CN110939019A - 箱式路基结构及重载铁路路基 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种箱式路基结构及重载铁路路基，箱式路基结构包括底板、顶板、支撑结构以及至少两个边墙，边墙设置于底板与顶板之间，底板、顶板和边墙形成中空箱体；支撑结构包括至少一个斜支撑板，斜支撑板设置于中空箱体内以支撑顶板。该箱式路基结构相比于传统的梯形填料路基结构，其刚度和强度都大幅度提升，支撑力也更加均匀，占地面积减小，且无需使用传统路基填料，施工简便，降低了成本；同时，上述箱式路基结构能够承载更大的载荷，斜支撑板与底板、顶板、边墙之间构成了局部三角形或者梯形结构，使其稳定性和承载力提升了10％～20％。

Description

箱式路基结构及重载铁路路基

技术领域

本发明涉及路基工程技术领域，特别涉及一种箱式路基结构及重载铁路路基。

背景技术

重载铁路的特点是轴重大、列车编组长且行车密度大，长编组列车一般100节～200节，因此重载铁路轨道整体结构承受的压力巨大，导致重载铁路病害频发。这些病害主要为钢轨接头病害、轨道磨损变形不平顺和线路下沉。重载铁路在大荷载和高密度列车的冲击下，钢轨磨损十分严重，这不仅影响线路安全运行，还会引起路基病害，而路基发生变化时，其轨道结构也会随之发生变化。目前国内的重载铁路已经不能满足运输能力的要求，路基承载力不足，路基病害频发，严重限制了列车的设计轴重和速度；重载铁路轴重的增加会显著增大路基承受的荷载幅值，长编组列车以及列车行流量的提升会使路基遭受的动荷载次数增大，致使路基疲劳破坏加剧。现有运行路基线路，路基病害已占20％以上。

现有铁路路基多采用梯形型式，上部为路基面宽度，两侧采用1∶1.5～2的边坡放坡至地面，并在不同部位采用不同标准的填料分层碾压处理，上部铺设要求更高的基床结构。这种梯形的路基型式，具有造价低的优势，是国内外常用的路基结构型式。但该梯形结构型式，占地宽度为路基面宽度的数倍，在耕地、林地区占用较多的耕地资源；路基填料的开采也会引起生态环境的破坏，易产生水土流失等次生地质灾害。另外，分层建筑、碾压的施工工艺受天气变化影响较大，施工质量可控性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种箱式路基结构及重载铁路路基，以解决现有技术中重载铁路承载力有限且稳定性差、路基占地面积大、对填料要求高的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种箱式路基结构，包括底板、顶板、支撑结构以及至少两个边墙，所述边墙设置于所述底板与所述顶板之间，所述底板、所述顶板和所述边墙形成中空箱体；所述支撑结构包括至少一个斜支撑板，所述斜支撑板设置于所述中空箱体内以支撑所述顶板。

进一步地，至少一个所述斜支撑板的一端固定于所述顶板上，另一端固定于所述底板上；和/或至少一个所述斜支撑板固定于所述顶板上，另一端固定于所述边墙上。

进一步地，至少一个所述斜支撑板的一端固定于所述底板与所述边墙的连接处；和/或至少一个所述斜支撑板的一端固定于所述顶板与所述边墙的连接处。

进一步地，所述支撑结构包括两个所述斜支撑板，两个所述斜支撑板均有一端固定于所述底板上，另一端分别固定于所述顶板上，且两个所述斜支撑板的倾斜方向不同。

进一步地，两个所述斜支撑板固定于所述底板上的一端相互连接；或者两个所述斜支撑板固定于所述顶板上的一端相互连接。

进一步地，两个所述斜支撑板均有一端固定于所述底板与所述边墙的连接处；或者两个所述斜支撑板均有一端固定于所述顶板与所述边墙的连接处。

进一步地，所述箱式路基结构的材质为钢筋混凝土。

进一步地，所述箱式路基结构包括多个所述支撑结构，所述支撑结构沿所述铁路的延伸方向间隔设置。

进一步地，所述顶板沿垂直于铁路延伸方向上的尺寸为10m～14m，所述底板沿垂直于铁路延伸方向的尺寸为6m～10m，所述边墙之间的距离为5m～7m且小于所述底板沿垂直于铁路延伸方向的尺寸；和/或所述顶板的厚度为0.4m～0.7m，所述底板的厚度为0.6m～1.0m，所述斜支撑板的厚度为0.4m～0.8m，所述边墙的厚度为0.6m～0.8m。

进一步地，所述箱式路基结构还包括设置于所述顶板上端的两挡砟墙，所述挡砟墙沿所述铁路的延伸方向延伸，两所述挡砟墙设置于所述顶板沿宽度方向的相对两端，两所述挡砟墙平行间隔设置。

本发明的另一方面，提供了一种重载铁路路基，包括多个上述箱式路基结构和铺设于所述箱式路基结构的顶板上端的道砟，相邻所述箱式路基结构之间形成沉降缝。

进一步地，所述箱式路基结构还包括设置于所述顶板上端的两挡砟墙，所述挡砟墙沿所述铁路的延伸方向延伸，两所述挡砟墙设置于所述顶板沿宽度方向的相对两端，两所述挡砟墙平行间隔设置；所述道砟铺设于两所述挡砟墙之间。

进一步地，所述箱式路基结构在沿铁路延伸方向的长度为8m～12m，所述沉降缝的宽度为18mm～22mm。

本发明提供的箱式路基结构，采用顶板、底板与边墙组成中空箱体结构，并在中空箱体内设置斜支撑板以起到对顶板的支撑作用，相比于传统的梯形填料路基结构，其刚度和强度都大幅度提升，支撑力也更加均匀，占地面积减小，且无需使用传统路基填料，施工简便，降低了成本；同时，上述箱式路基结构能够承载更大的载荷，斜支撑板与底板、顶板、边墙之间构成了局部三角形或者梯形结构，使其稳定性和承载力提升了10％～20％。另外，上述箱式路基结构直接放置于铁路的地基上使用，与地基之间不形成刚性连接，抗震性能更佳，在高地震烈度区有更大的适用性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的箱式路基结构的横断面结构示意图；

图2为图1的一种变形结构的示意图；

图3为图1的另一种变形结构的示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种箱式路基结构的横断面结构示意图；

图5为图4的一种变形结构的示意图；

图6为本发明实施例提供的重载铁路路基沿铁路延伸方向的结构示意图。

附图标记说明：

10、箱式路基结构；20、沉降缝；

11、底板；12、顶板；13、边墙；14、斜支撑板；15、挡砟墙。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

参照图1～图5，本申请实施例提供了一种箱式路基结构，包括底板11、顶板12、支撑结构以及至少两个边墙13，边墙13设置于底板11与顶板12之间，底板11、顶板12和边墙13形成中空箱体；支撑结构包括至少一个斜支撑板14，斜支撑板14设置于中空箱体内以支撑顶板12。也就是说，斜支撑板14用于支撑顶板12以辅助承载顶板12上的竖向荷载。斜支撑板14的倾斜方向、数量以及安装位置、安装方式不做限定，只要能够对顶板12起到支撑作用即可。本申请实施例中箱式路基结构10的材质为钢筋混凝土。可以采用预制装配或者现场浇筑的方法制作。其刚度和强度相比于传统的梯形填料路基结构均有大幅度地提升。本申请实施例的箱式路基结构10适用于重载铁路、专用线等工程领域。

本申请实施例的箱式路基结构，采用顶板12、底板11与边墙13组成中空箱体结构，并在中空箱体内设置斜支撑板14以起到对顶板12的支撑作用，相比于传统的梯形填料路基结构，其刚度和强度都大幅度提升，支撑力也更加均匀，占地面积减小，且无需使用传统路基填料，施工简便，降低了成本。同时，上述箱式路基结构10能够承载更大的载荷，斜支撑板14与底板11、顶板12、边墙13之间构成了局部三角形或者梯形结构，使其稳定性和承载力提升了10％～20％。另外，上述箱式路基结构10直接放置于铁路的地基上使用，与地基之间不形成刚性连接，抗震性能更佳，在高地震烈度区有更大的适用性。

可以理解地，斜支撑板14的安装位置有很多种选择。在一些实施例中，至少一个斜支撑板14的一端固定于顶板12上，另一端固定于底板11上。在另一些实施例中，至少一个斜支撑板14固定于顶板12上，另一端固定于边墙13上。也就是说，斜支撑板14的一端必须固定于顶板12上用来为顶板12提供辅助支撑，另一端可以固定在底板11上，也可以固定在边墙13上，优选方案为斜支撑板14的另一端固定于底板11上，这样能够为顶板12提供更大的支撑力。

在一些实施例中，至少一个斜支撑板14的一端固定于底板11与边墙13的连接处。将斜支撑板14的一端固定于底板11与边墙13的连接处，另一端固定于顶板12上，顶板12、边墙13和斜支撑板14构成稳定的三角形结构，提高了顶板12的稳定性和承载力。在另一些实施例中，至少一个斜支撑板14的一端固定于顶板12与边墙13的连接处。将斜支撑板14的一端固定于顶板12与边墙13的连接处，另一端固定于底板11上，一方面边墙13、底板11和斜支撑板14之间形成稳定的三角形结构，提高了箱式路基结构10的稳定性，另一方面，斜支撑板14对边墙13也起到支撑的作用，能够用来辅助边墙13荷载侧部的压力。

进一步地，至少一个斜支撑板14的一端固定于底板11与边墙13的连接处，另一端固定于顶板12与边墙13的连接处。可以理解地，此种技术方案同样能够对顶板12以及边墙13起到支撑的作用；此时斜支撑板14为两个，则两个斜支撑板14相互交叉，能够进一步地增强这种支撑作用。

在一些实施例中，支撑结构包括两个斜支撑板14，两个斜支撑板14均有一端固定于底板11上，另一端分别固定于顶板12上，且两个斜支撑板14的倾斜方向不同。斜支撑板14的数量为两个且倾斜方向不同，能够对顶板12进行不同方向的支撑，使顶板12所受支撑力更加均匀，提高了箱式路基结构10的荷载，并提高了其稳定性。进一步地，一些实施例中，参照图1、图3，两个斜支撑板14固定于底板11上的一端相互连接；另一些实施例中，参照图4，两个斜支撑板14固定于顶板12上的一端相互连接。可以理解地，两个斜支撑板14与底板11或者顶板12构成稳定的三角形结构，能够对顶板12提供更大的支撑力，使箱式路基结构10的稳定性和承载力提升。

进一步地，两个斜支撑板14均有一端固定于底板11与边墙13的连接处；或者两个斜支撑板14均有一端固定于顶板12与边墙13的连接处。斜支撑板14的一端位于底板11与边墙13或者顶板12与边墙13的连接处，在支撑顶板12提高顶板12载荷的基础上，进一步地对边墙13提供支撑作用。参照图1、图4，当两个斜支撑板14至少有一端相互连接，另一端位于底板11与边墙13的连接处或者顶板12与边墙13的连接处时，箱式路基结构10中形成了三个三角形结构，使其结构更加稳定，提升了其承载力。

可以理解地，参照图1、图2，两个斜支撑板14的一端分别位于顶板12与边墙13的连接处，顶板12上方的荷载对顶板12施加向下的作用力时，能够进一步加强斜支撑板14对边墙13的支撑力。参照图4、图5，两个斜支撑板14的一端分别位于底板11与边墙13的连接处，边墙13对于斜支撑板14向箱式路基结构10内侧的作用力，能够进一步加强斜支撑板14对顶板12的支撑力。由此可见，两个斜支撑板14对顶板12与边墙13的作用相辅相成，相互增强。

在一些实施例中，箱式路基结构10包括多个支撑结构，支撑结构沿铁路的延伸方向间隔设置。也就是说，多个支撑结构可以对顶板12的荷载进行分散，在提高路基结构的刚度和强度的同时，能够进一步控制路基的变形。

在一些实施例中，顶板12在垂直于铁路延伸方向上的尺寸为10m～14m，底板11在垂直于铁路延伸方向的尺寸为6m～10m，边墙13之间的距离为5m～7m且小于底板11在垂直于铁路延伸方向的尺寸。本申请中，顶板12沿铁路延伸方向上的尺寸是指顶板12的长度尺寸，顶板12在垂直于铁路延伸方向上的尺寸是指顶板12的宽度尺寸。同样地，底板11在垂直于铁路延伸方向的尺寸是指底板11的宽度尺寸。底板11的宽度尺寸可以小于等于顶板12的宽度尺寸，宽度越小，占地面积越小。底板11的宽度大于等于两个边墙13之间的距离。顶板12的宽度尺寸跟铁路的宽度相适应。两个边墙13之间的距离过大会增加占地面积，过小会使顶板12两端的承载力下降，降低箱式路基结构10的稳定性。

在一些实施例中，顶板12的厚度为0.4m～0.7m，底板11的厚度为0.6m～1.0m，斜支撑板14的厚度为0.4m～0.8m，边墙13的厚度为0.6m～0.8m。可以理解地，顶板12、底板11、斜支撑板14和边墙13达到一定的厚度，才能使箱式路基结构10具有所需的刚度和强度。上述各组尺寸不宜过大，以免造成材料的浪费和成本的升高；不宜过小，以免刚度和强度达不到要求。针对不同的设计载重，重载铁路对承载力的需求以及地基的承载变形要求，合理地设定上述各结构的厚度。

进一步地，箱式路基结构10还包括设置于顶板12上端的两挡砟墙15，挡砟墙15沿铁路的延伸方向延伸，两挡砟墙15设置于顶板12沿宽度方向的相对两端，两挡砟墙15平行间隔设置。顶板12上方的两挡砟墙15之间用于铺设道砟，在道砟上铺设轨枕和钢轨。

本申请实施例还提供了一种重载铁路路基，参照图6，包括多个上述各实施例中的箱式路基结构10和铺设于箱式路基结构10的顶板12上端的道砟，相邻箱式路基结构10之间形成沉降缝20。箱式路基结构10放置于重载铁路的地基上。本申请实施例以重载铁路路基为例，说明上述箱式路基结构10的应用。本申请实施例的重载铁路路基包括多个箱式路基结构10，大幅度提升了重载铁路路基的承载力，保证重载铁路的运输能力和安全稳定运行；同时提升土地使用率。另外，箱式路基结构10直接放置于地基上，与地基为非刚性连接，抗震性能更强，在高地震烈度地区有更大的适用性。

进一步地，箱式路基结构10还包括设置于顶板12上端的两挡砟墙15，挡砟墙15沿铁路的延伸方向延伸，两挡砟墙15设置于顶板12沿宽度方向的相对两端，两挡砟墙15平行间隔设置；道砟铺设于两挡砟墙15之间。两个挡砟墙15之间填充道砟，道砟上铺设轨枕和钢轨。箱式路基结构10减小了轮轨所受的荷载，减少其变形和磨损。进一步地，箱式路基结构10在沿铁路延伸方向的长度为8m～12m，沉降缝20的宽度为18mm～22mm。

本申请针对传统重载铁路承载能力低、运输力不足、路基病害频发、填料缺乏以及部分区域可利用空间有限等问题，提供了上述箱式路基结构。其有效控制了路基变形，降低了路基病害，减少了后期维护；增加了路基的承载能力，比传统的路基承载力提升了10％～20％，实现了重载铁路运力的提升，确保重载铁路的稳定性和安全性；减少了占地面积，节约了资源。同时对高地震烈度地区具有更强的适应性。本申请的箱式路基结构可广泛应用于重载铁路、专用线等工程领域。

本申请实施例的箱式路基结构的具体施工方式如下，以施工重载铁路路基为例：

1、依据拟建重载铁路地区的工程地质、设计要求和环境因素，进行钢筋混凝土箱式路基结构10承载力、稳定性和变形验算，选择合适的混凝土型号、各结构的尺寸、配筋布置等。钢筋混凝土型号、钢筋布置应能满足承载力和耐久性的要求，钢筋直径和长度在构造上还应满足最小配筋率和锚固长度要求。

其中顶板12的宽度结构尺寸设计采用10m～14m；底板11宽度设计采用8.5m；边墙13高度根据地基和轨面标高控制，可采用4m～8m；左右侧边墙13间距设计采用5m～7m。顶板12厚度设计采用0.55m，底板11厚度设计采用0.8m，左右边墙13厚度设计采用0.6m～0.8m，左右斜支撑厚度设计采用0.6m，斜支撑板14采用矩形截面0.8m×1.0m，箱式路基结构10沿铁路延伸方向包括2～3个支撑结构。

2、根据箱式路基结构10的底面荷载验算地基承载力和变形，对不满足承载力和变形要求的地基进行加固处理，如搅拌桩、CFG桩复合地基或管桩加固，使其满足规范要求。为了与桥梁、涵洞有效顺接，本申请的钢筋混凝土箱式路基结构10的横向宽度应与桥梁简支梁顶面布置形式一致，纵向长度可根据实际情况考虑。

3、在加固后的地基表面铺设垫层，垫层由0.4m厚的碎石和0.2m厚的中粗砂组成，进行地基找平，然后开始钢筋混凝土结构浇筑或放置预制好的箱式路基结构10。

4、钢筋混凝土箱式路基结构10采用现浇或预制的方式进行施工，施工过程中沿铁路延伸方向应分段，每段箱式路基结构10长度可选取8m～12m，节段之间应设置沉降缝20，缝宽一般取20mm，可根据实际情况调整，缝内设止水。钢筋混凝土结构各部件现场浇筑时，应自下而上逐步浇筑，浇筑过程中应严格控制初凝时间，待下部结构强度达到设计要求后方可进行下一部件的施工。

5、施工完毕后应进行变形监测和质量检测。质量检测合格且变形满足规范要求后，在两侧挡砟墙15之间填道砟和铺设轨道。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不同限于此，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。并且，本发明各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种箱式路基结构，其特征在于：包括底板、顶板、支撑结构以及至少两个边墙，所述边墙设置于所述底板与所述顶板之间，所述底板、所述顶板和所述边墙形成中空箱体；所述支撑结构包括至少一个斜支撑板，所述斜支撑板设置于所述中空箱体内以支撑所述顶板。

2.根据权利要求1所述的箱式路基结构，其特征在于，至少一个所述斜支撑板的一端固定于所述顶板上，另一端固定于所述底板上；和/或

至少一个所述斜支撑板固定于所述顶板上，另一端固定于所述边墙上。

3.根据权利要求2所述的箱式路基结构，其特征在于，至少一个所述斜支撑板的一端固定于所述底板与所述边墙的连接处；和/或

至少一个所述斜支撑板的一端固定于所述顶板与所述边墙的连接处。

4.根据权利要求1所述的箱式路基结构，其特征在于，所述支撑结构包括两个所述斜支撑板，两个所述斜支撑板均有一端固定于所述底板上，另一端分别固定于所述顶板上，且两个所述斜支撑板的倾斜方向不同。

5.根据权利要求4所述的箱式路基结构，其特征在于，两个所述斜支撑板固定于所述底板上的一端相互连接；或者两个所述斜支撑板固定于所述顶板上的一端相互连接。

6.根据权利要求4所述的箱式路基结构，其特征在于，两个所述斜支撑板均有一端固定于所述底板与所述边墙的连接处；或者两个所述斜支撑板均有一端固定于所述顶板与所述边墙的连接处。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的箱式路基结构，其特征在于，所述箱式路基结构的材质为钢筋混凝土。

8.根据权利要求1～6任意一项所述的箱式路基结构，其特征在于，所述箱式路基结构包括多个所述支撑结构，所述支撑结构沿所述铁路的延伸方向间隔设置。

9.根据权利要求1～6任意一项所述的箱式路基结构，其特征在于，所述顶板沿垂直于铁路延伸方向上的尺寸为10m～14m，所述底板沿垂直于铁路延伸方向的尺寸为6m～10m，所述边墙之间的距离为5m～7m且小于所述底板沿垂直于铁路延伸方向的尺寸；和/或

所述顶板的厚度为0.4m～0.7m，所述底板的厚度为0.6m～1.0m，所述斜支撑板的厚度为0.4m～0.8m，所述边墙的厚度为0.6m～0.8m。

10.根据权利要求1～6任意一项所述的箱式路基结构，其特征在于，所述箱式路基结构还包括设置于所述顶板上端的两挡砟墙，所述挡砟墙沿所述铁路的延伸方向延伸，两所述挡砟墙设置于所述顶板沿宽度方向的相对两端，两所述挡砟墙平行间隔设置。

11.一种重载铁路路基，其特征在于，包括多个权利要求1～9任意一项所述的箱式路基结构和铺设于所述箱式路基结构的顶板上端的道砟，相邻所述箱式路基结构之间形成沉降缝。

12.根据权利要求11所述的重载铁路路基，其特征在于，所述箱式路基结构还包括设置于所述顶板上端的两挡砟墙，所述挡砟墙沿所述铁路的延伸方向延伸，两所述挡砟墙设置于所述顶板沿宽度方向的相对两端，两所述挡砟墙平行间隔设置；所述道砟铺设于两所述挡砟墙之间。

13.根据权利要求11所述的重载铁路路基，其特征在于，所述箱式路基结构在沿铁路延伸方向的长度为8m～12m，所述沉降缝的宽度为18mm～22mm。

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