CN111270569A - 一种高速铁路路基结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高速铁路路基结构，其中，所述高速铁路路基结构由上至下包括道砟层、基床表层和基床底层；所述基床表层由上至下由具有承载性和防水性的沥青级配碎石层、填料层构成；所述填料选自铁路Ⅰ型级配碎石、铁路Ⅱ型级配碎石、掺加水泥的铁路Ⅰ型级配碎石或掺加水泥的铁路Ⅱ型级配碎石；所述基床底层由A、B组填料构成。本发明的高速铁路路基结构中使用的沥青级配碎石层可以作为防水层和强化层。此外，所述沥青级配碎石层还可以作为隔离层，可有效阻止路基细颗粒向道砟层转移。本发明提供的高速铁路路基结构，通过在基床表层使用沥青级配碎石层来替代部分填料层，可以减小整个基床结构的总厚度。
Description
技术领域
本发明属于铁路路基结构技术领域。具体地，本发明涉及一种高速铁路路基结构。
背景技术
相比于无砟道床，有砟道床具有造价低廉，施工简单，弹性良好，易于维修等优点，因而被广泛应用于高速铁路、普速铁路和重载铁路中。
现有的有砟轨道，自上而下一般包括道砟层、基床表层(级配碎石)、基床底层(非冻胀填料A、B组)。为考虑路基面的防排水问题，通常在有砟轨道基床表层表面采用防水性级配碎石(铁路Ⅰ型级配碎石)，但仍具有一定的渗透性，且作为散粒体易形成裂缝。在天然降水条件下，大量水分浸入到基床结构中，软化路基，易造成冻胀、翻浆等病害，降低路基长期服役性能。
因此，亟需一种防水效果好、抗裂性能优良且耐久性较好的基床结构。可以适用于寒冷、多雨等特殊地区，也可普遍适用于全国各地区，沥青级配碎石配比可根据不同地区气候环境特征进行调整确定。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种防水性能优异、承载性能良好以及减震降噪的高速铁路路基结构。
本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的。
在本发明的上下文中，术语“铁路Ⅰ型或Ⅱ型级配碎石”是指符合《铁路路基设计规范》(TB 10001-2016)的碎石。
在本发明的上下文中，术语“A、B组填料”是指符合《铁路路基设计规范》(TB10001-2016)的填料。
在本发明的上下文中，术语“高速铁路路基结构”是指高速铁路有砟轨道的路基结构。
本发明提供一种高速铁路路基结构，其中，所述高速铁路路基结构由上至下包括道砟层、基床表层和基床底层；
所述基床表层由上至下由具有承载性和防水性的沥青级配碎石层、填料层构成；所述填料选自铁路Ⅰ型级配碎石、铁路Ⅱ型级配碎石、掺加水泥的铁路Ⅰ型级配碎石或掺加水泥的铁路Ⅱ型级配碎石；
所述基床底层由A、B组填料构成。
优选地，在本发明所述的高速铁路路基结构中，所述沥青级配碎石层以全断面铺设的方式进行设置。
优选地，在本发明所述的高速铁路路基结构中，所述沥青级配碎石层设置为两侧具有排水坡的单人字形结构。在本发明所述的高速铁路路基结构中，坡顶位于轨道结构的中心线处。
优选地，在本发明所述的高速铁路路基结构中，所述排水坡的坡度不小于4％。
优选地，在本发明所述的高速铁路路基结构中，所述填料层设置为两侧具有排水坡的人字形结构。
优选地，在本发明所述的高速铁路路基结构中，所述基床底层设置为两侧具有排水坡的人字形结构。
优选地，在本发明所述的高速铁路路基结构中，所述沥青级配碎石层的厚度为8～20cm。
优选地，在本发明所述的高速铁路路基结构中，所述道砟层的厚度为20～35cm。
优选地，在本发明所述的高速铁路路基结构中，所述填料层的厚度为30～70cm。
优选地，在本发明所述的高速铁路路基结构中，所述基床底层的厚度为200～260cm。
优选地，在本发明所述的高速铁路路基结构中，所述掺加水泥的铁路Ⅰ型级配碎石中的水泥掺量为铁路Ⅰ型级配碎石质量的3～5％。
优选地，在本发明所述的高速铁路路基结构中，所述掺加水泥的铁路Ⅱ型级配碎石中的水泥掺量为铁路Ⅱ型级配碎石质量的3～5％
优选地，在本发明所述的高速铁路路基结构中，所述沥青级配碎石层的级配应满足以下要求：以沥青级配碎石层的总质量为基准，粒径小于0.075mm的矿料占比为4～8％；粒径小于0.3mm的矿料占比为7～18％；粒径小于0.6mm的矿料占比为9～26％；粒径小于2.36mm的矿料占比为20～48％；粒径小于4.75mm的矿料占比为34～62％；粒径小于9.5mm的矿料占比为60～80％；粒径小于13.2mm的矿料占比为76～92％；粒径小于16mm的矿料占比为90～100％；粒径小于19mm的矿料占比为100％。
优选地，在本发明所述的高速铁路路基结构中，各级矿料的级配比例是所述占比上下限的均值。
优选地，在本发明所述的高速铁路路基结构中，所述沥青级配碎石层的沥青用量为3.5～6.0％。在本发明所述的高速铁路路基结构中，根据环境温度的不同，可将所述沥青级配碎石层的油石比增大0.1～0.3％。
优选地，在本发明所述的高速铁路路基结构中，以沥青级配碎石层的总质量为基准，所述沥青级配碎石层中的增强剂占比为0.1～1.0％。
本发明具有如下有益效果：
1.本发明的高速铁路路基结构中使用沥青级配碎石层一方面可以作为防水层，为路基提供整体化的防水保护，改善路基排水性能，防止表水渗入路基，降低冻胀、翻浆冒泥等病害的发生几率；另一方面，该沥青级配碎石层可以作为强化层，提高道床结构承载能力，改善道床应力分布情况，显著降低路基应力水平；此外，本发明的沥青级配碎石层还可以作为隔离层，可有效阻止路基细颗粒向道砟层转移，避免了道床板结、翻浆冒泥等病害。
2.本发明提供的高速铁路路基结构，通过在基床表层使用沥青级配碎石层来替代部分填料层，可以减小整个基床结构的总厚度，即，既减小了填料层的厚度，也减小了基床底层的厚度，节约了砂石料等不可再生资源；同时，可以得到性能与纯填料层构成的基床表层相当的、甚至更优的性能。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1是本发明的高速铁路路基结构示意图；
附图标记：
1 钢轨
2 轨枕
3 道砟层
4 沥青级配碎石层
5 铁路Ⅰ型级配碎石层
6 基床底层
7 路基本体。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
图1是本发明优选的高速铁路路基结构示意图。如图1所示，该高速铁路路基结构由上至下由道砟层3、基床表层和基床底层6。该基床表层由上至下由具有承载性和防水性的沥青级配碎石层4、铁路Ⅰ型级配碎石层5构成。当然，在其他实施方案中，基床表层也可以采用铁路Ⅱ型级配碎石层、掺加水泥的铁路Ⅰ型级配碎石层或掺加水泥的铁路Ⅱ型级配碎石层。该基床底层6由非冻胀A、B组填料构成。
在该优选的实施方案中，沥青级配碎石层4以全断面铺设的方式进行设置，且该沥青级配碎石层4设置为两侧具有排水坡的单人字形结构，排水坡的坡度为4％。
在该优选的实施方案中，铁路Ⅰ型级配碎石层设置为两侧具有排水坡的人字形结构，且基床底层设置为两侧具有排水坡的人字形结构。
在该优选的实施方案中，沥青级配碎石层的厚度为10cm。当然，在其他实施方案中，沥青级配碎石层的厚度可以为8cm或者20cm。
在该优选的实施方案中，道砟层的厚度为30cm。当然，在其他实施方案中，道砟层的厚度可以为20cm或者35cm。
在该优选的实施方案中，铁路Ⅰ型级配碎石层的厚度为50cm。当然，在其他实施方案中，铁路Ⅰ型级配碎石层的厚度可以为30cm或者70cm。
在该优选的实施方案中，所述基床底层的厚度为230cm。当然，在其他实施方案中，基床底层的厚度可以为200cm或者260cm。
特别的，发明人经大量实验，提出了一种可用于构成上述沥青级配碎石层4的沥青级配碎石级配方式，具体为：以沥青级配碎石层的总质量为基准，粒径小于0.075mm的矿料占比为4～8％；粒径小于0.3mm的矿料占比为7～18％；粒径小于0.6mm的矿料占比为9～26％；粒径小于2.36mm的矿料占比为20～48％；粒径小于4.75mm的矿料占比为34～62％；粒径小于9.5mm的矿料占比为60～80％；粒径小于13.2mm的矿料占比为76～92％；粒径小于16mm的矿料占比为90～100％；粒径小于19mm的矿料占比为100％。在该优选的实施方案中，各级矿料的级配比例是所述占比上下限的均值。
在该优选的实施方案中，沥青级配碎石层的沥青用量为5.0％。当然，在其他实施方案中，沥青级配碎石层的油石比可以为3.5％或者6％。以沥青级配碎石层的总质量计，沥青级配碎石层中的增强剂含量为0.4％。当然，在其他实施方案中，沥青级配碎石层中的增强剂含量可以为0.1％或者1％。
传统高速铁路路基结构为：35cm道砟层、70cm铁路I型级配碎石层、230cm基床底层非冻胀A、B组填料。为方便表述，简称为“工况A”。
有砟轨道沥青级配碎石基床结构为：30cm道砟层、10cm沥青级配碎石层、50cm铁路I型级配碎石层、220cm基床底层非冻胀A、B组填料。为方便表述，简称为“工况B”。
通过对比工况A和工况B可知，工况B可减少道砟层厚度5cm、减少基床表层厚度10cm、减少基床底层非冻胀A、B组填料厚度10cm，可节约大量路基填料，经济社会效益显著。
经测试，铁路Ⅰ型级配碎石的渗透系数为0.8×10-6m/s，沥青级配碎石的渗透系数为0.65×10-7m/s，说明沥青级配碎石具有更为优异的防水效果。
经测试，传统高速铁路路基结构和有砟轨道沥青级配碎石基床结构在高速列车荷载作用下的力学参数对比如下表1所示。
表1不同基床结构的力学参数对比
由表1可知，与工况A的测试数据相比，工况B具有更小的动荷载、动变形和振动加速度，说明工况B在节约填筑材料的同时，具有更好力学性能。
传统高速铁路路基结构也可以为：35cm道砟层、70cm水泥掺量为铁路Ⅰ型级配碎石质量的5％的填料层、230cm基床底层非冻胀A、B组填料。为方便表述，简称为“工况C”。
有砟轨道沥青级配碎石基床结构为：30cm道砟层、10cm沥青级配碎石层、50cm水泥掺量为铁路Ⅰ型级配碎石质量的5％的填料层、220cm基床底层非冻胀A、B组填料。为方便表述，简称为“工况D”。
通过对比工况C和工况D可知，工况D可减少道砟层厚度5cm、减少基床表层厚度10cm、减少基床底层非冻胀A、B组填料厚度10cm，可节约大量路基填料，经济社会效益显著。
经测试，Ⅰ型级配碎石的渗透系数为0.14×10-6m/s，沥青级配碎石的渗透系数为0.65×10-7m/s，说明沥青级配碎石具有更为优异的防水效果。
经测试，传统高速铁路路基结构和有砟轨道沥青级配碎石基床结构在高速列车荷载作用下的力学参数对比如下表2所示。
表2不同基床结构的力学参数对比
由表2可知，与工况C的测试数据相比，工况D具有更小的动荷载、动变形和振动加速度，说明工况D在节约填筑材料的同时，具有更好力学性能。
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方案，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)
1.一种高速铁路路基结构，其中，所述高速铁路路基结构由上至下包括道砟层、基床表层和基床底层；
所述基床表层由上至下由具有承载性和防水性的沥青级配碎石层、填料层构成；所述填料选自铁路Ⅰ型级配碎石、铁路Ⅱ型级配碎石、掺加水泥的铁路Ⅰ型级配碎石或掺加水泥的铁路Ⅱ型级配碎石；
所述基床底层由A、B组填料构成。
2.根据权利要求1所述的高速铁路路基结构，其中，所述沥青级配碎石层以全断面铺设的方式进行设置。
3.根据权利要求1所述的高速铁路路基结构，其中，所述沥青级配碎石层设置为两侧具有排水坡的单人字形结构。
4.根据权利要求3所述的高速铁路路基结构，其中，所述排水坡的坡度不小于4％。
5.根据权利要求1所述的高速铁路路基结构，其中，所述填料层设置为两侧具有排水坡的人字形结构。
6.根据权利要求1所述的高速铁路路基结构，其中，所述基床底层设置为两侧具有排水坡的人字形结构。
7.根据权利要求1所述的高速铁路路基结构，其中，所述沥青级配碎石层的厚度为8～20cm；
优选地，所述道砟层的厚度为20～35cm；
优选地，所述填料层的厚度为30～70cm；
优选地，所述基床底层的厚度为200～260cm；
优选地，所述掺加水泥的铁路Ⅰ型级配碎石中的水泥掺量为铁路Ⅰ型级配碎石质量的3～5％；
优选地，所述掺加水泥的铁路Ⅱ型级配碎石中的水泥掺量为铁路Ⅱ型级配碎石质量的3～5％。
8.根据权利要求1所述的高速铁路路基结构，其中，所述沥青级配碎石层的级配应满足以下要求：以沥青级配碎石层的总质量为基准，粒径小于0.075mm的矿料占比为4～8％；粒径小于0.3mm的矿料占比为7～18％；粒径小于0.6mm的矿料占比为9～26％；粒径小于2.36mm的矿料占比为20～48％；粒径小于4.75mm的矿料占比为34～62％；粒径小于9.5mm的矿料占比为60～80％；粒径小于13.2mm的矿料占比为76～92％；粒径小于16mm的矿料占比为90～100％；粒径小于19mm的矿料占比为100％。
9.根据权利要求8所述的高速铁路路基结构，其中，各级矿料的级配比例是所述占比上下限的均值。
10.根据权利要求1所述的高速铁路路基结构，其中，所述沥青级配碎石层中的沥青用量为3.5～6.0％；
优选地，以沥青级配碎石层的总质量为基准，所述沥青级配碎石层中的增强剂占比为0.1～1.0％。
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