CN101144256A - 无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基及其构筑方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基及其构筑方法。该路基包括：钢筋混凝土桩(20)，沿路基纵向、横向间隔设置；加筋垫层(10)，铺设于钢筋混凝土桩(20)的上方；土质路基(30)，填筑于加筋垫层(10)之上。本发明充分利用桩－网－土三者的共同作用原理来满足无碴轨道的强度与沉降变形要求，克服了高路堤结构沉降量及差异沉降量大而低路堤结构动力影响程度大的缺点，具有整体性强、稳定性好、坚固耐用，轨道变形小，且累积变形小等优点，有利于高速行车，可大大减小养护维修工作量、降低养护维修作业强度和改善养护维修作业条件。施工工艺简单，能有效地降低建设成本，并符合环保的要求，因而具有广阔的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁路路基及其构筑方法，特别涉及一种高速铁路无碴轨道路基及其构筑方法。
背景技术
随着列车运行速度不断提高，对路基结构的形式提出了新的要求。以往高速铁路无碴轨道多铺设在隧道内、高架结构和桥梁上，后来逐步扩大到土质路基上。
由于高速铁路对线路的高平顺性、稳定性、耐久性等均提出了新的要求，对路基地基的总沉降、工后沉降及差异沉降量都有严格限制。传统的路基结构，采用高路堤时，总沉降及工后沉降量较大、差异沉降难以控制；而采用低路堤结构，动力对地基的影响显著，由于动力对地基的影响，工后沉降及差异沉降难以控制。传统的设计方案只是将路基方案改为桥梁结构，以桥代路。相比而言，桥梁结构的横向稳定性方面较差，尤其在曲线段上，横向稳定性问题成为设计考虑的主要因素。
我国高速铁路建设规模大、线路长，区域地质条件复杂，若采用桥梁结构则造价太高，将严重影响高速铁路的发展速度。因此，在资金投入有限的前提下，迫切需要寻求一种强度高、刚度大、稳定性和耐久性好，并且的新结构路基，这种新结构路基的施工工艺应当简单、适当的建设成本并符合环保的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基，它具有强度高、刚度大、稳定性和耐久性好的特点。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：本发明的无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基，其特征是它包括：带帽钢筋混凝土桩，沿路基纵向、横向间隔设置；加筋垫层，铺设于钢筋混凝土桩的上方；土质路基，填筑于加筋垫层之上。
作为本发明的一种优选方案，所述钢筋混凝土桩的顶端固结有桩帽。桩帽的设置可充分发挥钢筋混凝土桩桩顶和承载范围，从而进一步减小路基的差异沉降。
作为对上述优选方案的进一步优化，所述加筋垫层由从下到上依次铺设的第一层级配碎石层、第一层土工格栅层、第二层级配碎石层、第二层土工格栅层、第三层级配碎石层构成；或者，所述加筋垫层由从下到上依次铺设的第一层级配碎石层、第一层土工格栅层、第二层配碎石层、复合土工膜层、第三层配碎石层、第二层土工格栅层和第四层级配碎石层构成。
本发明无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基综合了双块式轨枕埋入式无碴轨道和板式无碴轨道与复合地基结构的各自特点，充分利用桩-网-土三者的共同作用原理来满足无碴轨道的强度与沉降变形要求，克服了高路堤结构沉降量及差异沉降量大而低路堤结构动力影响程度大的缺点，具有整体性强、稳定性好、坚固耐用，轨道变形小，且累积变形小等优点，有利于高速行车，可大大减小养护维修工作量、降低养护维修作业强度和改善养护维修作业条件。作为一种刚性路基，既可用于无碴轨道铁路深厚软弱地基加固，也可用于旧线改造中已建土质路堤的加固、无碴轨道道岔区等。
本发明所要解决的另一技术问题是提供一种上述无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基的构筑方法。
本发明无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基的构筑方法包括如下步骤：①沿路基纵横向间隔布设灌注的钢筋混凝土桩；②铺设加筋垫层；③填筑土质路基。
本发明无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基构筑方法，施工工艺简单，能有效地降低建设成本，并符合环保的要求，因而具有广阔的推广应用前景。
附图说明
本说明书包括有如下六幅附图：
图1是本发明无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基的横断面示意图；
图2是本发明无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基的横断面的局部放大示意图；
图3是本发明无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基的加筋垫层的一种结构示意图；
图4是本发明无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基的加筋垫层的另一种结构示意图；
图5是本发明无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基在高路堤情况时的结构示意图；
图6是本发明无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基的加筋垫层级配碎石要求的颗粒级配曲线图。
图中标记及所对应的部件、部位：钢轨1、混凝土基础2、轨道板3、土拱4、加筋垫层10、第一层土工格栅层111、第二层土工格栅层112、复合土工膜层113、第一层级配碎石层121、第二层级配碎石层122、第三层级配碎石层123、第四层级配碎石层124、钢筋混凝土桩20、桩帽201、扩展角度θ、土质路基30、原筑土质路基301。
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，本发明的无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基，它包括：钢筋混凝土桩20，沿路基纵向、横向间隔设置；加筋垫层10，铺设于钢筋混凝土桩20的上方；土质路基30，填筑于加筋垫层10之上。
本发明无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基综合了双块式轨枕埋入式无碴轨道和板式无碴轨道与复合地基结构的各自特点，充分利用桩-网-土三者的共同作用原理来满足无碴轨道的强度与沉降变形要求，克服了高路堤结构沉降量及差异沉降量大而低路堤结构动力影响程度大的缺点，具有整体性强、稳定性好、坚固耐用，轨道变形小，且累积变形小等优点，有利于高速行车，可大大减小养护维修工作量、降低养护维修作业强度和改善养护维修作业条件。作为一种刚性路基，既可用于无碴轨道铁路深厚软弱地基加固，也可用于旧线改造中已建土质路堤的加固、无碴轨道道岔区等。
为充分发挥钢筋混凝土桩桩顶和承载范围，从而进一步减小路基的差异沉降，参照图1，所述钢筋混凝土桩20的顶端固结有桩帽201。所述桩帽201的横截面通常呈圆形或方形，其直径或边长为钢筋混凝土桩20桩体直径的2～3倍，参照图3，桩帽201的扩展角度θ宜为40～60°。
所述加筋垫层10的厚度一般为40～50cm，其构成通常可采用后述两种典型的配置形式：参照图3，所述加筋垫层10由从下到上依次铺设的第一层级配碎石层121、第一层土工格栅层111、第二层级配碎石层122、第二层土工格栅层112、第三层级配碎石层123构成；参照图4，所述加筋垫层10由从下到上依次铺设的第一层级配碎石层121、第一层土工格栅层111、第二层配碎石层122、复合土工膜层113、第三层配碎石层123、第二层土工格栅层112和第四层级配碎石层124构成。
在钢筋混凝土桩20的上方铺设第一层级配碎石层121后再铺设第一层土工格栅层111，可有限地避免钢筋混凝土桩桩顶边缘对土工格栅的切割作用。第一层土工格栅层111、第二层土工格栅层112均应采用低应变高强度双向土工格栅，其极限抗拉强度不小于80KN/m，标称强度延伸率不大于10％，网孔尺寸80～150mm。
所述加筋垫层10中铺设复合土工膜层113，能很好地起到隔水的作用，以有效地避免地基中的水对土质路基30部分的浸入。复合土工膜层113宜采用“土工布--土工膜--土工布”结构的复合土工膜，其土工布为无纺土工布，每平方重量不小于100g，土工膜的厚度不小于0.4mm。
所述加筋垫层10的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6所示的要求。由级配良好的级配碎石与土工格栅(和复合土工膜)组成的加筋垫层10是上部土质路基30与下部桩土加固区的过渡区，起调整桩土竖向荷载分担比与桩土应力比作用，从而使桩-网-土形成有机整体共同承担荷载及减小沉降。
为满足列车高速运行时的安全性、舒适性要求，最大限度地实现线路少维修甚至免维修，钢筋混凝土桩网结构路基的设计应在结构强度、纵横向稳定性、各组成部分的耐久性、减振性以及实现线路高平顺性等方面作为设计技术的关键。列车荷载选用标准荷载。在通过大量的室内大比例动态模型试验、离心机模型试验、现场实车走行试验及长期测试试验研究的基础上，结合现场行车的实测结果，确定钢筋混凝土桩网结构路基的各项系数，当路堤高度小于或等于土拱4高度时，该无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基的动载分项系数为1.4，冲击动力系数为0.5，结构重要性系数1.1；当路堤高度大于土拱4高度时，动载分项系数为1.0，不考虑冲击动力的影响，冲击动力系数为0，结构重要性系数为1.0。恒载与动载都按静载考虑。上述参数为钢筋混凝土桩网结构的动力仿真计算和设计提供参考。从高速铁路设计和运营实践以及实测结果看，根据此设计荷载系数确定的轨道板/道床板、钢筋混凝土基础，及加筋垫层的设计承载能力可满足高速铁路无碴轨道的结构强度要求，并具有一定的安全储备。
参照图1和图2，用于安装钢轨1的轨道板3与钢筋混凝土基础2固结，然后直接置于土质路基30上。与轨道板3固结并位于轨道板3下的钢筋混凝土基础2根据设计荷载大小，设计时应满足强度和弹性要求并考虑足够的安全储备来确定。
既有线提速及在建的普速铁路设计方案改为高速铁路时必然设计到对已填筑的路基进行强化处理。处理原则是将工后沉降控制在较小的范围。处理措施可采用从已填筑的路基高度处设置钢筋混凝土桩网结构路基。处理深度应根据工点工程地质条件、沉降控制标准等综合考虑。图4是本发明无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基用于处理已填高路堤情况的横断面示意图，参照该图，无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基的钢筋混凝土桩20从原筑土质路基301处钻孔灌注，完毕后铺设加筋垫层10，之后再填筑剩余的土质路基30。
本发明的无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基的构筑方法，包括如下步骤：
①沿路基纵横向间隔布设灌注的钢筋混凝土桩20；
②铺设加筋垫层10；
③填筑土质路基30。
根据地质条件及施工要求，所述步骤①中，钢筋混凝土桩20采用钻孔灌注或预制打入工艺成桩。成孔方法可采用机械钻孔；桩身主筋宜采用HPB235钢筋；钢筋保护层厚度不应小于6.0cm；根据工程地质及水文地质条件(包括地形、地质、持力层埋深及倾斜情况、地下水的腐蚀情况)合理确定混凝土材料，一般选用C25～C30。施工工艺为先将下部路堤垫平填实，钻机按设计桩位就位，钻孔到设计深度，清孔，钢筋笼制作及吊放，导管法灌注混凝土。钢筋混凝土桩20的的直径或边长为0.40～0.6m，混凝土等级为C20～30，桩身通长或至少在桩身上部5m范围布置构造钢筋。桩帽201的横截面呈圆形或方形，其直径或边长宜为钢筋混凝土桩20桩体直径的2～3倍。桩帽201的高度宜为桩体直径的1～2倍。桩帽201的扩展角度θ宜为40～60°。
所述步骤②中，第一层土工格栅层111、第二层土工格栅层112应密排放置、连接牢固，在铺设上层土工格栅时，应使上下层接头错开距离不小于0.5m，土工格栅应拉直、绷紧，不得有褶皱和破损。施工填筑的顺序为：铺设第一层级配碎石层121、第一层土工格栅层111、第二层级配碎石层122、第二层土工格栅层112、第三层级配碎石层123；或者铺设第一层级配碎石层121、第一层土工格栅层111、第二层级配碎石层121、复合土工膜层113、第三层级配碎石层123、第二层土工格栅层112和第四层级配碎石层124。级配碎石铺筑松铺系数可按1.15考虑，对摊铺的级配碎石遵循“先两侧后中央，先静压后振动，时速2km/h，作业面上压路机械不调头、不转弯”的原则进行全断面静压，人工处理坑洼和集料窝。钢筋混凝土桩20桩顶至第一层土工格栅层111间的第一层级配碎石层121的高度应大于10cm，第一层土工格栅层111、第二层土工格栅层112间的第二层级配碎石层122的高度应大于10cm；第一层土工格栅层111与复合土工膜层113之间铺设的第二层级配碎石层122的高度应大于5cm，复合土工膜层113与第二层土工格栅层112之间铺设的第三层配碎石层123的高度应大于5cm；第二层土工格栅层112之上的第三层配碎石层123或第四层级配碎石层124的高度应大于10cm；加筋垫层10的压实系数不小于0.95，空隙率不大于28％。各级配碎石层的颗粒级配要良好，混合料的配合比颗粒级配需满足图6所示的要求。
所述步骤③中，土质路基30的填料应能满足高速铁路所要求的填筑强度与密实度等要求，压实标准见表1所示。
表1 土质路基压实标准
| 压实标准 | ||||
| 地基系数K30(MPa/m) | 变形模量EV2(MPa) | 动态变形模量Evd(MPa) | 孔隙率n | |
| 基床表层 | ≥190 | ≥120 | ≥50 | <18％ |
| 基床底层 | ≥130 | ≥60 | ≥35 | <28％ |
| 下部路堤 | ≥110 | ≥45 | - | <28％ |
本发明无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基构筑方法，施工工艺简单，能有效地降低建设成本，并符合环保的要求，因而具有广阔的推广应用前景
Claims (10)
1.无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基，其特征是它包括：
a.钢筋混凝土桩(20)，沿路基纵向、横向间隔设置；
b.加筋垫层(10)，铺设于钢筋混凝土桩(20)的上方；
c.土质路基(30)，填筑于加筋垫层(10)之上。
2.如权利要求1所述的无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基，其特征是：所述钢筋混凝土桩(20)的顶端固结有桩帽(201)。
3.如权利要求2所述的无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基，其特征是：所述桩帽(201)的横截面呈圆形或方形，其直径或边长为钢筋混凝土桩(20)桩体直径的2～3倍；桩帽(201)的高度为桩体直径的1～2倍；桩帽(201)的扩展角度θ为40～60°。
4.如权利要求2所述的无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基，其特征是：所述加筋垫层(10)由从下到上依次铺设的第一层级配碎石层(121)、第一层土工格栅层(111)、第二层级配碎石层(122)、第二层土工格栅层(112)、第三层级配碎石层(123)构成。
5.如权利要求2所述的无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基，其特征是：所述加筋垫层(10)由从下到上依次铺设的第一层级配碎石层(121)、第一层土工格栅层(111)、第二层配碎石层(122)、复合土工膜层(113)、第三层配碎石层(123)、第二层土工格栅层(112)和第四层级配碎石层(124)构成。
6.如权利要求4或5所述的无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基，其特征是：所述土第一层土工格栅层(111)、第二层土工格栅层(112)采用低应变高强度双向土工格栅，其极限抗拉强度不小于80KN/m，标称强度延伸率不大于10％，网孔尺寸80～150mm。
7.如权利要求5所述的无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基，其特征是：所述复合土工膜层(113)采用“土工布--土工膜--土工布”结构的复合土工膜，其土工布为无纺土工布，每平方重量不小于100g，土工膜的厚度不小于0.4mm。
8.如权利要求1所述的无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基，其特征是：当路堤高度小于或等于土拱(4)高度时，该无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基的动载分项系数为1.4，冲击动力系数为0.5，结构重要性系数1.1；当路堤高度大于土拱(4)高度时，动载分项系数为1.0，不考虑冲击动力的影响，冲击动力系数为0，结构重要性系数为1.0。
9.如权力要求1所述的无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基的构筑方法，包括如下步骤：
①沿路基纵横向间隔布设灌注的钢筋混凝土桩(20)；
②铺设加筋垫层(10)；
③填筑土质路基(30)。
10.如权力要求8所述无碴轨道钢筋混凝土桩网结构路基的构筑方法，其特征在于：所述步骤①中，钢筋混凝土桩(20)采用钻孔灌注或预制打入工艺成桩，其直径或边长为0.40～0.6m，混凝土等级为C20～30，桩身通长或至少在桩身上部5m范围布置构造钢筋。
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