CN103266546B - 季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构 - Google Patents

Abstract

季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，以有效控制基床范围内填土的含水量不超过起始冻胀含水量，从源头上防止冻胀变形的发生，从而使之满足无砟轨道高速铁路对基床结构变形的控制要求，保证轨道结构的高平顺性、稳定性和耐久性。该路堤基床包括在路堤本体之上由下而上依次填筑的基床下底层、排水型基床上底层、排水型基床表层、路基面防水层；路堤本体横向两侧设置排水边沟；路堤基床的设计冻深由路基面防水层上表面至路堤本体上表面。

Description

季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构

技术领域

本发明涉及高速铁路无砟轨道，特别涉及一种季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构。

背景技术

无砟轨道是一种用强度高、刚度大的混凝土材料取代松散道砟材料的轨道结构形式，其自身保持几何状态的能力及稳定性增强，维修工作量减小，在国内外高速铁路中被广泛采用。但无砟轨道结构最大的不足在于对线下基础的不均匀变形适应能力较差，一旦结构产生破坏，不仅影响行车的舒适性和安全，维修的难度也较大，故对线下基础的强度、刚度、塑性变形以及纵横向的均匀性提出了严格的要求。

对于在季节性冻土地区修建的无砟轨道高速铁路，路基上部结构产生的冻胀变形对轨道结构的影响往往不可忽略，过大的冻胀变形可能影响线路平顺性，甚至导致混凝土支承层（底座）的开裂，轨道结构状态恶化，影响行车安全及其长期服役性能。所以，如何克服路基上部结构（冻结深度范围内）的冻胀变形是季节性冻土地区无砟轨道高速铁路的关键技术问题之一。

路基产生冻胀变形的条件是：首先需要土体中有足够的水分；其次是大气温度降低使得土体中出现负温。因此，防止冻胀变形的发生根本措施也应该从如何有效地控制土体中含水量或采用相应的保温措施以防止出现负温这两个方面入手。在路基表层铺设保温材料是最早采取冻胀防治的措施，它通过所铺设保温材料的阻热作用，减少天然地表向路基传递的冷量，从而达到减小路基冻胀的效果。当整个路基结构较长时间的置于低温大气环境下时，该方法的保温效果也不尽理想。同时，铺设保温材料的工序较复杂、成本偏高，不适用于大规模修建路基时使用，应用于高速铁路上部结构中，长期动荷载作用下其耐久性难以保证。因而，采取有效措施，将路基上部结构的含水量始终控制在起始冻胀含水量以下，方能从根本上解决冻胀变形问题。诚然，路基工程的防排水措施历来受到重视，如边沟、排水沟、截水沟的设置；在地基表面铺设防水垫层防止地下水的渗入路堤等措施都是路基工程常用的防排水手段。然而，对于无砟轨道高速铁路几近苛刻的毫米级变形控制要求，如何将冻胀变形控制在合理的范围内，已经超出现有技术对岩土工程防冻胀问题的理解，也没有可供直接借鉴的经验。

综上所述，随着无砟轨道高速铁路在季节性冻土地区的大规模修建，迫切需要一套系统的适用于季节性冻土地区的无砟轨道高速铁路路堤基床结构及其构筑方法，实现对冻胀变形有效控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，以有效控制基床范围内填土的含水量不超过起始冻胀含水量，从源头上防止冻胀变形的发生，从而使之满足无砟轨道高速铁路对基床结构变形的控制要求，保证轨道结构的高平顺性、稳定性和耐久性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：该路堤基床包括在路堤本体之上由下而上依次填筑的基床下底层、排水型基床上底层、排水型基床表层、路基面防水层；路堤本体横向两侧设置排水边沟；路堤基床的设计冻深由路基面防水层上表面至路堤本体上表面。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案如下：

本发明的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：该路堤基床包括在路堤本体之上由下而上依次填筑的基床以下排水层、排水型基床底层、排水型基床表层、路基面防水层；路堤本体横向两侧设置排水边沟；路堤基床的设计冻深由路基面防水层上表面至路堤本体上表面。

本发明的有益效果是，解决了现有技术存在的难题，能有效地控制基床范围内填土的含水量不超过起始冻胀含水量，从源头上防止冻胀变形的发生，从而使之满足无砟轨道高速铁路对基床结构变形的控制要求，保证轨道结构的高平顺性、稳定性和耐久性；施工工艺简单，技术合理，填筑质量易控制，可以进行大规模、流水化的作业，施工效率高、施工质量好。

附图说明

本说明书包括如下两幅附图：

图1是本发明季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构实施例1的断面示意图；

图2是本发明季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构实施例2的断面示意图

图中示出构造及所对应的标记：路基面防水层1、排水型基床表层2、排水型基床上底层3a、排水型基床底层3b、基床下底层4a、基床以下排水层4b、路堤本体5、排水边沟6、设计冻深Z。

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示出的实施例1，本发明的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，包括在路堤本体5之上由下而上依次填筑的基床下底层4a、排水型基床上底层3a、排水型基床表层2、路基面防水层1。路堤本体5横向两侧设置排水边沟6。路堤基床的设计冻深Z由路基面防水层1上表面至路堤本体5上表面。该实施例1是适用于冻深较浅地区（设计冻深小于2.7m）的路堤基床结构，设计冻深Z为Z₁+0.5m，Z₁为区域实测冻深标准值，通常，路基面防水层1的厚度为0.1m，排水型基床表层2的厚度为0.3m，排水型基床上底层3a的厚度为Z-0.4m，基床下底层4a的厚度为2.7–Zm。

参照图1，路基面防水层1可以有效的阻止地表水的下渗；若少量的地表水下渗，排水型基床表层2、排水型基床上底层3a采用渗水土填筑，可以保证渗入基床内的水及时的排出基床外。基床中路基面防水层1、排水型基床表层2、排水型基床上底层3a共同组成了基床结构综合防排水系统，在满足基床结构承载要求的同时，有效防止基床中含水量超过初始冻胀含水量，达到防止冻胀的目的。为利于排水，路堤本体5、基床下底层4a、排水型基床上底层3a、排水型基床表层2的上表面均设置5%的路拱横坡，路基面防水层1顶面按相应设计规范［《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009）］设置路拱横坡。

路基面防水层1的填筑材料为沥青混凝土填筑，其渗透系数k≥10^-6cm/s，抗弯拉强度R_B≥4Mpa，冻融劈裂强度比TSR≥70%，标准马歇尔稳定度MS≥5kN。排水型基床表层2的填筑材料为级配碎石，其压实后满足K30≥190MPa/m、压实系数≥0.97、Evd≥55MPa、渗透系数k≥10^-3cm/s。排水型基床上底层3a的填筑材料为A、B组填料，其压实后应满足碎石类及粗砾土K₃₀≥150MPa/m或砂类土及细砾土K₃₀≥130MPa/m、压实系数≥0.95、E_vd≥40MPa/m、渗透系数k≥10^-3cm/s。基床下底层4填筑材料为A、B组填料，其中对A、B组填料其压实后应满足碎石类及粗砾土K₃₀≥150MPa/m或砂类土及细砾土K₃₀≥130MPa/m、压实系数≥0.95，E_vd≥40MPa/m。上述A、B组填料，应同时满足《铁路路基设计规范》（TB10001-2005）和《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009）的相关指标要求。路堤本体5填筑并压实后满足碎石类及粗砾土K₃₀≥130MP_a/m或砂类土及细砾土K₃₀≥110MPa/m、压实系数≥0.92。

参照图2示出的实施例2，本发明的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，包括在路堤本体5之上由下而上依次填筑的基床以下排水层4b、排水型基床底层3b、排水型基床表层2、路基面防水层1；路堤本体5横向两侧设置排水边沟6；路堤基床的设计冻深Z由路基面防水层1上表面至路堤本体5上表面。该实施例2是适用于冻深较深地区（设计冻深大于2.7m）的路堤基床结构，设计冻深Z为Z₁+0.5m，Z₁为区域实测冻深标准值，通常，路基面防水层1的厚度为0.1m，排水型基床表层2的厚度为0.3m，排水型基床底层3b的厚度为2.3m、基床以下排水层4b的厚度为Z–2.7m。

参照图2，路基面防水层1可以有效的阻止地表水的下渗。若少量的地表水下渗，排水型基床表层2、排水型基床底层3b、基床以下排水层4b均采用渗水土填筑，可以保证渗入基床内的水及时的排出基床外。基床中路基面防水层1、排水型基床表层2、排水型基床底层3b、基床以下排水层4b共同组成了基床结构综合防排水系统，在满足基床结构承载要求的同时，有效防止基床中含水量超过初始冻胀含水量，达到防止冻胀的目的。为处于排水，路堤本体5、基床以下排水层4b、排水型基床底层3b、排水型基床表层2的上表面均设置5%的路拱横坡，路基面防水层1顶面按相应设计规范［《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009）］设置路拱横坡。

路基面防水层1的填筑材料为沥青混凝土填筑，其渗透系数k≥10^-6cm/s，抗弯拉强度R_B≥4Mpa，冻融劈裂强度比TSR≥70%，标准马歇尔稳定度MS≥5kN。排水型基床表层2的填筑材料为级配碎石，其压实后满足K₃₀≥190MPa/m、压实系数≥0.97、E_vd≥55MPa、渗透系数k≥10-³cm/s。排水型基床底层3b填筑材料为A、B组填料，其压实后碎石类及粗砾土K₃₀≥150MPa/m或砂类土及细砾土K₃₀≥130MPa/m、压实系数≥0.95，E_vd≥40MPa/m、渗透系数k≥10^-3cm/s。基床以下排水层4b的填筑材料为A、B组填料，其压实后碎石类及粗砾土K₃₀≥130MPa/m或砂类土及细砾土K₃₀≥110MPa/m、压实系数≥0.92、渗透系数k≥10^-3cm/s。上述A、B组填料，应同时满足《铁路路基设计规范》（TB10001-2005）和《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009）的相关指标要求。所述路堤本体5填筑并压实后满足碎石类及粗砾土K₃₀≥130MPa/m或砂类土及细砾土K₃₀≥110MPa/m、压实系数≥0.92。

Claims (16)

1.季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：该路堤基床包括在路堤本体(5)之上由下而上依次填筑的基床下底层(4a)、排水型基床上底层(3a)、排水型基床表层(2)、路基面防水层(1)；路堤本体(5)横向两侧设置排水边沟(6)；路堤基床的设计冻深Z由路基面防水层(1)上表面至路堤本体(5)上表面。

2.如权利要求1所述的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：所述路基面防水层(1)的填筑材料为沥青混凝土填筑，其渗透系数k≥10^-6cm/s，抗弯拉强度R_B≥4Mpa，冻融劈裂强度比TSR≥70％，标准马歇尔稳定度MS≥5kN。

3.如权利要求1所述的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：所述排水型基床表层(2)的填筑材料为级配碎石，其压实后满足K₃₀≥190MPa/m、压实系数≥0.97、E_vd≥55MPa、渗透系数k≥10^-3cm/s。

4.如权利要求1所述的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：所述排水型基床上底层(3a)的填筑材料为A、B组填料，其压实后满足碎石类及粗砾土K₃₀≥150MPa/m或砂类土及细砾土K₃₀≥130MPa/m、压实系数≥0.95、E_vd≥40MPa/m、渗透系数k≥10^-3cm/s。

5.如权利要求1所述的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：所述基床下底层(4a)填筑材料为A、B组填料，其中对A、B组填料其压实后满足碎石类及粗砾土K₃₀≥150MPa/m或砂类土及细砾土K₃₀≥130MPa/m、压实系数≥0.95，E_vd≥40MPa/m。

6.如权利要求1所述的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：所述路堤本体(5)填筑并压实后满足碎石类及粗砾土K₃₀≥130MPa/m或砂类土及细砾土K₃₀≥110MPa/m、压实系数≥0.92。

7.如权利要求1所述的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：所述设计冻深Z为Z₁+0.5m，Z₁为区域实测冻深标准值；路基面防水层(1)的厚度为0.1m，排水型基床表层(2)的厚度为0.3m，排水型基床上底层(3a)的厚度为Z-0.4m，基床下底层(4a)的厚度为2.7–Zm。

8.如权利要求1至7任意一项所述的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：所述路堤本体(5)、基床下底层(4a)、排水型基床上底层(3a)、排水型基床表层(2)的上表面设置5％的路拱横坡，路基面防水层(1)顶面按相应设计规范设置路拱横坡。

9.季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：该路堤基床包括在路堤本体(5)之上由下而上依次填筑的基床以下排水层(4b)、排水型基床底层(3b)、排水型基床表层(2)、路基面防水层(1)；路堤本体(5)横向两侧设置排水边沟(6)；路堤基床的设计冻深(Z)由路基面防水层(1)上表面至路堤本体(5)上表面。

10.如权利要求9所述的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：所述路基面防水层(1)的填筑材料为沥青混凝土填筑，其渗透系数k≥10^-6cm/s，抗弯拉强度R_B≥4Mpa，冻融劈裂强度比TSR≥70％，标准马歇尔稳定度MS≥5kN。

11.如权利要求9所述的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：所述排水型基床表层(2)的填筑材料为级配碎石，其压实后满足K₃₀≥190MPa/m、压实系数≥0.97、E_vd≥55MPa、渗透系数k≥10^-3cm/s。

12.如权利要求9所述的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：所述排水型基床底层(3b)填筑材料为A、B组填料，其压实后满足碎石类及粗砾土K₃₀≥150MPa/m或砂类土及细砾土K₃₀≥130MPa/m、压实系数≥0.95，E_vd≥40MPa/m、渗透系数k≥10^-3cm/s。

13.如权利要求9所述的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：所述基床以下排水层(4b)的填筑材料为A、B组填料，其压实后满足碎石类及粗砾土K₃₀≥130MPa/m或砂类土及细砾土K₃₀≥110MPa/m、压实系数≥0.92、渗透系数k≥10^-3cm/s。

14.如权利要求9所述的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：所述路堤本体(5)填筑并压实后满足碎石类及粗砾土K₃₀≥130MPa/m或砂类土及细砾土K₃₀≥110MPa/m、压实系数≥0.92。

15.如权利要求9所述的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：所述设计冻深Z为Z₁+0.5m，Z₁为区域实测冻深标准值；路基面防水层(1)的厚度为0.1m、排水型基床表层(2)的厚度为0.3m，排水型基床底层(3b)的厚度为2.3m、基床以下排水层(4b)的厚度为Z–2.7m。

16.如权利要求9至15任意一项所述的季节性冻土地区无砟轨道高速铁路路堤基床结构，其特征是：所述路堤本体(5)、基床以下排水层(4b)、排水型基床底层(3b)、排水型基床表层(2)的上表面设置5％的路拱横坡，路基面防水层(1)顶面按相应设计规范设置路拱横坡。