鐵路路基基床表層的改性結構的製作方法

2023-11-11 04:46:32 4

專利名稱：鐵路路基基床表層的改性結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鐵路路基基床表層的改性結構。
背景技術：
用於承載鐵路軌道，道床以下的基礎除了橋梁、隧道之外就是路基。路基的上部為基床，基床是指路基上部受列車動力作用和水文氣候變化影響較大的土層。其狀態直接影響列車運行的平穩和速度的提高，設計規範對基床厚度、填料及其壓實標準、排水等均作出規定。基床分為表層及底層，各國根據不同的用途和等級規定的厚度不一樣。根據鐵路等級和用途不同，中國鐵路規定，基床表層BC厚度為O. 3 O. 6m,底層厚度為O. 7 I. 9m，·總厚度為I. 2 2. 5m(不能全部採用最小值)。基床表層BC要用A組或B組填料，基床底層除了可用A組、B組填料外、也允許用C組填料，基床底層的頂部應設4%的人字排水坡。因為基床表層BC所用A組或B組填料大多為滲水填料，基床底層可以用C組填料，若不處理，表層的滲透係數大於底層的滲透係數，基床表層BC與底層的界面形成為承水面，承水面要延伸至邊坡或排水溝TSG，在排水溝TSG的側牆上要設置洩水孔，以便將界面水引入排水溝TSG，排水溝TSG的起點溝底要低於界面O. 3m。圖2所示的滲水結構，此種結構符合現行規範，但存在承接水向下滲透的問題。在表層與底層界面設有排水坡，可以沿排水坡面向下坡方向排水，但是存在兩個問題，一是界面必須延伸至邊坡或排水溝，在場、段、站的設計中，A、B組土用量增加；二是由於在碾壓過程中將界面以上石塊的尖角壓入基床底層中，形成一種凹凸不平的界面，使得界面的承接水不能迅速沿設計排水坡向低處流動，而是慢慢向下滲透影響基床底層的穩定，另外每塊石塊都是一個多面體，外表面形成一個含水層，在重力作用下向下流淌，這些水是瀦留在界面，不容易沿設計的排水波流動，而是向下滲透，當底層被水浸透飽和後，土質液化，路基下沉、穩定性下降，影響行車安全。如同人們乘坐火車遇上洪災，洪水浸泡路基，行車限速的道理一樣。國外部分鐵路基床厚度(m)表
Η ~~~Si~德國前蘇聯法國基床表層 O. 5、O. 8設計確定O. 3-0. 50~6~ 厚度底層 2.5、2.2 1.22 1.3I—國鐵有多股道的車站，編組場、停車場、機務段、車輛段、貨物線與貨場；地鐵有停車場、車輛段、地面車站；在這些設施中，一般都有多條股道鋪設在路基上。鐵道部《路基規範》的有關規定如下'~■、路堤基床基床表層填料的選用應符合下列要求
I、I級鐵路應選用A組填料(砂類土除外)，當缺乏A組填料時，經經濟比選後可採用級配碎石或級配砂礫石。2、II級鐵路應優先選用A組填料，其次為B組填料。對不符合要求的填料，應採取土質改良或加固措施。3、填料的顆粒粒徑不得大於150mm。站內正線路基填築標準與區間正線相同，臨靠正線且與正線間無站臺或排水構築物的站線原則上應與正線路基填築標準相同，其餘到發線和其它站線均採用II級鐵路標準。站臺、鋪面、道路按照標準圖要求的壓實標準並達到承載力要求。二、基床底層填料的選用應符合下列要求
·
I、I級鐵路應選用A組或B組填料。否則應採取土質改良或加固措施。2、II級鐵路可選用A組、B組、C組之一填料，當採用C組填料時，在年平均降水量大於500mm地區，其塑性指數不得大於12、液限不得大於32%，否則應採取土質改良或加固措施。鐵道第三勘察設計院《站場排水及構築物設計》通用圖中規定縱向排水槽深度不應小於O. 3m,底部寬度不應小於O. 4m。深度不大於70cm時可以用直牆式。深度超過70cm時就得用斜牆式，但最大深度不宜大於I. 2m。當深度大於I. 2m時，底部寬度應加寬至O. 5 O. 6m,且最大深度不應大於I. 4m。根據上述規定,在場站設計中，基床表層的填料等級高於基床底層，在一般情況下，填料等級越高滲透性越強，基床表層與基床底層之間形成一個凹凸不平的界面。根據規範的要求，這個界面要麼延伸至路基邊坡，要麼延伸至排水溝TSG，由於排水溝TSG頂部在基床頂面，為防止梯形排水溝TSG邊牆形成擋水壩，在排水溝TSG邊牆上還得設置洩水孔XSK，梯形排水溝TSG最淺處溝底要低於洩水孔XSK O. 3m,如圖4所示。排水溝TSG深度至少要大於基床表層厚度+最小排水溝深度。不僅造價高，而且清淤困難。為了避免出現這種情況，有些設計者在工程設計中對基床表層不用A組或B組填料，而是採用與底層一樣的C組填料，這就存在基床表層遇水軟化問題，給基床埋下隱患。關於基床表層所用用A組或B組填料，如果大面積用則造價高，排水溝要加深；如果不用，強度不夠，遇雨軟化，且違反規範規定。

發明內容
針對上述情況，本發明的目的是提供一種提供鐵路路基基床表層的改性結構，以利於使排水不能瀦留在基床表層與底層的界面上，提高基床的抗強降水能力，既節省工程造價，又符合規範要求。為實現上述目的，本發明採用的技術方案是提供一種鐵路路基基床包括有基床表層、基床底層，所述基床表層的結構設在基床底層的上部，承託鐵路碎石道床及上部荷載；其中鋪設有粒徑不大於150mm的多種粒徑的碎石，在所述多種粒徑的碎石間均勻填充參合有砂土顆粒，而形成基床表層GXB，在所形成的基床表層GXB的顆粒中粒徑不大於O. 075mm的顆粒所佔基床表層總質量比例不超過15%，使基床表層GXB的滲透係數不大於基床底層的滲透係數，在基床表層GXB的表面鋪設2cm厚的碎石墊層。所述基床表層GXB的鋪設寬度限於鐵路路基本身寬度之內。本發明的有益效果
I.節省材料在多線路基和寬路基地段，表層和底層之間不設排水坡，表層的鋪設寬度僅限於鐵路本身路基寬度之內，亦即規定路基寬度需要多寬，就鋪設多寬，邊坡按1:1. 5處理，夕卜側填築與底層同樣的填料。因此減少了 A、B組土的使用量；鐵路旁側的排水溝深度降低，其數值等於基床表層之厚度，排水溝在表層與底層之界面不設洩水孔因此排水溝所用石料和水泥減少。2.降低養護成本排水溝降低一個相當於表層厚度之深度，如國鐵O. 6m,地鐵O. 4m、專用線O. 3 O. 6m，便於清淤養護。3.基床更穩定，提高抗強降水能力·由於該基床表層的改性結構由粒徑不大於150mm的多種粒徑的碎石及砂土顆粒通過合理搭配而成，孔隙率降低，一般情況下承接大氣降水大部分通過表面流向排水溝或路肩外，而不是滲透到基床底層。這樣表層由於改性的原因強度得到了提升，底層不再接受從表層滲透水從而處於半乾狀態，不受水的影響，性能也得到了提升。


圖I為本發明的鐵路路基基床表層的改性結構局部剖面圖；圖2為常規設計的鐵路路基基床表層結構局部剖面圖；圖3為本發明的鐵路路基基床表層結構一項地鐵工程局部剖面圖；圖4為常規設計方案的鐵路路基基床表層結構一地鐵工程局部剖面圖。圖中符號及序號說明BC、基床表層GB、排水溝上部蓋板，上面布置有透孔，用以將地面水排入溝中GXB、基床表層JSG、矩形排水溝TSG、梯形排水溝SC、碎石道床XSK、洩水孔，用於排除底層與表層之間的界面水3. 64,3. 73、為本發明兩排水溝溝底標高3. 24,3. 33、為常規設計兩排水溝溝底標高
具體實施例方式結合附圖及實施例對本發明的鐵路路基基床表層結構加以說明。本發明的設計思想是對於基床表層的承接水，要麼從基床表層的上表面排出去，要麼通過底層滲下去，當基床底層填料為滲水填料時。總之，不能瀦留在基床表層與底層的界面上。本發明的鐵路路基基床包括有基床表層、基床底層，所述基床表層的結構設在基床底層的上部，承託鐵路碎石道床及上部荷載；在基床底層的上部鋪設有粒徑不大於150mm的多種粒徑的碎石，在所述多種粒徑的碎石間均勻填充參合有砂土顆粒，而形成基床表層GXB，在所形成的基床表層GXB的顆粒中粒徑不大於O. 075mm的顆粒所佔基床表層總質量比例不超過15%，使基床表層GXB的滲透係數不大於基床底層的滲透係數，在基床表層GXB的表面鋪設2cm厚的碎石墊層。所述基床表層GXB的鋪設寬度限於鐵路路基本身寬度之內。以利於滿足使基床表層GXB的滲透係數不大於基床底層的滲透係數的就是要求。因此，按本發明的鐵路路基基床表層的改性結構進行設計，在基床表層GXB和底層之間不設排水坡，矩形排水溝JSG側壁在基床表層與底層之界面不設洩水孔。基床表層厚度之數值為鐵路旁側的矩形排水溝JSG深度降低的高度，矩形排水溝JSG深度降低。圖I為本發明的鐵路路基基床表層的改性結構局部剖面圖；非滲水結構，從圖中可以看出，粒徑不大於150mm的多種大石塊的孔隙中間填充有小石塊，小石塊與小石·塊或小石塊與大石塊之間的孔隙中間填充有更小的石塊，石塊間的縫隙中填充有粒徑(O. 075mm 土顆粒；填充土顆粒的目的是防止承接水向下滲透，但土顆粒所佔的比例不能過大，否則，一是影響基床強度，二是過大違反現行規範。圖3為某項地鐵工程採用本發明的鐵路路基基床表層結構局部剖面圖；本發明的鐵路路基基床表層的改性結構，通過調整基床表層GXB的結構成分，使基床表層GXB滲透係數不大於底層滲透係數，但所用填料仍能達到規範標準。結構是在粒徑不大於150_的大石塊中嵌小石塊，小石塊中嵌碎石塊，碎石塊縫隙中填充土，如現行規範的C組土，但不可填充膨潤土，並且碾壓密實，使結構中無孔隙。符合現行規範，強度大於現行規範的普通A組或B組土強度，不易往基床下面滲水。因而基床表層GXB與底層的界面與排水溝交界處不用設置洩水孔。所帶來的好處是強度增加，抗連雨的能力加強，A組或B組填料用料減少，非基床區可以不鋪設，基床底層的頂部不用設計排水坡，因而排水溝深度降低，不僅降低了工程造價，而且便於清淤養護。碎石墊層與基床表層GXB之間的界面與基床表層GXB與基床底層之間的界面不同，在一般情況下，前者是相當於碎石與碎石接觸，後者是碎石與土接觸。對於基床表層GXB承接水的處理，理想的方法是要麼通過基床底層，當基床底層為滲水填料時，滲透到地下水系統，要麼通過路基面和邊坡排到路基之外，總之不能瀦留基床表層GXB與底層的界面之中。如果基床底層鋪設A組或B組填料，那麼基床表層GXB同樣鋪設A組或B組填料，只是在基床表層GXB要求更高些，有一個前提是基床表層GXB的滲透係數不應大於底層的滲透係數；如果基床底層鋪設C組填料，則確定A組或B組土土源，根據A組或B組土填料的孔隙率，適當添加碎石、C組土，添加比例由試驗決定，添加的結果是改性結構的A組或B組填料的滲透係數不大於基床底層C組土的滲透係數，粒徑< O. 075mm顆粒含量不大於表層總量的15%，但各項指標仍符合規範的A組或B組填料標準。基床底層的上部可以設成平坡或與基床表層GXB的頂部相同的坡度，鋪設寬度滿足該線路路基基床規定的寬度即可，非股道區不用鋪設，如圖3所示。為隔離改性結構中的細粒成份，與基床表層GXB的頂部鋪2cm厚碎石屑作為碎石道床SC。其他方面，執行相關規範，本發明與相關規範無牴觸。因為各地填料千差萬別，無法設定統一標準。本發明的宗旨就是通過調整填料各種顆粒比例，使基床表層GXB的滲透係數不大於底層滲透係數，但所用填料仍能達到規範規定的標準。調整後，就可以做到，非股道區可以不用鋪設A組或B組填料，直接鋪設與基床底層同樣的填料，排水溝深度降低。以圖3和圖4相比較，按傳統方法設計，基床表層所用A、B組填料斷面方為4. 76m3，梯形排水溝TSG排水溝混凝土體積2. 38m3，梯形排水溝TSG深度分別為O. 94m和O. 89m,標高為3. 33和3. 24。按本發明方法設計基床表層A、B組填料斷面方為2. 81m3，矩形排水溝JSG混凝土體積I. 28m3，矩形排水溝JSG深度分別為O. 54m和O. 89m，標高為 3. 64 和 3. 73。本局部斷面每延米直接造價降低690元，該項地鐵工程車輛段路基造價降低56. 58萬元。由於排水溝深度降低，便於清淤養護。名詞和術語A組或B組填料也稱A組或B組土——一般為從山區運來的砂石料，包括塊石類、·碎石類、礫石類、中粗砂類，塊石類因粒徑大於200mm顆粒的質量超過總質量的50%，不符合規範6. 213填料的顆粒粒徑不得大於150mm規定，因此不能用於基床表層填料。A組或B組·土不等於滲水土，相反滲水土也不等於A組或B組土股道——也稱線路，指用鋼軌鋪成供機車、車輛行駛的軌道。道床——鋼軌鋪在軌枕上，軌枕下面的基礎就是道床，道床有碎石道床和整體道床之分。碎石道床一由一定規格的碎石構成，鋪在路基上面，承載軌枕及上部荷載，具有一定外輪廓形狀的結構。路堤-在原地面上用土、石填築的路基。路基一經開挖或填築而形成的直接支承軌道結構的土工結構物，路基的上部為基床。基床——路基上部承受軌道、列車動力作用，並受水文、氣候變化影響而具有一定厚度的土工結構。道床下部的基礎就是基床。基床分表層與底層，上部為表層，下部為底層。根據鐵路等級和用途不同，中國鐵路規定，基床表層BC厚度為O. 3 O. 6m,輕載專用線可用O. 3m,地鐵用O. 4m,國鐵O. 6m。底層厚度為O. 7 I. 9m,基床總厚度為I. 2 2. 5m,不能全部採用最小值。填料根據土質類型和滲水性可分為滲水土、非滲水土。A、B組填料中，細粒土含量小於10%、滲透係數大於10-3cm/s的巨粒土、粗粒土為滲水土,細砂除外,其餘為非滲水土。瀦留界面一水積聚，不易流動的界面。界面以上填築塊狀滲水填料，界面以下是細顆粒非滲水填料，由於細顆粒非滲水填料可塑性，在界面處的塊狀滲水填料在其上部荷載的作用下壓入界面以下細顆粒非滲水填料之中，形成分布不均形狀各異壓入土中的石塊群，在這個界面中土中有石，石間有土，形成一個個的微小的坑塘，遇到承接水，並不能按照設計者的思路沿著所設計的排水波順利流走，而是瀦留界面處，往下滲透，軟化土質基床，如遇上連棉細雨，界面瀦留水向下滲透大於流動量，基床被水浸透(飽和)，經過振動荷載以後則液化，軌道和路基下沉，危害行車安全。地鐵一城市客運軌道運輸系統，名詞系由地下軌道運輸系統衍生而來，但現在不一定建在地下，執行建設部標準，具備獨立於其它系統且不受其它運輸系統幹擾的專用運輸通道，專用於城市客運，由城市管理。國鐵一相對地鐵而言，執行鐵道部標準，由鐵道部管理或按照鐵道部標準修建的鐵路。專用線——企事業單位所屬鐵路為專用線，一般以貨運為主。·
權利要求
1.一種鐵路路基基床表層的改性結構，鐵路路基基床包括有基床表層、基床底層，所述基床表層的結構設在基床底層的上部，承託鐵路碎石道床及上部荷載；其特徵是 在所述基床底層的上部鋪設有粒徑不大於150_的多種粒徑的碎石，在所述多種粒徑的碎石間均勻填充參合有砂土顆粒，而形成基床表層GXB，在所形成的基床表層GXB的顆粒中粒徑不大於O. 075mm的顆粒所佔基床表層總質量比例不超過15%，使基床表層GXB的滲透係數不大於基床底層的滲透係數，在基床表層GXB的表面鋪設2cm厚的碎石墊層。
2.根據權利要求I所述的一種鐵路路基基床表層的改性結構，其特徵是所述基床表層GXB的鋪設寬度限於鐵路路基本身寬度之內。
全文摘要
本發明提供一種鐵路路基基床表層的改性結構，該結構設在在鐵路路基基床的上部，承託鐵路碎石道床及上部荷載。該基床表層的改性結構由粒徑不大於150mm的多種粒徑的碎石及砂土顆粒構成。通過合理搭配各種粒徑的碎石及砂土顆粒，使表層的滲透係數不大於底層的滲透係數；細粒含量不大於表層總量的15%；採用這種結構所帶來的益處是基床強度增加，抗陰雨的能力加強，非基床區可以不鋪A、B組填料，因而A、B組填料用料減少，基床底層的頂部不用設計排水坡，消除了瀦留界面因而排水溝深度降低，不僅降低了工程造價，而且便於排水溝的清淤養護。
文檔編號E01B1/00GK102787533SQ20121032272
公開日2012年11月21日 申請日期2012年9月4日 優先權日2012年9月4日
發明者劉重慶, 孫繼忠, 賀萬裡 申請人:鐵道第三勘察設計院集團有限公司