CN109082948B - 一种底座板伸缩缝下沥青混凝土层的防裂结构及实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种底座板伸缩缝下沥青混凝土层的防裂结构及实施方法，在底座板伸缩缝附近，与沥青混凝土层接触部位，自沥青混凝土层顶面，依次布设隔离缓冲层、剪切保护层。隔离缓冲层减小沥青混凝土层与底座板间的局部粘结摩擦作用，同时缓冲上部底座板的收缩变形；剪切保护层则实现对底座板伸缩缝处隔离缓冲层的局部保护，防止底座板对隔离缓冲层的剪切破坏。本发明所提出的结构施工易控制，能够有效减小因上部轨道结构温度变化和温度梯度导致的沥青混凝土层内产生的裂缝，进而提升沥青混凝土层的服役性能。

Description

一种底座板伸缩缝下沥青混凝土层的防裂结构及实施方法

技术领域

本发明涉及铁路运输工程技术领域，更具体说是一种新型无砟轨道结构底座板与线下沥青混凝土层间的结构及实施方法。

背景技术

在无砟轨道底座板与基床表层之间全断面设置一层厚度约5-10cm的密实型沥青混凝土层是高铁无砟轨道结构的新型防水封闭方案。相比传统纤维混凝土防水封闭方案，这种结构具有更好的防水封闭效果、施工简便、易于维护等优点。在该新型防水结构中，沥青混凝土层采用机械化作业沿纵向连续摊铺碾压方式成型，纵向连续结构，宽度与基床顶面相同。而其上表面所支撑的底座板则为非连续的现浇配筋混凝土结构，通常为每20米设置一道宽约1cm的横向伸缩缝，伸缩缝采用柔性材料填充。工程实践表明，在无任何构造性措施的情况下，季节性温度变化下上部结构的收缩易使伸缩缝附近的沥青混凝土层产生横向裂缝，如不及时修复，将降低沥青混凝土层的整体防水性能，影响高铁路基的服役性能。

从结构受力角度看，伸缩缝附近的沥青混凝土层开裂与无砟轨道结构特性密切相关。因沥青混凝土层为无伸缩缝的纵向连续结构，而混凝土底座板为长约20m的非连续现浇配筋混凝土结构，沥青混凝土层与混凝土底座板的层间摩擦和粘结发挥着较强的传递水平力和变形的作用；季节性温度变化会使得底座板端部产生整体伸缩，同时混凝土板温度梯度的影响底座板将产生翘曲变形，伸缩缝处将产生较大的伸缩和剪切，这会驱动底座板伸缩缝附近的沥青混凝土层产生较大拉伸与压缩变形，反复作用易导致伸缩缝附近的沥青混凝土层产生横向裂缝。

目前，针对连续结构，常通过设置伸缩缝等消除整体结构的温度应变影响，防止温度裂缝的产生。若在底座板伸缩缝处沥青混凝土层预切横缝，其长度和宽度不易确定，以及工程实践表明，伸缩缝填料常出现失效的情况，故预切横缝存在很大的不足。无砟轨道结构中沥青混凝土层的较大应变是由于上部轨道结构温度收缩变形所致，且应变在底座板伸缩缝处存在集中效应，同时在一定环境条件下，该集中应变的幅值和范围与层间的摩擦粘结状态存在很大关系。本发明提出了一种可有效减小底座板伸缩缝处局部范围内沥青混凝土层与底座板之间的摩擦粘结作用，能够解决沥青混凝土层底座板伸缩缝处的开裂问题的结构。具有施工易控制、免于维修等特点，能够有效减小沥青混凝土层因上部轨道结构反复收缩产生的裂缝，进而提升沥青混凝土层的服役性能。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种底座板伸缩缝下沥青混凝土层的防裂结构及实施方法，适用于含全断面沥青混凝土层的无砟轨道结构，可有效解决低温环境下温度变化时，因沥青混凝土层适应低温变形能力较弱，在底座板与沥青混凝土层的摩擦粘结作用下，纵向连续的沥青混凝土层在底座板伸缩缝处产生的应力集中现象问题，有效减小沥青混凝土层的温度应变，防止沥青混凝土温度裂缝的产生，具有施工易控制、免于维修等优点，是一种可以提升沥青混凝土层服役性能的新型结构型式。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种底座板伸缩缝下沥青混凝土层的防裂结构，包括：隔离缓冲层、剪切保护层；

所述隔离缓冲层位于沥青混凝土层与底座板之间，厚度在3-5mm之间，布置长度为底座板伸缩缝处两侧各1-2m，宽度与底座板宽度一致；

所述剪切保护层厚度在0.2-0.5mm之间，长度与底座板宽度一致，宽度为30-50cm，布置于底座板伸缩缝处隔离缓冲层与底座板之间，底座板伸缩缝与剪切保护层长度方向中心轴重合，即剪切保护层关于底座板伸缩缝对称布置。

本发明提出的一种底座板伸缩缝下沥青混凝土层的防裂结构的实施方法，包括以下操作：

（1）该结构布置在沥青混凝土层施工完成后、底座板现浇模板安装前完成；

（2）根据放样确定底座板的长度、宽度范围和伸缩缝位置；

（3）根据位置确定，对底座板伸缩缝处两侧各2m范围内的沥青混凝土层表面进行清扫，不得出现明显的尖角和凹坑，清扫宽度应比底座板宽度范围两侧大，约15cm；

（4）铺设隔离缓冲层。

隔离缓冲层厚度为3-5mm，根据工程实际环境合理确定隔离缓冲层铺设长度，建议但不限于纵向对称铺设，底座板伸缩缝左右两侧各1-2m，铺设宽度与实际工程应用的底座板宽度一致。

隔离缓冲层应尽可能与沥青混凝土层充分接触，避免出现褶皱和脱空。

（5）根据底座板伸缩缝位置，在隔离缓冲层与底座板之间安装剪切保护层。

剪切保护层厚度为0.2-0.5mm，长度与底座板宽度一致，宽度为30-50cm。

剪切保护层长度方向与底座板纵向方向垂直，且剪切保护层关于底座板伸缩缝对称安装。

（6）安装底座板模板，完成底座板浇筑，完成此结构。

本发明的有益效果是：

本发明所述的一种底座板伸缩缝下沥青混凝土层的防裂结构的实施方法，施工易控制，免维修；可以有效减小沥青混凝土层与底座板间的摩擦粘结作用，从而减小底座板伸缩缝处沥青混凝土层内温度应变幅值，有效防止温度裂缝产生，提升沥青混凝土层的服役性能。

附图说明

图1为本发明结构的纵向断面图；

图2为本发明结构的俯视图；

图3位本发明结构的实施例的纵向断面图；

图4为结构不同铺设长度下的温度应变幅值缩减效果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图1、2所示为一种底座板伸缩缝下沥青混凝土层的防裂结构的构造。包括：底座板伸缩缝处两侧长度各为L、宽度与底座板宽度一致的隔离缓冲层1，长度为底座板宽度一致、宽度为l的剪切保护层2。

正常情况下，底座板直接浇筑在沥青混凝土层上，两层之间无任何结构处理措施，沥青混凝土层能够防止路基范围内雨水侵入路基。但在低温环境下，沥青混凝土适应低温变形能力较弱，沥青混凝土层和上部轨道结构材料在温度变化下收缩性能不一，在底座板与沥青混凝土层的摩擦粘结作用下，纵向连续的沥青混凝土层在底座板伸缩缝处便会产生应力集中现象，使得沥青混凝土层在底座板伸缩缝处易产生温度裂缝，导致雨水进入路基，威胁路基稳定安全。

因此，本发明中特别增加了隔离缓冲层1，布置于沥青混凝土层与底座板之间，隔离缓冲层1既能够有效隔离底座板与沥青混凝土层之间的摩擦粘结，从而减小底座板伸缩缝处沥青混凝土的温度应变，还能有效缓冲上部底座板的收缩变形对沥青混凝土层的影响。同时为减小伸缩缝处底座板对隔离缓冲层1的竖向剪切作用，在伸缩缝处隔离缓冲层与底座板间设置了关于伸缩缝对称的一定宽度的剪切保护层2。

结合图1、图2、图3，举两具体实施例详述该结构的布置方式。

实施例1

如图1、图2，隔离缓冲层1为橡胶垫层，剪切保护层2为薄铝板。结构具体布置方式为：

首先，在沥青混凝土层施工完成过后，根据放样确定底座板的长度、宽度范围和伸缩缝位置，并对底座板伸缩缝处两侧各2m范围内的沥青混凝土层表面进行清扫，不得出现明显的尖角和凹坑，清扫宽度应比底座板宽度范围两侧大，约15cm。

然后，进行隔离缓冲层1的铺设。隔离缓冲层1材料为橡胶垫层。厚度为3-5mm。隔离缓冲层1关于底座板伸缩缝纵向对称铺设，铺设长度为伸缩缝左右两侧各Lm，建议但不限于长度L为1-2m，具体铺设长度根据实际工程环境进行选择。隔离缓冲层1铺设宽度与实际工程应用的底座板宽度一致。

其次，根据底座板伸缩缝位置，在隔离缓冲层1与底座板之间安装剪切保护层2。剪切保护层2材料为薄铝板。剪切保护层2长度与底座板宽度一致，宽度5为30-50cm。剪切保护层2安装时，其长度方向与底座板纵向方向垂直，且关于底座板伸缩缝对称。

最后，根据按照相关施工规范与标准，安装底座板模板，并完成底座板的浇筑。完成此结构布置。

实施例2

如图2、图3，隔离缓冲层1由缓冲层3和隔离层4构成，其材料分别对应SBS改性沥青防水卷材和PE薄膜，剪切保护层2为薄铝板。结构具体布置方式为：

首先，在沥青混凝土层施工完成过后，根据放样确定底座板的长度、宽度范围和伸缩缝位置，并对底座板伸缩缝处两侧各2m范围内的沥青混凝土层表面进行清扫，不得出现明显的尖角和凹坑，清扫宽度应比底座板宽度范围两侧大，约15cm。

其次，进行缓冲层3铺设，其材料选用SBS改性沥青防水卷材，并采用热熔法施工，因热熔法施工可以保证缓冲层3与沥青混凝土层的有效粘结。缓冲层3厚度为3-5mm。缓冲层3关于底座板伸缩缝纵向对称铺设，铺设长度为伸缩缝左右两侧各若干m，此长度建议但不限于1-2m，具体铺设长度根据实际工程环境进行选择。缓冲层3铺设宽度与实际工程应用的底座板宽度一致。

再次，在缓冲层3表面铺设隔离层4。隔离层4材料为PE薄膜。隔离层4与缓冲层3铺设长度和宽度一致。

特别注意，铺设隔离层4时，应使其与缓冲层3充分接触，避免出现褶皱和脱空。

从次，根据底座板伸缩缝位置，在隔离层4与底座板之间安装剪切保护层2，剪切保护层为薄铝板，剪切保护层2长度与底座板宽度一致，剪切保护层2宽度5为30-50cm，剪切保护层2安装时，其长度方向与底座板纵向方向垂直，且关于底座板伸缩缝对称。

最后，根据按照相关施工规范与标准，安装底座板模板，并完成底座板的浇筑。完成此结构布置。

为说明此新型构造型式具有减小底座板伸缩缝处沥青混凝土层内温度应变幅值，有效防止温度应变裂缝产生，提升沥青混凝土层的服役性能的优势特征。现基于相关实际工程实践，建立数值模型，通过对比沥青混凝土层的温度应变缩减效果来说明此构造型式的预期效果。具体为：基于实际高铁路基结构，即含全断面沥青混凝土层的无砟轨道结构，根据弹性层状体系理论建立有限元模型，输入参数包括轨道各结构层的尺寸，各层材料的密度、弹性模量、线收缩系数等。结合实际温度观测结果，在最不利负温度梯度条件下，对因温度变化产生的结构应变进行模拟。根据模拟结果，对比滑动区不同长度下的温度应变幅值，得到滑动区不同铺设长度下的温度应变缩减效果（图4），确定滑动区纵向合理铺设长度。

利用有限元软件建立含全断面沥青混凝土层的无砟轨道结构模型，设定底座板与沥青混凝土之间接触在底座板伸缩缝处两侧各0m、0.5m、1m、1.5m、2m、2.5m、3m范围内为光滑接触，选取整体结构在最不利负温度梯度下沥青混凝土中纵向拉应变为力学分析指标，数据提取点路径位于底座板伸缩缝处两侧沥青混凝土层表面各5m范围内。

如图4所示为底座板伸缩缝处沥青混凝土层表面设定滑动区不同长度下的温度应变幅值缩减效果图。根据图4，沥青混凝土层中温度应变幅值降幅随铺设长度的增加而增大，当光滑区长度为1m、2m时应变幅值降低显著，幅度分别为75%和90%，对应幅值比斜率约为-0.3和-0.06。由此可见，在底座板伸缩缝处两侧设置光滑区可以显著减小温度应变的幅值，有效防止伸缩缝处沥青混凝土层温度裂缝的产生。综合考虑底座板与沥青混凝土层之间的整体界面安全与温度应变幅值减小幅度，建议但不限于隔离缓冲层在底座板伸缩缝一侧铺设长度为1-2m，具体铺设长度可根据实际工程环境进行选择。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (5)

1.一种底座板伸缩缝下沥青混凝土层的防裂结构，其特征在于：包括隔离缓冲层（1）、剪切保护层（2），

其中隔离缓冲层（1）位于底座板伸缩缝处沥青混凝土层与底座板之间；

剪切保护层（2）位于底座板伸缩缝处隔离缓冲层与底座板之间。

2.根据权利要求1所述的一种底座板伸缩缝下沥青混凝土层的防裂结构，其特征在于：所述隔离缓冲层（1）为橡胶垫层，剪切保护层（2）为薄铝板。

3.根据权利要求1所述的一种底座板伸缩缝下沥青混凝土层的防裂结构，其特征在于：隔离缓冲层（1）由缓冲层（3）和隔离层（4）构成，其材料分别对应SBS改性沥青防水卷材和PE薄膜，剪切保护层（2）为薄铝板。

4.根据权利要求1所述的一种底座板伸缩缝下沥青混凝土层的防裂结构，其特征在于：所述隔离缓冲层（1）位于沥青混凝土层与底座板之间，厚度在3-5mm之间，布置长度为底座板伸缩缝处两侧各1-2m，宽度与底座板宽度一致；

所述剪切保护层（2）厚度在0.2-0.5mm之间，长度与底座板宽度一致，宽度（5）为30-50cm，剪切保护层（2）布置于底座板伸缩缝处隔离缓冲层与底座板之间，底座板伸缩缝与剪切保护层长度方向中心轴重合，即剪切保护层（2）关于底座板伸缩缝对称布置。

5.根据权利要求1所述的一种底座板伸缩缝下沥青混凝土层的防裂结构的实施方法，其特征在于：包括以下步骤：沥青混凝土施工完成后，首先放样确定底座板长度、宽度和伸缩缝的位置，并对底座板伸缩缝处左右两侧进行清扫，其次铺设隔离缓冲层，要求使其不出现褶皱和脱空，然后安装剪切保护层，使其关于底座板伸缩缝对称，最后进行底座板模板安装并完成底座板浇筑，便形成此结构。

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