鐵路路基建造方法與流程
2023-09-23 02:06:50
本發明涉及巖土工程領域，特別是涉及一種鐵路路基建造方法。
背景技術：
高速鐵路(通常指時速在時速350km/h以上的火車)是世界高速交通發展的潮流，特別是我國的高速鐵路發展非常快。
然而，在我國的東北、西北等地區存在著多年凍土地區和季節性凍土地區。在這些凍土地區發生的路基凍脹會給高速鐵路帶來很大的不利影響。在現有技術中，對高速鐵路採取了一定防凍脹措施，例如：在路基的凍深範圍內填築細顆粒小於等於5％重量含量的級配碎石。然而，在施工過程中，難以準確地控制級配碎石中細顆粒的含量，這導致鐵路路基仍然會出現凍帳現象。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明提出了一種鐵路路基建造方法。在本發明的方法中，擴大了原料中的細顆粒的含量範圍，便於施工。
根據本發明的鐵路路基建造方法，包括以下步驟：步驟一：獲得施工地區的地基含水量；步驟二：在施工地區的地基上逐層向上依次填築底防凍脹層、級配碎石層和頂防凍脹層。在步驟二中，級配碎石層由包括粒徑在0.5mm-30mm之間的第一類碎石顆粒、粒徑小於0.5mm的第二類碎石顆粒和粘結劑的原料製成。以重量計，第二類碎石顆粒在原料中的含量在5％-30％之間。
在本發明的方法中，在原料中，粒徑小於0.5mm的第二類碎石顆粒(等同於現有技術中的細顆粒)的含量在6％-30％之間，例如可以為7％-30％、8％-30％、10％-30％、15％、18％、19％、20％-30％。也就是說，與現有技術中的級配碎石中的含量，本發明方法的原料中的細顆粒的含量範圍更大。在構築級配碎石層的過程中，第二類碎石顆粒可由粘結劑粘結成較大的顆粒，從而避免由級配碎石中的細顆粒導致的路基凍脹。在施工過程中，能夠非常容易地精確配製成這種原料，從而有助於避免由原料因素而導致的路基凍脹。應理解的是，「粒徑小於0.5mm」並不包含粒徑等於零的狀況。另外，底防凍脹層和頂防凍脹層都是本領域的技術人員容易理解的，例如底防凍脹層可為a、b組土，頂防凍脹層可以為混凝土層。
在一個實施例中，以重量計，粘結劑包括水泥，其在原料中的含量在5％-7％之間，餘量為第一類碎石顆粒。水泥能夠有效地將粒徑小於0.5mm的碎石顆粒粘結到一起而形成大顆粒。此外，這些小的碎石顆粒對硬化後的水泥起到彌散強化作用，使得所形成的大顆粒具有較高的強度，有助於提高路基的強度。過多的水泥並不會進一步路基的強度，甚至會造成在構築過程中第一類碎石顆粒和第二類碎石顆粒在水泥漿中分層而損害路基的強度，因此在本發明的方法水泥佔原料的重量含量為5％-7％。在一個具體的實施例中，可使用標號為c30的水泥。這種標號的含義是本領域的技術人員所熟知的，這裡不再贅述。
在一個實施例中，粘結劑還包括土固化劑，以重量計，土固化劑在在原料中的含量在3％-5％之間。在原料中，不可避免地存在有一些土顆粒。土顆粒會導致水泥硬化後的強度嚴重下降，這對於高速鐵路路基來說是非常嚴重的問題。由此，申請人創造性地在原料中添加了土固化劑，以將很多土顆粒粘結到一起並形成高強度的大的固化顆粒。當然，水泥可以進一步將這些固化顆粒與第一類碎石顆粒和第二類碎石顆粒粘結到一起，從而一起形成高強度的級配碎石層。
在一個實施例中，以重量計，土固化劑含有17％-22％的矽酸鹽、25％-30％的鋁酸鹽、10％-15％的硫酸鹽、8％-13％的二氧化矽、10％-13％的硫鋁酸鹽、3％-7％的氯化物和4％-5％的活性氧化鈣。土固化劑與水反應生成的鋁酸根、矽酸根也會與土顆粒中的金屬離子反應。活性氧化鈣會與水反應ca(oh)2。ca(oh)2會與土顆粒表面吸附的金屬離子反應，並且由此生成了生成了大量具有較高強度、化學惰性且體積微膨脹的結晶水化物以及強膠結性能的無定型膠凝體。結晶水化物成為固化顆粒的骨架，無定型膠凝體充填於顆粒之間，大大提高了級配碎石層的強度並且顯著降低了其滲透係數。整個過程還消耗了大量水分，有助於級配碎石層的施工快速進行。
在一個實施例中，在步驟二中，將原料與水相混合；然後將混合物填築到地基中並壓緊以形成級配碎石層。
在一個優選的實施例中，在步驟二中，還向級配碎石層內注入縫隙填充劑，縫隙填充劑由液態活性甲基丙烯酸樹脂和催化凝固劑組成。縫隙填充劑可填充到級配碎石層內的顆粒之間的間隙內並且將這裡的水分排出，這有助於進一步降低路基的凍脹。在一個實施例中，以重量計，縫隙填充劑在級配碎石層中的含量5％到7％之間。
在一個實施例中，在步驟二中，根據地基含水量、底防凍脹層的厚度獲得原料的初始成分，然後根據所製備的級配碎石層的熱導率k、水的固液相變潛熱l、地面凍結指數反覆調配所述原料的成分，直到鐵路路基的的凍深xs大於施工地區的最大凍深。
在一個實施例中，在步驟二中，還通過凍脹實驗獲得底防凍脹層的凍脹量δh1、級配碎石層的凍脹量δh2和頂防凍脹層的凍脹量δh3。凍脹量δh1、凍脹量δh2以及凍脹量δh3之和小於等於所述鐵路路基的最大允許凍脹量δh。凍脹實驗是本領域的技術人員所熟知的，這裡不再贅述。
與現有技術相比，本發明的優點在於：與現有技術相比，擴大了原料中的細顆粒的含量範圍，便於施工。
具體實施方式
下面將結合實施例對本發明作進一步說明。
實施例1：
在中國東北某地區，最冷月平均氣溫為-15℃，屬嚴寒地區，最大凍深為2.14米。水的固液相變潛熱l為334.56kj/kg，地面凍結指數f為1515℃.d，地基含水量以重量計為18％。
鐵路路基的底防凍脹層為a、b組土，頂防凍脹層為混凝土層，級配碎石層的原料中含有粒徑在0.5mm-30mm之間的第一類碎石顆粒、粒徑小於0.5mm的第二類碎石顆粒和水泥。經反覆調配，得到的級配碎石層的原料成分如下：以重量計，第一類碎石顆粒的含量85％，第二類碎石顆粒的含量10％、水泥含量5％。由這種原料製成的級配碎石層的熱導率k為0.573w/m.k。
路基結構為：底防凍脹層為的厚度為0.55米，級配碎石層的厚度為1.2米，頂防凍脹層的厚度為1.0米。經計算得出：鐵路路基的凍深xs是2.75米，大於該地區的最大凍深為2.14米。經凍脹實驗得知，底防凍脹層凍脹量δh1為0.28毫米、級配碎石層的凍脹量δh2為3.2毫米、頂防凍脹層的凍脹量δh3為0毫米。由此，凍脹量δh1、凍脹量δh2與凍脹量δh3之和為3.48毫米。
現場實驗性施工後，測得：路基的凍深為2.71米，凍脹量為3.28毫米。因此，由本發明的方法得到的鐵路路基滿足了路基凍脹變形要求。
實施例2：
在中國東北某地區，最冷月平均氣溫為-27.3℃，屬嚴寒地區，最大凍深為2.72米。水的固液相變潛熱l為334.56kj/kg，地面凍結指數f為2408℃.d，地基含水量為28％。
鐵路路基的底防凍脹層為a、b組土，頂防凍脹層為混凝土層，級配碎石層的原料中含有粒徑在0.5mm-30mm之間的第一類碎石顆粒、粒徑小於0.5mm的第二類碎石顆粒和土固化劑。經反覆調配，得到原料的成分如下：以重量計，第一類碎石顆粒的含量86％，第二類碎石顆粒的含量10％、土固化劑含量4％。由這種原料製成地級配碎石層的熱導率k為0.685w/m.k。
路基結構為：底防凍脹層的厚度為0.48m，級配碎石層的厚度為1.0米，頂防凍脹層的厚度為2.0米。經計算得知，鐵路路基的凍深xs為3.48米，大於該地區的最大凍深為2.72米。經凍脹實驗得知，底防凍脹層凍脹量δh1為0.58毫米、級配碎石層的凍脹量δh2為2.20毫米、頂防凍脹層的凍脹量δh3為0.0毫米。由此，凍脹量δh1、凍脹量δh2與凍脹量δh3之和為2.78毫米。
現場實驗性施工後，測得：路基的凍深為3.35米，凍脹量為2.69毫米。因此，由本發明的方法得到的鐵路路基滿足了路基凍脹變形要求。
雖然已經參考優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離本發明的範圍的情況下，可以對其進行各種改進並且可以用等效物替換其中的部件。本發明並不局限於文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的範圍內的所有技術方案。