CN109295815A - 一种无砟轨道结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无砟轨道结构，包括由沥青混凝土材料构成的基床表层，设置在所述基床表层上方由钢筋混凝土材料浇注而成的底座板，设置在所述基床表层下方由级配碎石构成的基床底层，其特征在于，还包括用于加强所述基床表层与所述基床底层之间连接的加强单元，所述加强单元包括设置在所述基床表层对应于所述两个底座板结构接缝两侧的紧固件，所述紧固件插入至所述基床底层中，所述紧固件由刚度大于所述沥青混凝土材料和所述级配碎石材料的材料构成。
Description
技术领域
本发明涉及无砟轨道技术领域，特别涉及一种无砟轨道结构。
背景技术
随着近年来高速铁路的快速发展，对用于高速铁路的无砟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，通常会采用在线间和路肩设置纤维水泥混凝土的功能层进行封闭，这种功能层由于具有结构缝，经常发生开裂等问题，造成大气降水入渗。若是采用全断面铺设的沥青混凝土材料作为防水封闭层，由于沥青混凝土材料本身受温度影响变形较大，使得在不同环境条件下无砟轨道的稳定性受到极大挑战，导致高速列车的运行风险极大。
因此，需要一种能够防水性能好且不易受温度荷载作用的无砟轨道结构。
发明内容
本发明提供一种无砟轨道结构，包括由沥青混凝土材料构成的基床表层，设置在所述基床表层上方由钢筋混凝土材料浇注而成的底座板，设置在所述基床表层下方由级配碎石构成的基床底层，其特征在于，还包括用于加强所述基床表层与所述基床底层之间连接的加强单元，所述加强单元包括设置在所述基床表层对应于所述两个底座板结构接缝两侧的紧固件，所述紧固件插入至所述基床底层中，所述紧固件由刚度大于所述沥青混凝土材料和所述级配碎石材料的材料构成。
优选的，所述紧固件整体呈丁字形结构，包括顶部和连接于所述顶部的至少一个柱形部，所述顶部设置在所述基床表层下方或与所述基床表层保持水平，所述柱形部穿过所述基床表层并伸入至所述基床底层中。
优选的，其特征在于，所述紧固件设置在所述基床表层下方，包括与所述基床表层一体成型的至少一个凸起结构，所述基床底层设置有对应于所述凸起结构的凹槽，所述凸起结构伸入至所述基床底层的所述凹槽中。
优选的，所述加强单元布置在所述两个底座板之间的结构接缝的两侧，每平方米面积内布置至少一个所述加强单元。
优选的，所述加强单元中任意两个所述紧固件与所述两个底座板结构缝之间的距离越近，所述两个紧固件之间的距离越小。
优选的，所述紧固件在所述加强单元中呈X型、或米字型、或井字型分布。
优选的，还包括隔离单元，所述隔离单元设置在所述底座板与所述基床表层之间，并且设置在所述加强单元上的所述两个底座板之间的结构缝的两侧。
优选的，所述隔离单元在所述两个底座板之间结构缝的每一侧的铺设长度为1.0m-1.5m。
优选的，所述隔离单元由土工复合材料构成。
优选的，还包括填充单元，所述填充单元填充在所述紧固件与所述基床表层和/或所述基床底层的连接处，用于填充所述连接处的结构缝。
相对于现有技术，本发明取得了如下有益技术效果：本发明提供的用于无砟轨道结构，采用了沥青混凝土材料作为防水封闭表层，并利用加强单元加强表层与底层的连接性能，使得原本易受温度影响而发生变形的沥青混凝土表层能够承受更大的温度载荷作用，在保证无砟轨道的防水性能的同时，提高了无砟轨道的温度耐受性；并且在布置加强单元时，特别在受温度荷载影响较大的底座板之间的结构缝的位置处进行有针对性的加强，在节约铺设成本的同时有效减小了无砟轨道结构在温度荷载作用下产生的应变；本发明提供的无砟轨道结构施工方式灵活，提升了无砟轨道在各种环境条件下的耐久性和稳定性，实用性强且有利于推广使用。
附图说明
图1是本发明提供的无砟轨道结构的断面结构示意图。
图2是本发明提供的无砟轨道结构俯视结构示意图。
图3是本发明另一实施例提供的紧固件结构示意图
图4是本发明优选实施例提供的温度荷载测试示意图。
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。
无砟轨道通常的设计使用寿命要求不小于60年，而对于暴露在大气环境下的无砟轨道结构，其极易受到温度荷载的作用而发生变形，基于热工学原理，环境条件通常包括太阳辐射、气温、风速、降雨量等多种环境因素，因此，如何克服环境因素，特别是温度载荷对无砟轨道结构的影响来提高稳定性，是无砟轨道结构设计中的重要挑战。
发明人根据多年无砟轨道的施工经验，发现在无砟轨道结构的底座板接缝处，温度载荷的影响相对其它结构处更加明显。基于该发现，发明人提出了一种具有加强单元的无砟轨道结构，利用其中的加强单元可以有效提高无砟轨道结构中的基床表层与基床底层之间的连接强度，有利于抵抗温度载荷的作用。
图1是本发明提供的用于无砟轨道结构的断面结构示意图，如图1所示，该无砟轨道结构包括由沥青混凝土材料构成的基床表层2(即防水封闭层)，设置在该基床表层2上方的由钢筋混凝土材料浇注而成的多个底座板1，设置在该基床表层2下方的，由级配碎石材料构成的基床底层3，以及设置在基床表层2上的加强单元4。该加强单元4设置在基床表层2上对应于两个底座板1之间的结构缝10(见图2)位置处并伸入至基床底层3中，用于减小在温度荷载作用下导致的基床表层2与基床底层3之间产生应变。
图2是本发明提供的无砟轨道的俯视结构示意图，如图2所示，在底座板2的结构缝10两侧分别对称布置了3个加强单元4，其中，每个加强单元4包括了五个呈X形布置的紧固件40。优选地，上述每个加强单元4所占面积为1平方米。例如，对于3400mm宽的底座板1，可以在结构缝10两侧分别布置800mm宽的三个加强单元4，其中每个加强单元4之间的间距为200mm，加强单元4与基床表层2边缘的距离为300mm；
本发明提供的无砟轨道结构还包括用于填充在上述加强单元4和基床表层2和/或基床底层3之间的填充单元(图中未示出)。该填充单元主要用于填充加强单元4与基床表层2和/或基床底层3之间的缝隙。优选地，上述填充单元可以是一种建筑用黏结物质，例如，由一定比例的沙子和胶结材料(水泥、石灰膏、黏土等)加水和成的砂浆，用于填充安装上述紧固件40时在基床表层2和/或基床底层3上产生的缝隙。
在本发明的一个实施例中，如图1所示，上述紧固件40由刚度大于沥青混凝凝土材料和级配碎石材料的材料构成，并且能够穿透基床表层2伸入至基床底层3中，具体地，该紧固件40包括设置在基床表层2下方的顶部401，以及穿透基床表层2并插入至基床底层3的一个或多个柱形部402，其中，该顶部401还可设置与基床表层2的表面保持水平。优选的，该紧固件40整体可呈丁字形结构，例如，该紧固件40可以是一种直径为18mm，长度为400mm穿透钢钉，当基床表层2厚度为100mm时，该穿透钢钉可以插入至基床底层3的300mm处。
在本发明的一个实施例中，图3是本发明另一实施例提供的无砟轨道结构示意图，如图3所示，与上述图1所示的无砟轨道结构的区别在于，可以利用紧固件50代替图1中的紧固件40。其中，紧固件50是设置在基床表层2下方，与基床表层2一体成型的凸起结构，同时，在基床底层3中，还设置有与紧固件50配合使用的凹槽60，使得每一个凸起结构均能够伸入到凹槽60中，从而加强基床表层2与基床底层3之间的连接强度，降低温度载荷对基床表层2的作用。
在本发明的一个实施例中，上述加强单元4所包含的紧固件40(或紧固件50)还可以按照其它的排列方式分布在加强单元4中。例如，按照米字形或井字形均匀分布；或者，若任意两个紧固件40(或紧固件50)与两个底座板1之间的结构缝10的距离越近，则这两个紧固件40(或紧固件50)之间的距离也越近，以便按照温度荷载的强弱程度调整紧固件40(或紧固件50)在加强单元4中的分布。
在本发明的一个实施例中，本发明提供的无砟轨道结构还包括设置在基床表层2与底座板1之间的隔离单元。具体地，该隔离单元布置在两个底座板1之间的结构缝10的两侧，且设置于上述加强单元4的上方。优选地，该隔离单元由土工复合材料构成，例如，单层厚度为不小于0.25mm，延展率为25％-100％的两布一膜。优选地，该隔离单元在结构缝10的每一侧铺设的长度为1.0m-1.5m。通过利用该隔离单元，可以有效减少因温度荷载作用导致的底座板1与沥青混凝土基床表层2之间产生的相对位移应变，从而提高加强单元4对基床表层2与基床底层3之间的加强作用。
为了验证本发明提供的无砟轨道结构对温度荷载作用的耐受效果，发明人特别在无砟轨道现场，分别针对设置了上述加强单元4的无砟轨道和没有设置上述加强单元4的无砟轨道进行了温度荷载测试，下面以呈X布置的穿透钢钉为例进行说明，图4是本发明优选实施例提供的温度荷载测试示意图，如图4所示，具体测试步骤如下：
1)将三块钢筋混凝土构成的底座板划分为五个区域，如图4所示，由左至右分别为底座板100、底座板200,和底座板300，每块底座板的尺寸可以是19.2m×3.4m×0.3m。其中，底座板1与底座板2的结构缝10处左右各1m为A1区域，底座板1的其余部分(除A1外的部分)为C1区域，底座板2和底座板3的施工缝左右各1m为A2区域，底座板3的其余部分(除A2外的部分)为C2区域，底座板2的其余部分(除A1和A2外的部分)为B区域；
2)在沥青混凝土基床表层与底座板的边缘处分别布置两条光纤光栅表面应变计，用于测试现场温度和无砟轨道结构产生的应变；
3)针对上述五个区域的路肩一侧，采用不同的密度分别布置传统应变计，例如，针对A1和A2区域，每隔200mm布置一个应变计，以便集中监测结构缝处受温度荷载作用产生的应变；
4)将上述光纤光栅表面应变计和传统应变计经采集器连接至计算机，利用计算机实时采集并分析所有应变计获得的数据。
利用上述测试方法进行测试发现，在设置本发明提供的加强装置前，两个底座板1之间的结构缝10处的沥青混凝土基床表层的最大弯拉应变约为196.1με，路肩部位沥青混凝土基床表层的最大弯拉应变约为184.9με；在设置本发明提供的X形布置的穿透钢钉后，两个底座板1之间的结构缝10处的沥青混凝土基床表层的最大弯拉应变降至约154.4με，其下降幅度约为21.2％，路肩部位沥青混凝土基床表层的最大弯拉应变降至约169.4με，其下降幅度约为8.3％。
由此可知，通过在无砟轨道上设置本发明提供的加强装置，能够大幅度降低温度荷载对无砟轨道结构的应变作用，并且距离上述加强装置的布置位置越近的无砟轨道结构处的加强效果越好。
尽管在上述实施例中，采用了X形布置的穿透钢钉结构为例的测试实验来说明本发明提供的加强装置的效果，但本领域普通技术人员应理解，在其它实施例中，本发明提供的加强装置还可以包括其它形状的紧固件，例如具有一个顶部和多个柱形部的爪型结构，并且紧固件的布置方式还可以根据实际环境的需求进行调整，例如对于温度荷载作用要求比较高的环境条件，可以适当增加紧固件的布置密度，以便获得更好的加强效果。
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 (10)
1.一种无砟轨道结构，包括由沥青混凝土材料构成的基床表层，设置在所述基床表层上方由钢筋混凝土材料浇注而成的底座板，设置在所述基床表层下方由级配碎石构成的基床底层，其特征在于，还包括用于加强所述基床表层与所述基床底层之间连接的加强单元，所述加强单元包括设置在所述基床表层对应于所述两个底座板结构接缝两侧的紧固件，所述紧固件插入至所述基床底层中，所述紧固件由刚度大于所述沥青混凝土材料和所述级配碎石材料的材料构成。
2.根据权利要求1所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述紧固件整体呈丁字形结构，包括顶部和连接于所述顶部的至少一个柱形部，所述顶部设置在所述基床表层下方或者与所述基床表层保持水平，所述柱形部穿过所述基床表层并伸入至所述基床底层中。
3.根据权利要求1所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述紧固件设置在所述基床表层下方，包括与所述基床表层一体成型的至少一个凸起结构，所述基床底层设置有对应于所述凸起结构的凹槽，所述凸起结构伸入至所述基床底层的所述凹槽中。
4.根据权利要求2或3任一项所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述加强单元布置在所述两个底座板之间的结构接缝的两侧，每平方米面积内布置至少一个所述加强单元。
5.根据权利要求4所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述加强单元中任意两个所述紧固件与所述两个底座板结构缝之间的距离越近，所述两个紧固件之间的距离越小。
6.根据权利要求4所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述紧固件在所述加强单元中呈X型、或米字型、或井字型分布。
7.根据权利要求1所述的无砟轨道结构，其特征在于，还包括隔离单元，所述隔离单元设置在所述底座板与所述基床表层之间，并且设置在所述加强单元上的所述两个底座板之间的结构缝的两侧。
8.根据权利要求7所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述隔离单元在所述两个底座板之间结构缝的每一侧的铺设长度为1.0m-1.5m。
9.根据权利要求8所述的无砟轨道结构，其特征在于，所述隔离单元由土工复合材料构成。
10.根据权利要求1所述的无砟轨道结构，其特征在于，还包括填充单元，所述填充单元填充在所述紧固件与所述基床表层和/或所述基床底层的连接处，用于填充所述连接处的结构缝。
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