CN109750561B - 预防无砟轨道底座板基床表层翻浆冒泥的结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种预防无砟轨道底座板边缘处基床表层翻浆冒泥的结构，包括：混凝土底座板、沥青混凝土保护层和憎水性填充材料，混凝土底座板两侧下端具有倒圆角，沥青混凝土保护层铺设在混凝土底座板的倒圆角与路基基床表层之间，憎水性填充材料用于填充倒圆角区域。本发明在保证铁路轨道结构安全运营的条件下，通过转移剪切位置并用沥青封闭，与憎水性填充材料防水两种手段，确保了混凝土底座板边缘处不会产生翻浆冒泥的问题。

Description

预防无砟轨道底座板基床表层翻浆冒泥的结构及施工方法

技术领域

本发明涉及铁道工程结构领域，尤其涉及一种预防无砟轨道底座板基床表层翻浆冒泥的结构及施工方法。

背景技术

随着我国高速铁路的快速建设，无砟轨道被大量应用于客运专线及高铁。但运营实践发现，路基表层的沥青混凝土封闭层没有采用全封闭结构，无砟轨道底座板边缘处基床表层在列车和外界环境复杂作用下，易产生裂纹，当雨水浸入后，路基发生软化进而产生翻浆冒泥病害，造成线路出现不均匀沉降，影响了轨道的平顺性和行车的安全性。

翻浆冒泥病害多发生在无砟轨道混凝土底座板两侧，由于剪切作用导致混凝土底座板与沥青混凝土保护层之间出现裂缝，使得雨水渗入路基土体中，而后由于列车循环荷载的挤压作用，使得水分裹带路基土体中的细颗粒从裂缝中挤出，产生翻浆冒泥现象。

发明内容

本发明的实施例提供了一种预防无砟轨道底座板边缘处基床表层翻浆冒泥的结构及施工方法，以克服现有技术中的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种预防无砟轨道底座板边缘处基床表层翻浆冒泥的结构，包括：混凝土底座板、沥青混凝土保护层和憎水性填充材料，其特征在于，

所述混凝土底座板两侧下端具有倒圆角，该倒圆角将所述混凝土底座板与路基基床表层的剪切作用位置内移；

所述沥青混凝土保护层铺设在所述混凝土底座板的倒圆角与路基基床表层之间；

所述憎水性填充材料用于填充倒圆角区域。

进一步地，所述倒圆角a为通过理论计算或有限元仿真模拟计算得出的混凝土底座板中上部荷载向下传递的应力扩散角，b为混凝土底座板两端未支承轨道板部分的尺寸，d为混凝土底座板与上部结构接触边缘沿应力扩散角向下扩散至混凝土底座板底面时的尺寸，e为b与d的差值；

其中几何关系为：

d＝ctanα

e＝b-ctanα

3≤a≤b-ctanα

进一步地，通过路基表层应力分布来确定倒圆角a的位置，通过有限元仿真计算得出路基基床表层的Mises应力分布，路基基床表层中心位置I处Mises应力最大并向两边逐渐递减，当路基基床表层边缘位置V处应力为中心位置I处应力的0.1—0.2倍时则该接触位置V为所述倒圆角a的内切位置。

根据本发明的另一个方面，提供了一种所述结构的施工方法，包括：

S1、在路基基床表层铺设所述混凝土底座板，计算所述混凝土底座板倒圆角尺寸；

S2、在所述混凝土底座板的倒圆角与路基基床表层之间铺设沥青混凝土保护层；

S3、在所述倒圆角区域填充所述憎水性填充材料。

进一步地，所述倒圆角a为通过理论计算或有限元仿真模拟计算得出的混凝土底座板中上部荷载向下传递的应力扩散角，b为混凝土底座板两端未支承轨道板部分的尺寸，d为混凝土底座板与上部结构接触边缘沿应力扩散角向下扩散至混凝土底座板底面时的尺寸，e为b与d的差值；

其中几何关系为：

d＝ctanα

e＝b-ctanα

3≤a≤b-ctanα

进一步地，通过路基表层应力分布来确定倒圆角a的位置，通过有限元仿真计算得出路基基床表层的Mises应力分布，路基基床表层中心位置I处Mises应力最大并向两边逐渐递减，当路基基床表层边缘位置V处应力为中心位置I处应力的0.1—0.2倍时则该接触位置V为所述倒圆角a的内切位置。

进一步地，所述憎水性填充材料的抗剪强度通过有限元仿真计算获得，计算未设置倒圆角时沥青混凝土保护层与混凝土底座板之间的剪切应力，憎水性填充材料的抗剪强度不小于计算所得剪切应力的2倍。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种预防无砟轨道混凝土底座板边缘处翻浆冒泥的结构及实施方法，从结构技术层面，在保证铁路轨道结构安全运营的条件下，通过转移剪切位置并用沥青封闭，与憎水性填充材料防水两种手段，确保了混凝土底座板边缘处不会产生翻浆冒泥的问题。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种预防无砟轨道底座板边缘处基床表层翻浆冒泥的结构图；

图2为本发明实施例提供的一种倒圆角确定方法1的几何关系图；

图3为本发明实施例提供的一种倒圆角确定方法2的几何关系图；

附图标记：

1 混凝土底座板

2 憎水性填充材料

3 沥青混凝土保护层

4 倒圆角

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

实施例一

鉴于现有的轨道结构技术中存在的翻浆冒泥问题，本发明从结构技术层面，在保证铁路轨道结构安全运营的条件下，提供了一种预防无砟轨道底座板边缘处基床表层翻浆冒泥的结构，如图1所示，包括：混凝土底座板1、憎水性填充材料2和沥青混凝土保护层3。所述混凝土底座板1的两侧下端具有倒圆角4，该倒圆角4将所述混凝土底座板1与路基基床表层的剪切作用位置内移；所述沥青混凝土保护层3铺设在所述混凝土底座板1的倒圆角4与路基基床表层之间。

所述憎水性填充材料2用于填充倒圆角区域。

所述憎水性填充材料2需满足一定的力学性能要求，主要包括具有良好的防水性能，防止雨水渗入；具有良好的黏结性能，能很好地填充倒圆角4的区域，不至于在填充过程中残留裂缝，且不至于在线路运营过程中与混凝土脱黏；具有良好的抗剪切性能，在轨道运营使用期间不至于因剪切作用而导致开裂，其抗剪强度需通过理论计算或有限元仿真计算获得。

实施例二

该实施例提供了一种预防无砟轨道底座板基床表层翻浆冒泥的结构的施工方法，包括如下的处理步骤：

S1、在路基基床表层铺设混凝土底座板，混凝土底座板的两侧下端具有倒圆角a，该倒圆角a将混凝土底座板与路基基床表层的剪切作用位置内移，按照下面的两种方法确定倒圆角a的尺寸大小：

方法1)图2为本发明实施例提供的一种倒圆角a的几何关系图。参加图2，倒圆角a为通过理论计算或有限元仿真模拟计算得出的混凝土底座板中上部荷载向下传递的应力扩散角，b为混凝土底座板两端未支承轨道板部分的尺寸，d为混凝土底座板与上部结构接触边缘处沿应力扩散角向下扩散至混凝土底座板底面时的尺寸，e为b与d的差值；

其中几何关系为：

d＝ctanα

e＝b-ctanα

3≤a≤b-ctanα

方法2)当无法满足上述方法1的几何关系时，可通过路基表层应力分布来确定倒圆角a的尺寸。图3为本发明实施例提供的另一种倒圆角a的几何关系图。通过路基表层应力分布来确定倒圆角a的位置，通过有限元仿真计算可得出路基基床表层的Mises应力分布，一般路基基床表层其中心位置I处Mises应力最大并向两边逐渐递减，当路基基床表层边缘位置V处应力为中心位置I处应力的0.1—0.2倍时则该接触位置V为所述倒圆角a的内切位置。

应力取值可视当地气候条件而定，降雨量大的地区可取V＝0.1I，干旱少雨地区可取V＝0.2I。

S2、在混凝土底座板的倒圆角a与路基基床表层之间铺设沥青混凝土保护层进行封闭及防水处理。

S3、在对混凝土底座板的倒圆角与路基基床表层封闭后，再进行二次防水处理，在倒圆角区域填充憎水性填充材料。

在本实施例中，憎水性填充材料具有以下性能：

1)良好的防水性能，防止雨水渗入；

2)具有良好的黏结性能，能很好的填充倒圆角a区域，不至于在填充过程中残留裂缝,且不至于在线路运营过程中与混凝土脱黏；

3)具有良好的抗剪切性能，在轨道运营使用期间不至于因剪切作用而导致开裂，憎水性填充材料的防水、黏性、抗剪强度等力学性能指标要求需通过理论计算、有限元仿真计算或材料试验获得。

憎水性填充材料的防水性能需满足在理论或仿真计算时设定的渗透压下不至于发生透水，渗透压的设定根据当地气候条件选取；憎水性填充材料的黏性指标可通过室内材料试验测试，通过材料疲劳试验，满足在一定的荷载循环作用下不至于与混凝土脱黏；憎水性填充材料的抗剪强度可通过有限元仿真计算获得，计算未设置倒圆角时沥青混凝土保护层与混凝土底座板之间的剪切应力，憎水性填充材料的抗剪强度不宜小于计算所得剪切应力的2倍。

综上所述，本发明实施例提供一种预防无砟轨道混凝土底座板边缘处翻浆冒泥的结构及实施方法，通过在轨道结构混凝土底座板两侧下端设置倒圆角，将底座板与路基基床表层的剪切作用位置内移，然后铺设沥青混凝土防水层，并在倒圆角区域填充满足一定技术要求的憎水性填充材料，起到双重防水的作用。从结构技术层面，在保证铁路轨道结构安全运营的条件下，通过转移剪切位置并用沥青封闭，与憎水性填充材料防水两种手段，确保了混凝土底座板边缘处不会产生翻浆冒泥的问题。

本发明通过内移剪切位置至混凝土底座板下、并用沥青封闭，同时采用憎水性填充材料防水两种手段，确保了混凝土底座板边缘处不会产生翻浆冒泥的问题。本发明包括倒圆角设置方法、施工顺序、憎水填充材料力学性能要求。倒圆角设置方法包括位置及尺寸，通过计算分析获得；施工顺序需按照混凝土底座、沥青混凝土保护层、填充憎水性填充材料顺序施工。本发明通过上述措施，能很好的预防轨道结构中混凝土底座板边缘处翻浆冒泥的问题。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种预防无砟轨道底座板边缘处基床表层翻浆冒泥的结构，包括：混凝土底座板、沥青混凝土保护层和憎水性填充材料，其特征在于，

所述混凝土底座板两侧下端具有倒圆角，该倒圆角将所述混凝土底座板与路基基床表层的剪切作用位置内移；

所述沥青混凝土保护层铺设在所述混凝土底座板的倒圆角与路基基床表层之间；

所述憎水性填充材料用于填充倒圆角区域；

所述倒圆角由通过理论计算或有限元仿真模拟计算得出的混凝土底座板中上部荷载向下传递的应力扩散角α确定，a为倒圆角半径，b为混凝土底座板两端未支承轨道板部分的宽度尺寸，d为混凝土底座板与上部结构接触边缘沿应力扩散角向下扩散至混凝土底座板底面时的宽度尺寸，e为b与d的差值；

其中几何关系为：

d＝ctanα

e＝b-ctanα

3≤a≤b-ctanα。

2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，通过路基表层应力分布来确定倒圆角的位置，通过有限元仿真计算得出路基基床表层的Mises应力分布，路基基床表层中心位置I处Mises应力最大并向两边逐渐递减，当路基基床表层边缘位置V处应力为中心位置I处应力的0.1-0.2倍时则该接触位置V为所述倒圆角的内切位置。

3.一种权利要求1或2任一项所述结构的施工方法，其特征在于，包括：

S1、在路基基床表层铺设所述混凝土底座板，计算所述混凝土底座板倒圆角尺寸；

S2、在所述混凝土底座板的倒圆角与路基基床表层之间铺设沥青混凝土保护层；

S3、在所述倒圆角区域填充所述憎水性填充材料。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述倒圆角由通过理论计算或有限元仿真模拟计算得出的混凝土底座板中上部荷载向下传递的应力扩散角α确定，a为倒圆角半径，b为混凝土底座板两端未支承轨道板部分的宽度尺寸，d为混凝土底座板与上部结构接触边缘沿应力扩散角向下扩散至混凝土底座板底面时的宽度尺寸，e为b与d的差值；

其中几何关系为：

d＝ctanα

e＝b-ctanα

3≤a≤b-ctanα。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过路基表层应力分布来确定倒圆角的位置，通过有限元仿真计算得出路基基床表层的Mises应力分布，路基基床表层中心位置I处Mises应力最大并向两边逐渐递减，当路基基床表层边缘位置V处应力为中心位置I处应力的0.1-0.2倍时则该接触位置V为所述倒圆角的内切位置。

6.根据权利要求3或4或5所述的方法，其特征在于，所述憎水性填充材料的抗剪强度通过有限元仿真计算获得，计算未设置倒圆角时沥青混凝土保护层与混凝土底座板之间的剪切应力，憎水性填充材料的抗剪强度不小于计算所得剪切应力的2倍。

Images