗压块51、Ⅱ型抗压块52均为横断面呈矩形的板状结构，且Ⅰ型抗压块51、Ⅱ型抗压块52前侧面设定位凸起55、后侧面设定位槽56，所述Ⅲ型抗压块53为横断面呈矩形的板状结构，其前侧面和后侧面均设定位凸起55，所述定位凸起55、定位槽56与Ⅰ型抗压块51、Ⅱ型抗压块52、Ⅲ型抗压块53轴线平行分布，且相邻的Ⅰ型抗压块51、Ⅱ型抗压块52、Ⅲ型抗压块53间通过定位凸起55、定位槽56相互连接，其中所述Ⅱ型抗压块52内另设注沙通道57、排沙口58，所述注沙通道57嵌于Ⅱ型抗压块52内并贯穿Ⅱ型抗压块52，所述排沙口58若干，沿Ⅱ型抗压块52轴线方向均布，嵌于Ⅱ型抗压块52下端面并与Ⅱ型抗压块52下端面垂直分布，且各排沙口58上端面与注沙通道57连通，下端面位于Ⅱ型抗压块52下端面位置，并与Ⅰ型抗压块51、Ⅱ型抗压块52、Ⅲ型抗压块53之间间隙连通，所述防水沙54嵌于注沙通道57、排沙口58及Ⅰ型抗压块51、Ⅱ型抗压块52、Ⅲ型抗压块53之间间隙中，所述Ⅲ型抗压块53两侧通过定位凸起55分别与Ⅰ型抗压块51、Ⅱ型抗压块52定位槽56连接，所述Ⅰ型抗压块51、Ⅱ型抗压块52间通过定位凸55起和定位槽56连接。

进一步优化的，所述的Ⅰ型抗压块51、Ⅱ型抗压块中52，Ⅱ型抗压块52若干，沿桥台1、可纠偏转承平台2连接线方向分布，且一端位置的Ⅱ型抗压块52与Ⅲ型抗压块53连接，另一端的Ⅱ型抗压块52通过若干Ⅰ型抗压块51与桥台1连接。

进一步优化的，所述的Ⅲ型抗压块53与桥台1、可纠偏转承平台2之间通过Ⅰ型抗压块51、Ⅱ型抗压块52连接，且Ⅰ型抗压块51、Ⅱ型抗压块52间相互间隔分布。

本实施例中，所述的混凝土应力计7嵌于抗压拱梁5内，且混凝土应力计7嵌于抗压拱梁5的Ⅲ型抗压块53与Ⅱ型抗压块51连接接缝之间位置，并与数据接收终端8间通过无线通讯网络及在线通讯网络中任意一种或两种共用建立数据连接。

如图9所示，一种采空区场地高速铁路可纠偏路基结构的施工方法，包括如下步骤：

S1，建设桥台，根据煤矿采空区建（构）筑物地基处理技术规范（GB 51180-2016）甲级设计等级标准，对地基进行处理后，在规划线路的采空区沉降影响范围外选定首尾桥台位置，并采用重力式桥墩结构及工艺进行施工建设，并在桥台预留搭接凹槽，且搭接凹槽内另预留连接用钢筋网连接端头，同时预设至少一个数据接收终端备用；

S2，预制件构建，在进行S1步骤施工时，同步根据采空区长度范围进行路基拱度和可纠偏转承平台位置、结构设计规划，并生成建设施工方案，然后根据建设施工方案对构成抗压拱梁的Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块、Ⅲ型抗压块及构成可纠偏转承平台的支撑台、纠偏支架进行预制，并对预制件进行至少7×24小时连续养护后备用；

S3，可纠偏转承平台建设，根据S2步骤的建设施工方案首先对可纠偏转承平台进行基坑开挖，然后在基坑底部铺设厚度为30-60cm级配碎石垫层，然后进行可纠偏转承平台的复合筏板基础进行施工建设，并对复合筏板基础对应的基坑四周采用地下连续墙围护，复合筏板基础上端面进行防水处理，然后由S2步骤制备的预制件对构成可纠偏转承平台的支撑台、纠偏支架、千斤顶进行装配施工，并在支撑台上预留预留搭接凹槽，且搭接凹槽内另预留连接用钢筋网连接端头，然后由千斤顶对支撑台的高度进行调节，达到S2步骤制定的建设施工方案要求，通过定位机构对支撑台位置进行承载定位即可；

S4，抗压拱梁施工，完成可纠偏转承平台施工后，即可根据S2步骤制定的建设施工方案对构成抗压拱梁的Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块、Ⅲ型抗压块及防水沙施工作业，并在施工中对混凝土应力计进行施工定位，同时将混凝土应力计与S1步骤中数据接收终端建立数据连接，最后驱动千斤顶对支撑台位置调整，通过支撑台位移实现对Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块、Ⅲ型抗压块间间距及压力进行同步调整，并由混凝土应力计对Ⅰ型抗压块、Ⅱ型抗压块、Ⅲ型抗压块受力情况进行记录，直至达到S2步骤制定的建设施工方案要求即可；

S5，道路铺设，完成S4步骤施工后，即可进行路基填料、沥青防水层铺设，从而完成桥梁施工，并在完成施工后拆除千斤顶即可进行通车运行；

S6，沉降纠偏，当场地发生沉降时，通过混凝土应力计对形变产生的应力进行检测，判断沉降形变量，然后驱动千斤顶运行，有千斤顶驱动支撑台位移，从而消除沉降形变应力和对形变沉降量进行纠偏修正，并在完成纠偏修正后，通过定位机构对支撑台位置进行承载定位即可。

本发明可以降低桩基桥墩的建设数量，减少路基建设成本造价，可以消除地基不均匀沉降造成的不良影响，具有一定的抗变形能力；并在采空区地基出现大的剩余沉降时，能够精确监测和判断形变量，并可实现对沉降形变量进行精确纠偏调节作业，此外另具有良好的防水蚀和消除动荷载产生的共振效应传递的能力，从而极大的提高了降低采空区桥梁设施建设及运行的安全性和可靠性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和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说明本发明的原理，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范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。