CN110195380A - 考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构及构筑方法 - Google Patents

考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构及构筑方法 Download PDF

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考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构及构筑方法，以有效满足高速铁路有砟轨道上拱与下沉变形控制目标，避免水盐迁移聚集于路基顶部，以解决粗颗粒盐渍土作为高速铁路路堤填料存在的技术不足。路堤结构由在地基上方从下至上依次铺设的基底隔断层、路堤本体、路堤本体隔断层、基床底层下结构层、基床隔断层、基床底层上结构层和基床表层。路堤本体及基床底层下结构层采用粗粒盐渍土构筑，基床底层上结构层及基床表层采用非盐渍土填筑。路堤本体的盐胀系数不大于0.02，基床底层下结构层的盐胀系数不大于0.01。基床隔断层埋深不小于剧烈气温影响层深度，所述剧烈气温影响层深度为大气气温影响特别显著或盐胀变形剧烈的深度。

Description

考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构及构筑 方法
技术领域
本发明涉及高速铁路有砟轨道路堤，特别涉及一种考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构及构筑方法。
技术背景
盐渍土是一类具有不同程度盐碱化土体的统称，在各国干旱、半干旱地区及滨海区域广泛分布。盐渍土一般包括粗颗粒盐渍土和细颗粒盐渍土，粗颗粒盐渍土力学特性较好，在高速公路建设中已有作为路堤填料的工程先例；然而，用于构筑高速铁路有砟轨道路堤的案例在全世界范围内尚不多见。
在盐渍土地区，高速铁路线位不可避免地穿越盐质荒漠地区，沿线不含盐的优质路堤填料极其匮乏，远运不含盐优质路堤填料或开山块石均会急剧增加工程投资，然而，盐渍土具有盐胀、溶陷、侵蚀等不良工程特性，极易引发路堤顶面上拱或下沉超限。
公告号CN106555368B的中国发明专利公开了一种盐渍土地区高速铁路加固构造，该专利采用不同含盐量的盐渍土分别填筑基床底层上结构层、基床底层下结构层及路基本体，以期解决盐渍土路基溶陷与盐胀问题。但其存在的技术不足在于认为基床底层上结构层、基床底层下结构层及路基本体填料含盐量上限值为定值，未能考虑填料级配影响，且冻融循环(特别是低温作用)容易导致盐分向路基上部迁移聚集，因此该专利也未考虑剧烈气温影响。
为克服上述技术方案存在的不足，避免剧烈气温变化作用下盐渍土水盐向上迁移聚集在路基顶部，同时充分考虑不同填料级配对含盐量选择的影响，有必要提出相应的粗粒盐渍土有砟路堤结构及构筑方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构及构筑方法，以有效满足高速铁路有砟轨道上拱与下沉变形控制目标，避免水盐迁移聚集于路基顶部，以解决粗颗粒盐渍土作为高速铁路路堤填料存在的技术不足。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
本发明考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构，其特征是：路堤结构由在地基上方从下至上依次铺设的基底隔断层、路堤本体、路堤本体隔断层、基床底层下结构层、基床隔断层、基床底层上结构层和基床表层；所述路堤本体及基床底层下结构层采用粗粒盐渍土构筑，所述基床底层上结构层及基床表层采用非盐渍土填筑；所述路堤本体的盐胀系数不大于0.02，基床底层下结构层的盐胀系数不大于0.01；所述基床隔断层埋深不小于剧烈气温影响层深度，所述剧烈气温影响层深度为大气气温影响特别显著或盐胀变形剧烈的深度。所述粗粒盐渍土易溶盐含量满足如下表1的要求：
表1
所述易溶盐含量是指盐渍土与施工用水的易溶盐含量总和，R5为粗粒盐渍土的粗细粒径比。
本发明所要解决的另一技术问题是提供上述考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构构筑方法，该方法包括如下步骤：
①选择粗粒盐渍土取土场，采集土样并通过室内土工筛分及化学滴定试验，确定粗粒盐渍土颗粒级配曲线，确定粗粒盐渍土易溶盐含量，单位％；
②根据所述粗粒盐渍土颗粒级配曲线，通过以下公式确定粗粒盐渍土的粗细粒径比R5：
式中，R5为粗粒盐渍土的粗细粒径比；A为粒径d>5mm的土含量占总质量的百分比，单位％；B为粒径0.25mm＜d＜5mm的土含量占总质量的百分比，单位％；
③根据确定的粗粒盐渍土的粗细粒径比R5与表1，将取土场土样划分为细粒组、中粒组、粗粒组，采用施工用水分层压实取土场土样后，再测定压实土样的易溶盐含量，判断取土场土样与施工用水的易溶盐含量总和是否满足表1要求，若不满足表1要求，则重复步骤①、步骤②工作，直至满足表1要求；
④从步骤①选择的取土场采集路堤填料，分层填筑、分层碾压直至基床底层下结构层顶面；
⑤采集路堤本体与基床底层下结构层压实土样，并通过室内盐胀试验确定压实土样的盐胀系数，测得的路堤本体与基床底层下结构层盐胀系数分别不大于0.02和0.01，否则填筑质量即判定为不合格。
本发明的有益效果是，以路基上拱量不大于8mm、基床底层下结构层边坡坡面不出现盐胀破坏及路堤本体坡面可出现轻微盐胀破坏为控制标准，结合10种粗粒盐渍土约100余组盐胀试验分析，并在综合考虑粗细粒径比R5、易溶盐含量及剧烈气温影响的基础上，提出了有砟轨道粗粒盐渍土路基结构及构筑方法，经冻融循环模型试验充分验证，变形及水盐迁移控制达到预期效果，不仅解决了盐渍土地区缺乏优质路堤填料的问题，而且还能够有效控制路堤上拱与下沉变形，确保路堤盐胀、溶陷及压缩变形满足高速有砟铁路设计要求；基床隔断层及路堤本体隔断层可防止水分入渗，消除了粗粒盐渍土溶陷发生的可能性，能有效解决粗粒盐渍土作为有砟轨道路堤填料存在的技术不足。
附图说明
图1是本发明考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构的断面图。
图2是本发明考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构中基底隔断层的断面图。
图3是本发明考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构中路堤本体隔断层的断面图。
图4是本发明考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构中基床隔断层的断面图。
图5是本发明实施例中取土场的粗粒盐渍土颗粒级配曲线图。
图中示出构件和对应的标记：基底隔断层10，下碎石层11，下第一中粗砂层12，下复合土工膜13，下第二中粗砂层14，路堤本体20，路堤本体隔断层30，中第一中粗砂层31，中复合土工膜32，中第二中粗砂层33，基床底层下结构层40，基床隔断层50，上第一中粗砂层51，上复合土工膜52，上第二中粗砂层53，基床底层上结构层60，基床表层70。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图进一步说明本发明。
参考图1，本发明考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构，由在地基上方从下至上依次铺设的基底隔断层10、路堤本体20、路堤本体隔断层30、基床底层下结构层40、基床隔断层50、基床底层上结构层60和基床表层70。所述路堤本体20及基床底层下结构层40采用粗粒盐渍土构筑，所述基床底层上结构层60及基床表层70采用非盐渍土填筑。所述路堤本体20的盐胀系数不大于0.02，基床底层下结构层40的盐胀系数不大于0.01，所述基床隔断层50埋深不小于剧烈气温影响层深度，所述剧烈气温影响层深度为大气气温影响特别显著或盐胀变形剧烈的深度。基床隔断层50及路堤本体隔断层30可防止水分入渗，消除了粗粒盐渍土溶陷发生的可能性，基床隔断层50h还可阻断水盐向路基上部迁移聚集，能有效解决粗粒盐渍土作为有砟轨道路堤填料存在的技术不足。
所述粗粒盐渍土易溶盐含量满足如下表1的要求：
表1
所述易溶盐含量是指盐渍土与施工用水的易溶盐含量总和，R5为粗粒盐渍土的粗细粒径比。
参照图1，所述基底隔断层10、路堤本体隔断层30和基床隔断层(50)均由线路中心向两侧按4％的坡度进行对称铺设。
参照图2，所述基底隔断层10由从下至上依次铺设的下碎石层11、下第一中粗砂层12、下复合土工膜13和第二中粗砂层14复合构成。一般情况下，下碎石层11的厚度为0.2m，下第一中粗砂层12的厚度为0.05m，第二中粗砂层14的厚度为0.1m。
参照图3，所述路堤本体隔断层30由从下至上依次铺设的中第一中粗砂层31、中复合土工膜32及中第二中粗砂层33复合构成。一般情况下，中第一中粗砂层31的厚度为0.05m，中第二中粗砂层33的厚度为0.1m。
参照图4，所述基床隔断层50由从下至上依次铺设的上第一中粗砂层51、上复合土工膜52及上第二中粗砂层53复合构成。一般情况下，上第一中粗砂层51的厚度为0.05m，上第二中粗砂层53的厚度为0.1m。
参照图1，本发明考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构的构筑方法，包括如下步骤：
①选择粗粒盐渍土取土场，采集土样并通过室内土工筛分及化学滴定试验，确定粗粒盐渍土颗粒级配曲线，确定粗粒盐渍土易溶盐含量，单位％；
②根据所述粗粒盐渍土颗粒级配曲线，通过以下公式确定粗粒盐渍土的粗细粒径比R5：
式中，R5为粗粒盐渍土的粗细粒径比；A为粒径d>5mm的土含量占总质量的百分比，单位％；B为粒径0.25mm＜d＜5mm的土含量占总质量的百分比，单位％；
③根据确定的粗粒盐渍土的粗细粒径比R5与表1，将取土场土样划分为细粒组、中粒组、粗粒组，采用施工用水分层压实取土场土样后，再测定压实土样的易溶盐含量，判断取土场土样与施工用水的易溶盐含量总和是否满足表1要求，若不满足表1要求，则重复步骤①、步骤②工作，直至满足表1要求；
④从步骤①选择的取土场采集路堤填料，分层填筑、分层碾压直至基床底层下结构层40顶面；
⑤采集路堤本体20与基床底层下结构层40压实土样，并通过室内盐胀试验确定压实土样的盐胀系数，测得的路堤本体20与基床底层下结构层40盐胀系数分别不大于0.02和0.01，否则填筑质量即判定为不合格。
所述步骤⑤室内盐胀试验参照《盐渍土地区建筑规范》(SY/T 0317—2012)执行。
本发明以路基上拱量不大于8mm、基床底层下结构层边坡坡面不出现盐胀破坏及路堤本体坡面可出现轻微盐胀破坏为控制标准，结合10种粗粒盐渍土约100余组盐胀试验分析，并在综合考虑粗细粒径比R5、易溶盐含量及剧烈气温影响的基础上，提出了有砟轨道粗粒盐渍土路基结构及构筑方法，经冻融循环模型试验充分验证，变形及水盐迁移控制达到预期效果，不仅解决了盐渍土地区缺乏优质路堤填料的问题，而且还能够有效控制路堤上拱与下沉变形，确保路堤盐胀、溶陷及压缩变形满足高速有砟铁路设计要求
实施例：
参照图1～图5，在盐渍土地区修建某一高速铁路有砟轨道路堤，该地区大部分取土场均为盐渍土，拟采用本申请提出的结构及方法构筑高速铁路有砟轨道路堤，具体步骤如下：
①选择粗粒盐渍土取土场，采集4组土样(S-1～S-4)并通过室内土工筛分及化学滴定试验，确定粗粒盐渍土颗粒级配曲线，见图5；确定粗粒盐渍土易溶盐含量m1，见表1；
②根据步骤①粗粒盐渍土颗粒级配曲线，通过以下公式确定粗粒盐渍土的粗细粒径比R5
式中，R5为粗粒盐渍土的粗细粒径比；A为粒径d>5mm的土含量占总质量的百分比，单位％；B为粒径0.25mm＜d＜5mm的土含量占总质量的百分比，单位％；
计算得到的R5见表2。
表2粗粒盐渍土取土场4组土样易溶盐含量及R5判定
③根据步骤②确定的R5与表1，将将取土场4组土样划分为中粒组(见表3)，采用施工用水分层压实取土场土样后，再测定压实土样的易溶盐含量m2(见表3)；根据表1计算路基不同部位的易溶盐含量控制目标[m](见表3)。结合表1与表3，可判断取土场4组土样与施工用水的易溶盐含量总和满足路堤本体20及基床底层下结构层40控制要求。
表3粗粒盐渍土取土场4组土样控制目标判定
④从步骤①选择的取土场采集路堤填料，分层填筑、分层碾压直至路堤基床底层下结构层40顶面；
⑤采集路堤本体20与基床底层下结构层40压实土样，并通过室内盐胀试验确定压实土样的盐胀系数，测得的路堤本体20与基床底层下结构层40盐胀系数分别小于0.02和0.01，可知粗粒盐渍土路堤质量合格。
表4路基质量检验的测试结果
本发明是以路基上拱量不大于8mm、基床底层下结构层边坡坡面不出现盐胀破坏及路堤本体坡面可出现轻微盐胀破坏为控制标准，结合10种粗粒盐渍土约100余组盐胀试验分析，并在综合考虑粗细粒径比R5、易溶盐含量及剧烈气温影响的基础上，提出了有砟轨道粗粒盐渍土路基结构及构筑方法。基床隔断层及路堤本体隔断层则可防止水分入渗，消除了粗粒盐渍土溶陷发生的可能性。
以上所述只是采用图解说明本发明考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构及构筑方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (6)

1.考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构，其特征是：路堤结构由在地基上方从下至上依次铺设的基底隔断层(10)、路堤本体(20)、路堤本体隔断层(30)、基床底层下结构层(40)、基床隔断层(50)、基床底层上结构层(60)和基床表层(70)；所述路堤本体(20)及基床底层下结构层(40)采用粗粒盐渍土构筑，所述基床底层上结构层(60)及基床表层(70)采用非盐渍土填筑；所述路堤本体(20)的盐胀系数不大于0.02，基床底层下结构层(40)的盐胀系数不大于0.01；所述基床隔断层(50)埋深不小于剧烈气温影响层深度，所述剧烈气温影响层深度为大气气温影响特别显著或盐胀变形剧烈的深度；所述粗粒盐渍土易溶盐含量满足如下表1的要求：
表1
所述易溶盐含量是指盐渍土与施工用水的易溶盐含量总和，R5为粗粒盐渍土的粗细粒径比。
2.如权利要求1所述的考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构，其特征是：所述基底隔断层(10)、路堤本体隔断层(30)和基床隔断层(50)均由线路中心向两侧按4％的坡度进行对称铺设。
3.如权利要求1所述的考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构，其特征是：所述基底隔断层(10)由从下至上依次铺设的下碎石层(11)、下第一中粗砂层(12)、下复合土工膜(13)和第二中粗砂层(14)复合构成，其中，下碎石层(11)的厚度为0.2m，下第一中粗砂层(12)的厚度为0.05m，第二中粗砂层(14)的厚度为0.1m。
4.如权利要求1所述的考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构，其特征是：所述路堤本体隔断层(30)由从下至上依次铺设的中第一中粗砂层(31)、中复合土工膜(32)及中第二中粗砂层(33)复合构成，其中，中第一中粗砂层(31)的厚度为0.05m，中第二中粗砂层(33)的厚度为0.1m。
5.如权利要求1所述的考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构，其特征是：所述基床隔断层(50)由从下至上依次铺设的上第一中粗砂层(51)、上复合土工膜(52)及上第二中粗砂层(53)复合构成，其中，上第一中粗砂层(51)的厚度为0.05m，上第二中粗砂层(53)的厚度为0.1m。
6.如权利要求1至5任意一项所述考虑剧烈气温影响的有砟轨道粗粒盐渍土路堤结构的构筑方法，包括如下步骤：
①选择粗粒盐渍土取土场，采集土样并通过室内土工筛分及化学滴定试验，确定粗粒盐渍土颗粒级配曲线，确定粗粒盐渍土易溶盐含量，单位％；
②根据所述粗粒盐渍土颗粒级配曲线，通过以下公式确定粗粒盐渍土的粗细粒径比R5：
式中，R5为粗粒盐渍土的粗细粒径比；A为粒径d>5mm的土含量占总质量的百分比，单位％；B为粒径0.25mm＜d＜5mm的土含量占总质量的百分比，单位％；
③根据确定的粗粒盐渍土的粗细粒径比R5与表1，将取土场土样划分为细粒组、中粒组、粗粒组，采用施工用水分层压实取土场土样后，再测定压实土样的易溶盐含量，判断取土场土样与施工用水的易溶盐含量总和是否满足表1要求，若不满足表1要求，则重复步骤①、步骤②工作，直至满足表1要求；
④从步骤①选择的取土场采集路堤填料，分层填筑、分层碾压直至基床底层下结构层(40)顶面；
⑤采集路堤本体(20)与基床底层下结构层(40)压实土样，并通过室内盐胀试验确定压实土样的盐胀系数，测得的路堤本体(20)与基床底层下结构层(40)盐胀系数分别不大于0.02和0.01，否则填筑质量即判定为不合格。
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