CN108894062A - 一种沥青混凝土无砟轨道结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无砟轨道结构，包括由级配碎石构成的基床表层和设置在基床表层之上的由钢筋混凝土构成的底座板，在所述基床表层和所述底座板之间还设有封闭层，所述封闭层由具有承载性和防水性的改性沥青混凝土材料构成，并且以全断面铺设的方式设置在所述基床表层与所述底座板之间。

Description

一种沥青混凝土无砟轨道结构

技术领域

本发明涉及高速铁路的路基结构技术领域，特别涉及一种沥青混凝土无砟轨道结构。

背景技术

随着近年来高速铁路的迅速发展，高速列车运营安全对铁路轨道的平顺性和耐久性要求也越来越高。无砟轨道作为当前世界的先进轨道技术，不仅精度高，而且稳定性好，特别适用于行驶速度达到200km/h之上的高速列车。

现有的无砟轨道结构，自上而下一般包括无砟轨道板、底座板、基床表层、基床底层以及路基本体。为了防止雨水等表面水渗入到路基本体而破坏无砟轨道的稳定性及承载力，通常采用的办法是，在无砟轨道的基床表层上的线间与路肩位置设置由纤维混凝土构成的功能层，以实现对无砟轨道封闭防水保护。

但是在实际的应用过程中，仅依靠增设的纤维混凝土层和基床表层很难保证无砟轨道的长期防水及承载的稳定性，特别是由纤维混凝土构成的功能层极易损毁，需要不断的维护，这就增加了无砟轨道的施工成本和高速列车的运行风险。

因此，需要一种防水性好、承载稳定性高且成本较低的无砟轨道结构。

发明内容

本发明提供一种无砟轨道结构，包括由级配碎石构成的基床表层和设置在基床表层之上的由钢筋混凝土构成的底座板，在所述基床表层和所述底座板之间还设有封闭层，所述封闭层由具有承载性和防水性的改性沥青混凝土材料构成，铺设在所述基床表层和所述底座板之间，所述封闭层的铺设断面沿所述基床表层的一侧经所述底座板下方延伸至所述基床表层的另一侧。

优选的，所述无渣轨道结构还包括设置在所述封闭层与所述底座板接触面之间的隔离层。

优选的，所述隔离层由复合土工膜构成。

优选的，所述封闭层呈双人字形或双梯形结构，在线间位置和两侧位置分别设有排水坡。

优选的，所述线间排水坡的坡度不小于3％，所述两侧排水坡的坡度不小于4％。

优选的，所述无砟轨道结构还包括每隔一段纵向距离在线间设置的集水井，所述集水井的纵向坡度不小于2％。

优选的，所述基床底层的两侧具有排水坡的人字形结构，并且由下至上依次包括由A、B组填料构成的第一基床底层和由非冻胀A、B组填料构成的第二基床底层。

优选的，所述第二基床底层还包括设置在中间位置与所述基床表层接触的钢筋混凝土板。

优选的，所述改性沥青混凝土矿料级配应满足以下要求：粒径小于0.075毫米的沥青混合料矿料占比约为4-8％；粒径小于0.3毫米的沥青混合料矿料占比约为7-18％；粒径小于0.6毫米的沥青混合料矿料占比约为9-26％；粒径小于2.36毫米的沥青混合料矿料占比约为20-48％；粒径小于4.75毫米的沥青混合料矿料占比约为34-62％；粒径小于9.5毫米的沥青混合料矿料占比约为60-80％；粒径小于13.2毫米的沥青混合料矿料占比约为76-92％；粒径小于16毫米的沥青混合料矿料占比约为90-100％；粒径小于19毫米的沥青混合料矿料占比约为100％。

优选的，所述各级矿料的级配比例是所述占比上下限的均值。

优选的，所述改性沥青混凝土材料的油石比为4.5-5.2％。

优选的，根据环境温度的不同，将所述改性沥青混凝土材料的油石比增大0.1-0.3％。

优选的，所述改性沥青混凝土材料的增强剂含量不小于8％。

相对于现有技术，本发明取得了如下有益技术效果：

1.本发明提供的无砟轨道结构，通过使用改性沥青混凝土材料构成的全断面封闭层，有效提升了掺水泥级配碎石构成的基床表层的防水能力；

2.本发明提供的无渣轨道结构，简化了轨道的铺设步骤，使得在进行路基本体等结构层铺设时，可以同时将改性沥青混凝土构成的封闭层一次性全断面铺设，节约了铺设成本；

3.本发明提供的由改性沥青混凝土材料构成的封闭层，耐久性好，承重力高，适合作为无砟轨道的结构层长期使用，同时也能够满足无砟轨道对防水以及抗冻耐热的要求；

4.本发明提供的封闭层采用了双人字型或双梯型结构，设置了路肩排水坡、线间排水坡以及线间集水井，能够有效促进无砟轨道路肩和线间的排水；

5.本发明提供的封闭层，通过在其上表面增设复合土工膜构成的隔离层，能够有效降低高速列车运行时导致的底座板与封闭层之间的摩擦，改善封闭层受到的应力状态，提高封闭层的耐久性。

6.本发明提供的无砟轨道结构可以适用于多种类型地段的铺设，例如站场、叉区或曲线段等特殊地段。

附图说明

图1是本发明优选实施例提供的无砟轨道的结构示意图。

图2是本发明另一实施例提供的无砟轨道的结构示意图。

图3是本发明提供的图1所示无砟轨道的局部放大结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一般来说，为了满足高速列车的时速需求，需要严格控制无砟铁路的表面平整性，这就要求无砟铁路的路基表层结构具有很高的承载力和防水性，以免发生沉降、裂缝和破损，同时还要求路基表层结构能够耐高温融化和耐低温冻胀，而现有的无砟轨道表层结构中的级配碎石层，受不同渗水系数差异的影响，其表面平整性随着使用年限的增加大幅度降低；同时，由于现有纤维混凝土构成的功能层抗冻性较差，易产生裂缝，大大降低了功能层的防水效果，现有技术中有采用沥青混凝土材料替换上述纤维混凝土在线间和路肩设置防水功能层，虽然这种方式提高了该功能层的抗冻性，但是这种局部的防水功能层，仍然无法对无砟轨道整个表层形成完整的防水保护，同时，这种在无砟轨道上额外加设功能层的方式也使得轨道铺设工序更加繁杂，增加了铺设成本。

受传统观念的影响，一直以来，人们对沥青混凝土材料的认知存在局限性，认为其承载力无法满足高速铁路中对无砟轨道的承重要求，不适合全断面铺设在无砟轨道的表层，发明人根据多年的高铁建设实践，经大量实验，提出了一种包含改性沥青混凝土材料层的无砟轨道结构，该结构克服了现有对沥青混凝土材料使用方式的技术偏见，不仅能够满足高速列车对无砟轨道的防水性要求，还能够保证无砟轨道的长期稳定性和耐久性。

图1是本发明优选实施例提供的无砟轨道的结构示意图，如图1所示，该结构由下至上依次包括路基本体6、第一基床底层5、第二基床底层4、基床表层3和封闭层2，其中，底座板1由钢筋混凝土构成，路基本体6由A、B组填料或C组填料构成，第一基床底层5由A、B组填料构成，第二基床底层4由非冻胀A、B组填料构成，基床表层3由掺5％水泥级配碎石构成，封闭层2由改性沥青混凝土构成；上述A组是指优质填料，具体包括硬块石，级配良好和细粒土含量小于15％的漂石土和卵石土等；B组是指良好集料，包括不易风化的软块石(胶结物为硅质或钙质)，细粒土含量在15％～30％的漂石土和卵石土等；C组是指一般填料，包括易风化的软块石(胶结物为泥质)，细粒土含量在30％以上的漂石土和卵石土等。

封闭层2全覆盖式铺设在基床表层3与底座板1之间，从基床表层3一侧的排水沟槽处一直延伸至另一侧的排水沟处；优选的，基床表层3的厚度不小于0.4米；封闭层2厚度不小于0.08米；第一基床底层5和第二基床底层4分别不小于1.3米和1.0米；

上述第一基床底层5、第二基床底层4基床表层3和封闭层2均可设置为单人字结构，即在两侧具有4％的横向排水坡用于路肩排水；特别的，在本发明的另一个实施例中，上述封闭层2还可以设置为双人字结构或双梯形结构，即在两侧具有4％的横向排水坡度用于路肩排水，在线间具有3％的横向排水坡用于线间排水，优选的，若封闭层2为双人字型结构，变坡点可设置为底座板1的中心点位置；若封闭层2为双梯形结构，路肩和线间的变坡点分别位于底座板1的边缘内侧0.2米处。

图2是本发明提供的另一无砟轨道的结构示意图，如图2所示，该结构与图1所示的无砟轨道结构相似，区别在于，第二基床底层4两侧靠近路肩的部分由非冻胀A、B组填料构成，中部线间由钢筋混凝土板8(例如C40)构成；该结构特别适用于每隔一段距离(例如，30米)在线间设置的用于线间排水的集水井7，以便防止向下方渗水，优选的，该钢筋混凝土板8的厚度不小于0.8米。

在本发明的一个实施例中，图3是本发明提供的图1所示无砟轨道结构的局部放大示意图，如图3所示，该无砟轨道结构还包括在上述封闭层2和底座板1之间设置的隔离层9，该隔离层9铺设在封闭层2的上表面，用于降低封闭层2与底座板1接触面之间的直接摩擦，能够有效改善封闭层2的受力状态，优选的，该隔离层9的材料可采用复合土工膜，该复合土工膜符合GB/T17642-2008和Q/CR 549.3-2016的要求，优选的，所述隔离层9以两个相邻底座板之间的伸缩缝为中心线对称布置在该中心线两侧。

在本发明的另一个实施例中，铺设上述封闭层2之前，应对基床表层3进行复测，确认基床表层3的中线高程、路肩高程、横坡、平整度满足TB10751-2010的要求；同时，还应对路基护坡、电缆沟槽、接触网支柱基础、线间集水井等进行检查，并对路基变形观测点等装置进行无障碍化处理后方可铺筑封闭层2；并且，在封闭层施工完成后，再进行底座板1及上部轨道结构的施工，且后续施工不会对封闭层产生破坏。

在本发明的一个实施例中，由于本发明提供的采用改性沥青混凝土材料构成的封闭层2除了具有防水功能之外，还具有承载底座板1的功能，因此相比与现有技术中只要求防水性不具有承载性的沥青混凝土材料，本发明提供的构成封闭层2的改性混凝土材料的承载性更好，特别是能够满足对高速铁路长耐久性的要求。

特别的，发明人经大量实验，提出了一种可用于构成上述封闭层2的改性沥青混凝土矿料级配方式，具体为：粒径小于0.075毫米的沥青混合料矿料占比约为4-8％；粒径小于0.3毫米的沥青混合料矿料占比约为7-18％；粒径小于0.6毫米的沥青混合料矿料占比约为9-26％；粒径小于2.36毫米的沥青混合料矿料占比约为20-48％；粒径小于4.75毫米的沥青混合料矿料占比约为34-62％；粒径小于9.5毫米的沥青混合料矿料占比约为60-80％；粒径小于13.2毫米的沥青混合料矿料占比约为76-92％；粒径小于16毫米的沥青混合料矿料占比约为90-100％；粒径小于19毫米的沥青混合料矿料占比约为100％；其中，最佳级配范围为上述各级占比上下限的均值。

在本发明的一个实施例中，上述封闭层2所采用的改性沥青混凝土材料的油石比优选为4.5-5.2％，根据环境温度的不同，还可以适当增大0.1-0.3％以便降低空隙率。

在本发明的一个实施例中，为了使上述封闭层2所采用的改性沥青混凝土材料能够满足低温环境的使用，还可以在材料中添加增强剂，优选比例为8％。

相比于现有的沥青碎石混合料，本发明提供的采用上述组分制成的改性沥青混凝土材料具有高度的力学稳定性，防水性好，粘聚力强，特别适用于类似高速铁路等要求长期耐久性的建筑需求，即使在长期动载荷的作用下，依然可以为运行安全提供有效保障。

尽管在上述实施例中，采用了不小于0.08米厚的封闭层2进行了举例来说明本发明提供的无砟轨道结构，但本领域普通技术人员应理解，在其它实施例中，还可以根据无砟轨道的实际铺设地理位置和环境要求，调整封闭层2的厚度来使其满足防水及抗冻耐高温的要求；另外，上述用于固定封闭层2与基床表层3的方式还包括但不限于洒透层沥青油等。

虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (13)

1.一种无砟轨道结构，包括由级配碎石构成的基床表层和设置在基床表层之上的由钢筋混凝土构成的底座板，在所述基床表层和所述底座板之间还设有封闭层，所述封闭层由具有承载性和防水性的改性沥青混凝土材料构成，铺设在所述基床表层和所述底座板之间，所述封闭层的铺设断面沿所述基床表层的一侧经所述底座板下方延伸至所述基床表层的另一侧。

2.根据权利要求1所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述无渣轨道结构还包括设置在所述封闭层与所述底座板接触面之间的隔离层。

3.根据权利要求2所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述隔离层由复合土工膜构成。

4.根据权利要求1所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述封闭层呈双人字形或双梯形结构，在线间位置和两侧位置分别设有排水坡。

5.根据权利要求2所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述线间排水坡的坡度不小于3％，所述两侧排水坡的坡度不小于4％。

6.根据权利要求3所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述无砟轨道结构还包括每隔一段纵向距离在线间设置的集水井，所述集水井的纵向坡度不小于2％。

7.根据权利要求1所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述基床底层的两侧具有排水坡的人字形结构，并且由下至上依次包括由A、B组填料构成的第一基床底层和由非冻胀A、B组填料构成的第二基床底层。

8.根据权利要求7所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述第二基床底层还包括设置在中间位置与所述基床表层接触的钢筋混凝土板。

9.根据权利要求1所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述改性沥青混凝土矿料的级配应满足以下要求：粒径小于0.075毫米的沥青混合料矿料占比约为4-8％；粒径小于0.3毫米的沥青混合料矿料占比约为7-18％；粒径小于0.6毫米的沥青混合料矿料占比约为9-26％；粒径小于2.36毫米的沥青混合料矿料占比约为20-48％；粒径小于4.75毫米的沥青混合料矿料占比约为34-62％；粒径小于9.5毫米的沥青混合料矿料占比约为60-80％；粒径小于13.2毫米的沥青混合料矿料占比约为76-92％；粒径小于16毫米的沥青混合料矿料占比约为90-100％；粒径小于19毫米的沥青混合料矿料占比约为100％。

10.根据权利要求9所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述各级矿料的级配比例是所述为占比上下限的均值。

11.根据权利要求1所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述改性沥青混凝土材料的油石比为4.5-5.2％。

12.根据权利要求11所述的无砟轨道结构，其特征在于，根据环境温度的不同，将所述改性沥青混凝土材料的油石比增大0.1-0.3％。

13.根据权利要求1所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述改性沥青混凝土材料的增强剂含量不小于8％。