CN111608026A - 一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造，包括从下而上依次填筑的路堤本体层、基床下底层、基床上底层、基床下表层和基床上表层，所述路堤本体层和所述基床下底层采用红层泥岩水泥改良土填筑，所述基床上底层采用A、B组填料填筑，所述基床下表层采用级配碎石填筑，所述基床上表层采用沥青混凝土填筑。该高铁路堤构造的结构简单，能满足时速400公里级高铁路基的设计要求。

Description

一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造

技术领域

本发明涉及路基工程领域，特别是涉及一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造。

背景技术

近年来，我国高铁的规模和技术实现了从“追赶”到“引领”转变。速度一直以来是铁路变革中的重要指标，掌握400km时速高铁核心技术对于我国巩固高铁地位、实现高铁技术走出去具有重要意义。

红层泥岩在我国川渝地区广泛分布，具有易风化，易崩解，失水收缩、浸水承载力衰减等特性。随着我国时速400公里级高速铁路的修建，线路不可避免的需要穿红层泥岩地区。红层泥岩的上述工程特性很难满足一般高速铁路路堤填料要求，更无法直接用于更高标准的时速400公里级高铁路基的填筑。该地区铁路路基占比高、线路长，若整条线均采用优质填料，往往需要远距离运输，造成填料成本过高，给工程建设的成本控制带来巨大困难。同时，现阶段线路沿线的生态环境保护是铁路建设各项工作中重要指标，该地区铁路修建过程中产生的弃土量大，给环保带来巨大压力。

已有研究表明，除列车往复荷载外，水的侵害是造成基床稳定性降低的重要因素。川渝地区红层泥岩对含水量较为敏感，对路堤结构防排水要求高。目前多数高铁路基采用纤维混凝土封闭层防止雨水或表面水进入，但纤维混凝土容易开裂，造成雨水积聚、下渗。时速400公里级高铁要求路基具有更高的平顺性和稳定性。现有的基床表层级配碎石层的排水能力能否满足要求，值得进一步探讨。

为克服上述问题，有效利用红层泥岩弃土进行改良以扩大可用填料范围，避免雨水聚集、下渗而影响路堤结构的稳定性，同时为我国铁路再次提速进行技术储备，有必要提出一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造，包括从下而上依次填筑的路堤本体层、基床下底层、基床上底层、基床下表层和基床上表层，所述路堤本体层和所述基床下底层采用红层泥岩水泥改良土填筑，所述基床上底层采用A、B组填料填筑，所述基床下表层采用级配碎石填筑，所述基床上表层采用沥青混凝土填筑。

其中，所述红层泥岩水泥改良土为在红层泥岩改良土中掺入水泥混合均匀而成的填料。

采用本发明所述的一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造，通过土方填筑用量最多的所述路堤本体层和第二多的所述基床下底层均采用红层泥岩水泥改良土填筑，利用红层泥岩丰富地区的红层泥岩进行改良，既就地解决了合格填料稀缺的问题，又缓解了弃土带来的环保压力；通过设置沥青混凝土材质的所述基床上表层对路堤表面进行全封闭，隔排水效果优于既有级配碎石表层的排水效果，沥青混凝土同时具有良好的粘性和蠕变性，使得所述基床上表层相较既有纤维混凝土表层不容易开裂，有效解决了雨水或表面水带来的路基稳定性问题；路基表面采用沥青混凝土有利于强化基床表层，以满足路堤结构的耐久性要求；采用红层泥岩改良土作为填料具有较高的经济效益，填筑质量容易控制；该高铁路堤构造的结构简单，能满足时速400公里级高铁路基的设计要求。

优选地，所述路堤本体层采用水泥掺入比为4％的红层泥岩改良土作为填料填筑，压实所述路堤本体层后：压实系数≥0.92、7d饱和无侧限抗压强度≥250kPa。

优选地，所述基床下底层的厚度为1m，所述基床下底层采用水泥掺入比为6％的红层泥岩改良土作为填料填筑，压实所述基床下底层后：压实系数≥0.95、7d(7天)饱和无侧限抗压强度≥350kPa。

采用这种结构设置，所述基床下底层和所述路堤本体层采用不同的红层泥岩改良方案，技术更为科学合理，同时能够分别满足所述基床下底层和所述路堤本体层不同的技术要求。

优选地，所述基床上底层的厚度为1.3m，所述基床上底层压实后：压实系数≥0.95、地基系数K₃₀≥150MPa/m、动态变形模量E_vd≥40MPa。

优选地，所述基床上表层的厚度为0.08m～0.12m，所述基床上表层压实后：空隙率Vr≤2％、渗透系数K≤10^-6cm/s、马歇尔稳定度＞5kN。

进一步优选地，所述基床下表层和所述基床上表层的总厚度为0.4m，所述基床下表层压实后：压实系数≥0.97、地基系数K₃₀≥190MPa/m、动态变形模量E_vd≥55MPa。

优选地，所述路堤本体层、所述基床下底层、所述基床上底层、所述基床下表层和所述基床上表层沿线路中心线对称填筑。

进一步优选地，所述路堤本体层的填筑面、所述基床下底层的填筑面和所述基床上底层的填筑面均沿线路中心线向线路两侧设置排水坡度。

进一步优选地，所述排水坡度为4％。

优选地，所述路堤本体层两侧分别设有排水沟。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明所述的一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造，通过土方填筑用量最多的所述路堤本体层和第二多的所述基床下底层均采用红层泥岩水泥改良土填筑，利用红层泥岩丰富地区的红层泥岩进行改良，既就地解决了合格填料稀缺的问题，又缓解了弃土带来的环保压力；

2、本发明所述的一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造，通过设置沥青混凝土材质的所述基床上表层对路堤表面进行全封闭，隔排水效果优于既有级配碎石表层的排水效果，沥青混凝土同时具有良好的粘性和蠕变性，使得所述基床上表层相较既有纤维混凝土表层不容易开裂，有效解决了雨水或表面水带来的路基稳定性问题；

3、本发明所述的一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造，路基表面采用沥青混凝土有利于强化基床表层，以满足路堤结构的耐久性要求；

4、本发明所述的一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造，采用红层泥岩改良土作为填料具有较高的经济效益，填筑质量容易控制；

5、本发明所述的一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造，结构简单，能满足时速400公里级高铁路基的设计要求。

6、本发明所述的一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造，所述基床下底层和所述路堤本体层采用不同的红层泥岩改良方案，技术更为科学合理，同时能够分别满足所述基床下底层和所述路堤本体层不同的技术要求。

附图说明

图1是本发明所述适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造的断面示意图；

图2是传统高速铁路设计规范的轨道和列车均布荷载示意图；

图3a是传统高铁路堤构造模型示意图；

图3b是本发明高铁路堤构造模型示意图；

图4a是传统高铁路堤构造沉降示意图；

图4b是本发明高铁路堤构造沉降示意图。

图标：1-基床表层，11-基床上表层，12-基床下表层，2-基床底层，21-基床上底层，22-基床下底层，3-路堤本体层。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1所示，本发明所述的一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造，包括从下而上依次填筑的路堤本体层3、基床底层2和基床表层1，其中，基床底层2包括所述基床下底层22和基床上底层21，所述基床表层1包括基床下表层12和基床上表层11，所述路堤本体层3、所述基床下底层22、所述基床上底层21、所述基床下表层12和所述基床上表层11依次填筑。

所述路堤本体层3采用水泥掺入比为4％的红层泥岩改良土作为填料填筑，压实所述路堤本体层3后：压实系数≥0.92、7d饱和无侧限抗压强度≥250kPa。

所述基床下底层22的厚度为1m，所述基床下底层22采用水泥掺入比为6％的红层泥岩改良土作为填料填筑，压实所述基床下底层22后：压实系数≥0.95、7d饱和无侧限抗压强度≥350kPa。

所述基床上底层21的厚度为1.3m，所述基床上底层21采用A、B组填料填筑，所述基床上底层21压实后：压实系数≥0.95、地基系数K₃₀≥150MPa/m、动态变形模量E_vd≥40MPa。

所述基床上表层11的厚度为0.08m～0.12m，所述基床上表层11采用沥青混凝土填筑，所述基床上表层11压实后：空隙率Vr≤2％、渗透系数K≤10^-6cm/s、马歇尔稳定度＞5kN。

所述基床下表层12和所述基床上表层11的总厚度为0.4m，所述基床下表层12采用级配碎石填筑，所述基床下表层12压实后：压实系数≥0.97、地基系数K₃₀≥190MPa/m、动态变形模量E_vd≥55MPa。

所述路堤本体层3、所述基床下底层22、所述基床上底层21、所述基床下表层12和所述基床上表层11沿线路中心线对称填筑，所述路堤本体层3的填筑面、所述基床下底层22的填筑面和所述基床上底层21的填筑面均沿线路中心线向线路两侧设置4％排水坡度，所述路堤本体层3两侧分别设有排水沟。

运用本发明所述的一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造，通过土方填筑用量最多的所述路堤本体层3和第二多的所述基床下底层22均采用红层泥岩水泥改良土填筑，利用红层泥岩丰富地区的红层泥岩进行改良，既就地解决了合格填料稀缺的问题，又缓解了弃土带来的环保压力；通过设置沥青混凝土材质的所述基床上表层11对路堤表面进行全封闭，隔排水效果优于既有级配碎石表层的排水效果，沥青混凝土同时具有良好的粘性和蠕变性，使得所述基床上表层11相较既有纤维混凝土表层不容易开裂，有效解决了雨水或表面水带来的路基稳定性问题；路基表面采用沥青混凝土有利于强化基床表层，以满足路堤结构的耐久性要求；采用红层泥岩改良土作为填料具有较高的经济效益，填筑质量容易控制；所述基床下底层22和所述路堤本体层3采用不同的红层泥岩改良方案，技术更为科学合理，同时能够分别满足所述基床下底层22和所述路堤本体层3不同的技术要求；该高铁路堤构造的结构简单，能满足时速400公里级高铁路基的设计要求。

对比实施例

川渝红层泥岩地区某高速铁路线路设计时速350km/h，轨道形式为CRTS I型板式无砟轨道，高铁路堤构造高度为3.7m。

按《高速铁路设计规范》规定：双线铁路路基面宽度为13.6m，双线线间距为5.0m；轨道和列车均布荷载如图2所示，图中b＝3m、b₀＝2m、q₀＝13.2kN/m²、q₁＝12.6kN/m²、q₂＝41.7kN/m²。

一、按传统高速铁路路堤设计，如图2所示，路堤构造包括从下而上依次填筑的1m厚路堤本体层3、2.3m厚基床底层2和0.4m厚基床表层1，其中所述基床表层1采用级配碎石填筑，所述基床底层2和所述路堤本体层3分别采用不同的A、B组填料填筑；材料的物理力学指标，如下表1所示。

表1传统高速铁路路堤构造的材料物理力学参数

二、若按上述实施例所述的本发明所述的一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造，包括从下而上依次填筑的1m厚所述路堤本体层3、1m厚所述基床下底层22、1.3m厚所述基床上底层21、0.3m厚所述基床下表层12和0.1m厚所述基床上表层11，其中所述基床上表层11采用沥青混凝土填筑，所述基床下表层12采用级配碎石填筑，所述基床上底层21采用A、B组填料填筑，所述基床下底层22采用水泥掺入比为6％的红层泥岩改良土填筑，所述路堤本体层3采用水泥掺入比为4％的红层泥岩改良土填筑；材料的物理力学指标，如下表2所示。

表2本发明高速铁路路堤结构的材料物理力学参数

三、对比分析

上述两种路堤构造的地基相同，考虑到降雨等因素可能出现的软化，取密度ρ＝1900kg/m^-3、地基弹性模量E＝100Mpa、综合内摩擦角

将两种路堤构造分别建立平面应变数值模型，分别如图3a和图3b所示。

在路基面竖向设计荷载作用下，分别求解两种路堤构造的竖向沉降变形和路基稳定性。路堤构造的竖向沉降变形计算结果，分别如图4a和图4b所示(图4a和图4b中左侧的柱条从下而上对应着右侧路堤构造顶部中心向地基扩散)。

从图4a和图4b中可以看出，采用本发明提出的路堤构造最大沉降为2.31mm、采用传统的路堤构造最大沉降为2.47mm。

可见本发明提出的路堤构造在沉降控制方面更具优势，由于本发明的采用的红层泥岩水泥改良土强度高于一般A、B组填料，因此随着荷载的增加、基床本体厚度的增加，本发明提出的路堤构造的沉降速率将小于传统路堤构造，有效保证了高速铁路的平顺性。

采用有限元强度折减法分析路基面竖向设计荷载作用下，两种路堤构造的稳定性，结果表明：本发明提出的路堤构造的安全系数为1.38，传统的路堤构造的安全系数为1.21，可见本发明提出的路堤构造稳定性更好，能够用于400km/h高速铁路。

综上所述，本发明提出的路堤结构在路基的平顺性和稳定性方面，都优于传统的路堤结构，而且就地取材利用红层泥岩改良土作为填料，也具有更好的经济效益。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于川渝红层泥岩地区400km时速高铁路堤构造，其特征在于，包括从下而上依次填筑的路堤本体层(3)、基床下底层(22)、基床上底层(21)、基床下表层(12)和基床上表层(11)，所述路堤本体层(3)和所述基床下底层(22)采用红层泥岩水泥改良土填筑，所述基床上底层(21)采用A、B组填料填筑，所述基床下表层(12)采用级配碎石填筑，所述基床上表层(11)采用沥青混凝土填筑。

2.根据权利要求1所述的高铁路堤构造，其特征在于，所述路堤本体层(3)采用水泥掺入比为4％的红层泥岩改良土作为填料填筑，压实所述路堤本体层(3)后：压实系数≥0.92、7d饱和无侧限抗压强度≥250kPa。

3.根据权利要求1所述的高铁路堤构造，其特征在于，所述基床下底层(22)的厚度为1m，所述基床下底层(22)采用水泥掺入比为6％的红层泥岩改良土作为填料填筑，压实所述基床下底层(22)后：压实系数≥0.95、7d饱和无侧限抗压强度≥350kPa。

4.根据权利要求1所述的高铁路堤构造，其特征在于，所述基床上底层(21)的厚度为1.3m，所述基床上底层(21)压实后：压实系数≥0.95、地基系数K₃₀≥150MPa/m、动态变形模量E_vd≥40MPa。

5.根据权利要求1所述的高铁路堤构造，其特征在于，所述基床上表层(11)的厚度为0.08m～0.12m，所述基床上表层(11)压实后：空隙率Vr≤2％、渗透系数K≤10^-6cm/s、马歇尔稳定度＞5kN。

6.根据权利要求5所述的高铁路堤构造，其特征在于，所述基床下表层(12)和所述基床上表层(11)的总厚度为0.4m，所述基床下表层(12)压实后：压实系数≥0.97、地基系数K₃₀≥190MPa/m、动态变形模量E_vd≥55MPa。

7.根据权利要求1所述的高铁路堤构造，其特征在于，所述路堤本体层(3)、所述基床下底层(22)、所述基床上底层(21)、所述基床下表层(12)和所述基床上表层(11)沿线路中心线对称填筑。

8.根据权利要求7所述的高铁路堤构造，其特征在于，所述路堤本体层(3)的填筑面、所述基床下底层(22)的填筑面和所述基床上底层(21)的填筑面均沿线路中心线向线路两侧设置排水坡度。

9.根据权利要求8所述的高铁路堤构造，其特征在于，所述排水坡度为4％。

10.根据权利要求1-9任一项所述的高铁路堤构造，其特征在于，所述路堤本体层(3)两侧分别设有排水沟。

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