CN105926397B - 一种路基防冻胀融沉的四向减压及自复位装置 - Google Patents

Abstract

本发明结合我国季节冻土区既有铁路路基的冻胀与融沉病害，基于应力解除法研发了一种路基防冻胀融沉的四向减压及自复位装置。该装置由支撑箱体、自进式锚杆、活动板和弹簧组装置组成，其中自进式锚杆防止土体冻胀时本装置与冻土一起隆起，其他部件实现减压和自复位功能。当土体冻结时，产生冻胀力，推动四个方向活动板向内移动，释放冻胀力，弹簧蓄能，减小或消除路基冻胀量；当土体消融时，土体刚度减弱，蓄能的弹簧就会推动四个方向活动板向外移动，挤压土体，增大路基刚度，减小路基融沉量。本装置价格低廉、可现场拼装、施工简单、耐久性好、可循环使用、维护更换方便等特点，在防治路基冻害方面具有广阔的应用前景。

Description

一种路基防冻胀融沉的四向减压及自复位装置

技术领域

本发明涉及铁路路基防冻胀与融沉的装置，特别涉及一种针对我国北方季节冻土区的既有铁路路基防冻胀与融沉的四向减压及自复位装置。

背景技术

冻土可分为季节性冻土和多年冻土，其中季节性冻土占中国领土面积的一半以上。在季节性冻土区，路基填土的冻胀融沉会造成路基面不均匀冻胀和融沉，严重时，会危及行车安全。

目前，既有铁路路基防治冻害的主要措施有：换填法、物理化学法、排水隔水法和冻害垫板顺坡法等。换填法是用粗砂、砾砂、砂卵石等非冻胀性的土置换既有路基冻胀性土，换填后可保证路基不冻胀，但这种方法工作面大，时间长，工序多，要中断行车，在既有路基冻害整治工程中很少采用。物理化学法是在路基填土中加入某些物质(比如工业盐)，改变土粒与水之间的相互作用，使土体中的水分迁移强度及其冰点发生变化，从而消弱土的冻胀，该方法施工简便，但需要每年秋季作业，费用较大，保持时间不长，且对环境、钢轨及扣件造成污染和腐蚀。排水隔水法是降低地下水位、减少季节冻融层范围内路基土体的含水量、隔断水的补给源和排除地表水的方法，这种方法在实际应用中很难把路基中的水分排出，施工工序较多，且对于路堑地段的冻害无法实现相应功能，因此无法达到满意效果。冻害垫板顺坡法是在路基冻胀时，在钢轨与轨枕之间垫入竹板或橡胶垫板进行顺坡，且在冻害上涨期间必须坚持随起随垫的作业原则，冻土消融时再撤出垫板顺坡，且冻害回落期间必须坚持随落随撤的作业原则，该方法重复作业，很难一次垫到位、一次撤到底，工作量非常大，费时费力。

为更好地解决季节冻土区既有铁路路基冻害的问题，本次提出的一种基于应力解除法路基防冻胀融沉的四向减压及自复位装置是由钢筋混凝土箱体、钢筋混凝土活动板、弹簧组装置和自进式锚杆组成。本装置强度高、刚度大，埋入路基中能满足路基对承载力和变形的要求。冬季路基土体冻胀时，土体中产生冻胀力，冻胀力推动四个方向的活动板发生向内的位移，释放路基中的冻胀力，达到减小或消除路基冻胀量的目的，同时弹簧组装置蓄能；夏季路基土体融化时，活动板周围路基土体强度降低，刚度减弱，弹簧组装置蓄的能量再反过来推动四个方向的活动板，活动板分别向四个方向挤压路基土体，可增大路基土体刚度和密度，达到减小路基土体融沉量的目的。如此往复，可减小路基土体冻胀和融沉的危害。与目前工程中常用的处理路基土体冻胀融沉方法相比，该装置可大大降低路基维修工作量和节省路基养护维修费用，具有很重要的工程应用价值和社会效益，在解决季节冻土区路基冻害方面具有广阔的应用前景。

发明内容

针对季节冻土区铁路路基冻害的问题，本次提出了一种基于应力解除法路基防冻胀融沉的四向减压及自复位装置。

本发明由以下部分组成：自进式锚杆、钢筋混凝土箱体、钢筋混凝土活动板、弹簧组装置以及四氟板。

本装置主要部件的功能是：设计了四根自进式锚杆与钢筋混凝土箱体通过螺栓连接，可防止路基土体冻胀时带动本装置一起隆起，具有抗拔的作用；弹簧组装置采用套筒模式，可防止弹簧倾斜、滑落或卡住，弹簧刚度系数应根据当地实测的路基土体冻胀力确定，并依据冻胀力的分布形式布置弹簧组的安装位置，使各弹簧受力相等，保证活动板在装置内仅发生平动位移；钢筋混凝土活动板承受冻胀力和弹簧组的作用力，应有一定的强度和刚度，在预制时根据弹簧组装置的位置预留孔位，便于现场安装、固定弹簧组装置，固定弹簧组装置时应使弹簧有一定的预压缩量，以便抵消路基填土产生的主动土压力。四氟板的作用之一是防止活动板与箱体底板、侧板之间冻结，减小活动板移动时的摩阻力，另一作用是防止活动板向前移动时，土颗粒进入箱体，导致活动板不能自复位，降低其工作效率。

本发明的技术效果是：土体冻胀时，土中水结冰膨胀，冻土体积相应增大，产生冻胀力，就会推动四个方向钢筋混凝土活动板向内移动，释放冻胀力，并使弹簧组装置蓄能，减小或消除路基的冻胀量；土体消融时，土中冰融化成水，土体体积缩小，刚度降低，弹簧所蓄能量就会推动四个活动板向外移动，挤压土体，增大路基土体刚度和强度，减小路基土的融沉变形。本装置采用四向减压，即装置四个方向的活动板都能独立发挥作用，故大大提高了本装置的工作效率。

本发明的优点是：

(1)可现场拼装，施工便利。本装置各部件采用螺栓现场拼装而成，运输和施工方便；利用工务维修天窗，即可施工；

(2)耐久性好，节约投资。本装置一旦埋设到位，可循环工作，省时省力；并降低路基冻害养护维修工作量，大大降低养护维修费用；

(3)维护更换方便。若装置失效后，可及时更换即可恢复功效；实用性好、操作方便、价格低廉，易于推广应用。

(4)四向减压，效果明显。

(5)可采用人工挖坑埋设，不需大型机械且作业时间短。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明装置沿路基纵向的布置图；

图2是本发明装置在路基横断面上的布置图；

图3是本发明装置主要结构俯视剖面图；

图4是本发明装置主要结构主视剖面图；

图5是本发明装置主要结构侧视剖面图；

图6是本发明装置弹簧部件主视图和俯视图；

图7是本发明装置主要结构配筋图。

图中：1.自进式锚杆，2.钢筋混凝土箱体，3.箱体底板，4.预留螺栓孔，5.箱体侧板，6.空心立柱，7.箱体顶板，8.钢筋混凝土活动板，9.空心立柱下预埋螺栓，10.空心立柱上预埋螺栓，11.箱体侧板下预埋螺栓，12.箱体侧板上预埋螺栓，13.四氟板，14.四氟板立板，15.弹簧组装置，16.带螺纹的导杆，17.弹簧，18.钢套筒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

步骤一：施工准备。通过现场试验测定冻害地段的路基填土物理力学参数(包括冻胀力及其分布)，依据冻胀力的大小和分布模式计算弹簧组装置15的弹簧刚度系数和布置位置；然后预制该装置各个构件，预制的构件包括箱体顶板7、内部粘贴四氟板13的箱体侧板5和箱体底板3、侧面粘贴四氟板立板14和底部粘贴四氟板13的钢筋混凝土活动板8，预埋了钢套筒18的空心立柱6；现场施工时间最好选取在秋季路基土体未上冻之前。

步骤二：开挖坑槽。依据天窗点时间，在既有铁路路基上施工时，先拆除一根轨枕并扒开轨枕下部道砟，然后，人工挖出与该装置尺寸相同的坑槽。

步骤三：设置自进式锚杆1。按箱体底板3预留螺栓孔4位置相对应地方，将四根自进式锚杆1打入地基中，打入深度在当地冻结线以下300cm。

步骤四：现场拼装。将箱体底板3与四个箱体侧板5和空心立柱6通过箱体侧板下预埋螺栓11及空心立柱下预埋螺栓9连接；将弹簧17套在钢套筒18上，然后将四块钢筋混凝土活动板8放入箱体中，将带螺纹的导杆16从钢筋混凝土活动板8的预留孔里穿入到钢套筒18中，并用螺母将带螺纹的导杆16固定在钢筋混凝土活动板8上。

步骤五：放置钢筋混凝土箱体2。将拼装好的钢筋混凝土箱体2放入挖好的坑槽中，箱体底板3上预留的螺栓孔4要与自进式锚杆1对准放置，并用螺帽固定。

步骤六：安装箱体顶板7，恢复线路原貌。放置箱体顶板7，通过空心立柱上预埋螺栓10及箱体侧板上预埋螺栓12与箱体顶板7栓接，然后回填坑槽并压实，恢复道砟及轨枕，施工完毕。

Claims (1)

1.一种用于路基防冻胀融沉的四向减压及自复位装置，该装置由自进式锚杆(1)、钢筋混凝土箱体(2)、钢筋混凝土活动板(8)、弹簧组装置(15)以及四氟板(13)、四氟板立板(14)组成，其特征在于：自进式锚杆(1)打入深度在当地冻结线以下300cm，并通过螺栓与箱体底板(3)相连，钢筋混凝土活动板(8)与钢筋混凝土箱体(2)之间通过弹簧组装置(15)相连接，在箱体底板(3)、一部分箱体侧板(5)内侧及钢筋混凝土活动板(8)底面粘贴四氟板(13)，钢筋混凝土活动板(8)粘贴两条四氟板立板(14)；箱体底板(3)与箱体侧板(5)通过箱体侧板下预埋螺栓(11)连接，箱体的中部空心立柱(6)与箱体底板(3)通过空心立柱下预埋螺栓(9)连接，箱体顶板(7)通过空心立柱上预埋的螺栓(10)、箱体侧板上预埋螺栓(12)与空心立柱(6)、箱体侧板(5)连接组成支撑钢筋混凝土箱体(2)；预制时嵌固于空心立柱(6)上的钢套筒(18)、弹簧(17)以及用螺母固定于钢筋混凝土活动板(8)上的带螺纹的导杆(16)组成了弹簧组装置(15)。