專利名稱：無碴軌道路基及其構(gòu)筑方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高速鐵路路基及其構(gòu)筑方法，特別涉及一種高速鐵路無碴軌道路基及其構(gòu)筑方法。
背景技術(shù)：
隨著列車運(yùn)行速度不斷提高，對(duì)路基結(jié)構(gòu)的形式提出了新的要求。以往高速鐵路無碴軌道多鋪設(shè)在隧道內(nèi)、高架結(jié)構(gòu)和橋梁上，后來逐步擴(kuò)大到土質(zhì)路基上。由于高速鐵路對(duì)線路的高平順性、穩(wěn)定性、耐久性等均提出了新的要求，對(duì)路基地基的總沉降、工后沉降及差異沉降量都有嚴(yán)格限制。傳統(tǒng)的路基結(jié)構(gòu)，采用高路堤時(shí)，總沉降及工后沉降量較大、差異沉降難以控制；而采用低路堤結(jié)構(gòu)，動(dòng)力對(duì)地基的影響顯著，由于動(dòng)力對(duì)地基的影響，工后沉降難以控制。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案只是將路基方案改為橋梁結(jié)構(gòu)，以橋代路。相比而言，橋梁結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性方面較差，尤其在曲線段上，橫向穩(wěn)定性問題成為設(shè)計(jì)考慮的主要因素。我國高速鐵路建設(shè)規(guī)模大、線路長，區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，橋梁結(jié)構(gòu)造價(jià)很高，在財(cái)力有限的前提下，迫切需要尋求一種強(qiáng)度高、剛度大、穩(wěn)定性和耐久性好，并且建筑成本適當(dāng)、施工工藝簡單、環(huán)保型路基新結(jié)構(gòu)新工法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是提供一種無碴軌道路基，它具有強(qiáng)度高、剛度大、穩(wěn)定性和耐久性好的特點(diǎn)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本發(fā)明的無碴軌道路基，其特征是它包括鋼筋混凝土支撐樁，沿路基縱向間隔設(shè)置；鋼筋混凝土承載板，剛性固接于鋼筋混凝土支撐樁的上端；土質(zhì)路基，填筑于鋼筋混凝土承載板與路基基礎(chǔ)之間。
作為本發(fā)明無碴軌道路基的一種優(yōu)選方案，為避免鋼筋混凝土承載板在溫度應(yīng)力作用下產(chǎn)生翹曲變形和開裂，以確保線路的平順性和耐久性，所述鋼筋混凝土承載板由若干段承載分板沿土質(zhì)路基縱向?qū)佣桑鞒休d分板兩端簡支或固支于設(shè)置在相應(yīng)支撐樁上端的承臺(tái)上；相鄰兩承載分板的縱向端面之間留有伸縮縫。
作為對(duì)以上優(yōu)選方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述承臺(tái)的橫向兩端具有用于限制鋼筋混凝土承載板橫向位移的向上凸起的限位擋臺(tái)；各承載分板與位于其端部下方的承臺(tái)豎向鉸接，與位于其兩端部之間的各鋼筋混凝土支撐樁的上端剛性固接。
本發(fā)明無碴軌道路基綜合了雙塊式軌枕埋入式無碴軌道和板式無碴軌道與樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的各自特點(diǎn)，充分利用樁—板—土三者的共同作用原理來滿足無碴軌道的強(qiáng)度與沉降變形要求，克服了高路堤結(jié)構(gòu)沉降量及差異沉降量大而低路堤結(jié)構(gòu)動(dòng)力影響程度大的缺點(diǎn)，具有整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，堅(jiān)固耐用，軌道變形小，且累積變形小等優(yōu)點(diǎn)，有利于高速行車，可大大減少養(yǎng)護(hù)維修工作量、降低養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)強(qiáng)度和改善養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)條件。
本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題是提供一種上述無碴軌道路基的構(gòu)筑方法。
本發(fā)明無碴軌道路基構(gòu)筑方法包括如下步驟①填筑土質(zhì)路基；②沿土質(zhì)路基縱向間布設(shè)預(yù)制或灌注的鋼筋混凝土支撐樁；③在土質(zhì)路基上澆注鋼筋混凝土承載板，鋼筋混凝土承載板與鋼筋混凝土支撐樁的上端剛性固接。
作為本發(fā)明無碴軌道路基構(gòu)筑方法的優(yōu)選方案，在所述步驟②中，在沿土質(zhì)路基縱向每間隔15～30m的支撐樁的上端預(yù)制或灌注承臺(tái)；在所述步驟③中，沿土質(zhì)路基縱向每間隔15～30m分段澆注各承載分板，各承載分板與位于其端部下方的承臺(tái)豎向鉸接，與位于其兩端部之間的各鋼筋混凝土支撐樁的上端剛性固接；向相鄰兩承載分板縱向端面之間的伸縮縫內(nèi)填充瀝青木板。
本發(fā)明無碴軌道路基構(gòu)筑方法，施工工藝簡單，可以節(jié)省昂貴的支座費(fèi)用，而且其造價(jià)相對(duì)橋梁低，具有廣闊的推廣運(yùn)用前景。


本說明書包括如下七幅附圖圖1是本發(fā)明無碴軌道路基的橫斷面示意圖；圖2是本發(fā)明無碴軌道路基的縱斷面示意圖；圖3是本發(fā)明無碴軌道路基的橫斷面的局部放大示意圖；圖4是本發(fā)明無碴軌道路基中承臺(tái)的縱斷面示意圖；圖5是本發(fā)明無碴軌道路基中承臺(tái)的橫斷面示意圖；圖6是本發(fā)明無碴軌道路基與橋梁過渡段的縱斷面示意圖。
圖7是本發(fā)明無碴軌道路基與常規(guī)路基過渡段的縱斷面示意圖；圖中部件、部位及相應(yīng)的標(biāo)記鋼軌1、彈性基層2、軌道板3、鋼筋混凝土承載板10、鋼筋混凝土承載板10a、鋼筋混凝土承載板10b、鋼筋混凝土承載板10c、伸縮縫11、鋼筋混凝土搭板12、支撐樁20、承臺(tái)21、限位擋臺(tái)22a、限位擋臺(tái)22b、橋臺(tái)23、路基30、過渡段路基31。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
參照?qǐng)D1，本發(fā)明的無碴軌道路基，其特征是它包括鋼筋混凝土支撐樁20，沿路基縱向間隔設(shè)置；鋼筋混凝土承載板10，剛性固接于鋼筋混凝土支撐樁20的上端；土質(zhì)路基30，填筑于鋼筋混凝土承載板10與路基基礎(chǔ)之間。本發(fā)明無碴軌道路基，綜合了軌枕埋入式無碴軌道和柔性填充層板式無碴軌道與樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的各自特點(diǎn)，充分利用樁—板—土三者的共同作用原理來滿足無碴軌道的強(qiáng)度與沉降變形要求，克服了高路堤結(jié)構(gòu)沉降量及差異沉降量大而低路堤結(jié)構(gòu)動(dòng)力影響程度大的缺點(diǎn)，具有整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好，堅(jiān)固耐用，軌道變形小，且累積變形小等優(yōu)點(diǎn)，有利于高速行車，可大大減少養(yǎng)護(hù)維修工作量、降低養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)強(qiáng)度和改善養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)條件。
為滿足列車高速運(yùn)行時(shí)的安全性、舒適性要求，最大限度地實(shí)現(xiàn)線路少維修甚至免維修，樁-板結(jié)構(gòu)路基的上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、縱橫向穩(wěn)定性、各組成部分的耐久性、減振性以及實(shí)現(xiàn)線路高平順性等方面作為設(shè)計(jì)技術(shù)的關(guān)鍵。列車荷載選用標(biāo)準(zhǔn)荷載。在通過大量的室內(nèi)大比例動(dòng)態(tài)模型試驗(yàn)、離心模型試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)行車的實(shí)測(cè)結(jié)果，確定樁-板結(jié)構(gòu)路基的各項(xiàng)系數(shù)，其中，恒載分項(xiàng)系數(shù)1.2，動(dòng)載分項(xiàng)系數(shù)為1.4，沖擊動(dòng)力附加系數(shù)為0.5，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1。為樁-板結(jié)構(gòu)的動(dòng)力仿真計(jì)算和設(shè)計(jì)提供參考。從國外高速鐵路設(shè)計(jì)和運(yùn)營實(shí)踐以及我國實(shí)測(cè)結(jié)果看，根據(jù)此設(shè)計(jì)荷載系數(shù)確定的軌道板/道床板及鋼筋混凝土承載板的設(shè)計(jì)承載能力可滿足高速鐵路無碴軌道的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求，并具有一定的安全儲(chǔ)備。
參照?qǐng)D1和圖3，所述鋼筋混凝土承載板10與用于安裝鋼軌1的軌道板3固定連接，鋼筋混凝土承載板10與軌道板3之間填充有彈性緩沖層2，彈性緩沖層2可以采用無紡?fù)凉げ?、瀝青砂漿或其他材料填筑。填筑于軌道板3底的彈性緩沖層2根據(jù)設(shè)計(jì)荷載以及作用于凸形擋臺(tái)上縱向力的大小，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足強(qiáng)度和彈性要求并考慮足夠的安全儲(chǔ)備來確定。
所述鋼筋混凝土承載板10的長度不易過長，否則溫度應(yīng)力對(duì)混凝土的影響很大，在溫度應(yīng)力下將導(dǎo)致鋼筋混凝土承載板10產(chǎn)生翹曲變形和開裂，影響線路的平順性和耐久性。參照?qǐng)D2和圖4，所述鋼筋混凝土承載板10由若干段承載分板沿土質(zhì)路基30縱向?qū)佣?，各承載分板兩端簡支或固支于設(shè)置在相應(yīng)支撐樁20上端的承臺(tái)21上，相鄰兩承載分板10a、10b的縱向端面之間留有伸縮縫11。參照?qǐng)D2，各承載分板與位于其端部下方的承臺(tái)21豎向鉸接，與位于其兩端部之間的各鋼筋混凝土支撐樁20的上端剛性固接。各承載分板選用的適宜長度為15～30m之間，相鄰兩承載分板之間通常設(shè)置承臺(tái)21進(jìn)行連接，在相鄰承載板之間設(shè)置寬度為2cm左右的伸縮縫11，并用瀝青木板或其他材料填充。在樁-板結(jié)構(gòu)路基與其他結(jié)構(gòu)的過渡段，如樁-板與橋或樁-板與路的過渡段，通常也需設(shè)置承臺(tái)21，以使鋼筋混凝土承載板10與過渡段的鋼筋混凝土搭板12順利銜接，可以有效控制過渡段的不均勻沉降，減少過渡段因不均勻沉降帶來的病害。
列車高速運(yùn)行時(shí)的左右晃動(dòng)、制動(dòng)、啟動(dòng)時(shí)對(duì)軌道施加橫向、縱向作用力，這些作用力有使軌道發(fā)生縱橫向位移的趨勢(shì)；在溫度作用下混凝土發(fā)生伸縮也有使軌道產(chǎn)生縱向位移的趨勢(shì)。與橋梁結(jié)構(gòu)相比，由于路基土體的拘束作用，樁-板結(jié)構(gòu)路基的整體結(jié)構(gòu)使線路的縱、橫向穩(wěn)定性顯著提高。樁基礎(chǔ)與承載板剛性固接，有效限制了上部結(jié)構(gòu)的縱向及側(cè)向位移，在曲線區(qū)段上，可在承臺(tái)21的橫向兩端設(shè)置用于限制鋼筋混凝土承載板10橫向位移的向上凸起的限位擋臺(tái)22a、22b。對(duì)于板式軌道而言，對(duì)軌道板3起限位作用的混凝土凸形擋臺(tái)直接承受由鋼軌傳遞到軌下基礎(chǔ)的縱向力和橫向力，包括梁軌間相互作用產(chǎn)生的縱向力、溫度變化引起的軌道板伸縮力、軌道的橫向抗力、起動(dòng)與制動(dòng)力、輪軌間的橫向作用力等。從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全考慮，限位擋臺(tái)22a、22b結(jié)構(gòu)按懸臂受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)，懸臂梁的固定端固定于混凝土基礎(chǔ)中。
長區(qū)段鋪設(shè)樁-板結(jié)構(gòu)路基必然涉及到不同工程類型之間的過渡，過渡段始終是高速列車平順、舒適運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)。主要包括樁-板結(jié)構(gòu)-橋過渡、樁-板結(jié)構(gòu)-涵過渡、樁-板結(jié)構(gòu)-隧過渡、路塹-路堤過渡、無碴與有碴結(jié)構(gòu)之間的過渡。設(shè)置原則是將樁-板結(jié)構(gòu)路基與其他結(jié)構(gòu)過渡段路基的工后沉降控制在較小的范圍，并盡量保持一致，最大限度地減小過渡銜接處的軌面彎折角。因此在過渡段路基區(qū)段，應(yīng)根據(jù)線路和地質(zhì)情況采取相應(yīng)的加固處理措施，如采用級(jí)配碎石、加筋土路基結(jié)構(gòu)、設(shè)混凝土搭板等。從沉降控制和動(dòng)力響應(yīng)兩個(gè)角度考慮過渡段設(shè)置，若沉降能夠控制在預(yù)定的范圍或?qū)崿F(xiàn)“零”沉降的目標(biāo)，過渡段應(yīng)主要考慮動(dòng)力響應(yīng)即縱向剛度過渡；除設(shè)置路基本體過渡、基床過渡外，尚應(yīng)考慮軌道結(jié)構(gòu)的過渡，主要通過設(shè)置鋼筋混凝土搭板、調(diào)整軌下膠墊剛度、設(shè)輔助軌等實(shí)現(xiàn)。若地基需深層處理或沉降尚不能準(zhǔn)確預(yù)估，應(yīng)考慮設(shè)置地基處理過渡段，設(shè)置長度、方式應(yīng)結(jié)合工程類型、工點(diǎn)工程地質(zhì)條件、地基處理措施、差異沉降標(biāo)準(zhǔn)等綜合考慮。
圖6是本發(fā)明無碴軌道路基結(jié)構(gòu)與橋梁過渡段的縱斷面示意圖，參照該圖，所述無碴軌道路基與橋梁之間通過鋼筋混凝土搭板12過渡，鋼筋混凝土搭板12的兩端分別簡支或固支于承臺(tái)21、橋梁橋臺(tái)23上，鋼筋混凝土搭板12板面下的過渡段路基31由填筑級(jí)配碎石形成。
圖7是本發(fā)明無碴軌道路基結(jié)構(gòu)與常規(guī)路基過渡段的縱斷面示意圖，參照該圖，所述無碴軌道路基與常規(guī)路基之間通過鋼筋混凝土搭板12過渡，鋼筋混凝土搭板12的一端簡支或固支于承臺(tái)21上，鋼筋混凝土搭板12板面下的過渡段路基31由填筑級(jí)配碎石形成。
本發(fā)明無碴軌道路基的構(gòu)筑方法，包括如下步驟①填筑土質(zhì)路基30；②沿土質(zhì)路基30縱向間布設(shè)預(yù)制或灌注的鋼筋混凝土支撐樁20；③在土質(zhì)路基30上澆注鋼筋混凝土承載板10，鋼筋混凝土承載板10與鋼筋混凝土支撐樁20的上端剛性固接。
根據(jù)地質(zhì)條件及施工要求，所述步驟②中，鋼筋混凝土支撐樁20可以選用預(yù)制樁或灌注樁。灌注樁可以采用人工挖孔和機(jī)械鉆孔。挖孔樁適用于持力層較淺、單樁承載力要求較高的工程，人工向下挖掘土(巖)成圓孔，且每挖1m左右支模澆注一圈混凝土護(hù)壁，如此不斷下挖，一直到設(shè)計(jì)要求的深度，然后在孔內(nèi)安放鋼筋籠，灌注樁身混凝土。施工工序?yàn)殚_挖樁孔，護(hù)壁，排水，吊裝鋼筋骨架及灌注樁身混凝土。鉆孔樁的施工工藝為埋入護(hù)筒、成孔清孔下鋼筋籠、灌注樁身混凝土。樁截面形式選用圓形或矩形，根據(jù)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件(包括地形、地質(zhì)、持力層埋深及傾斜情況、地下水的腐蝕情況)合理確定混凝土材料，一般選用C25～C30。
所述步驟②中，在沿土質(zhì)路基30縱向每間隔15～30m的支撐樁20的上端預(yù)制或灌注承臺(tái)21。
鋼筋混凝土承載板10采用現(xiàn)場(chǎng)澆注，將混凝土直接澆注在土質(zhì)路基30表面上，考慮到路面強(qiáng)度要求及水的腐蝕性，混凝土材料一般選用C40，承載板鋼筋籠與樁基的主筋采用綁扎或焊接方式連在一起。所述步驟③中，沿土質(zhì)路基30縱向每間隔15～30m分段澆注各承載分板，各承載分板與位于其端部下方的承臺(tái)21豎向鉸接，與位于其兩端部之間的各鋼筋混凝土支撐樁20的上端剛性固接。向相鄰兩承載分板10a、10b縱向端面之間的伸縮縫11內(nèi)填充瀝青木板。。
本發(fā)明無碴軌道路基構(gòu)筑方法，施工工藝簡單，可以節(jié)省昂貴的支座費(fèi)用，而且其造價(jià)相對(duì)橋梁低，具有廣闊的推廣運(yùn)用前景。
權(quán)利要求
1.無碴軌道路基，其特征是它包括a.鋼筋混凝土支撐樁(20)，沿路基縱向間隔設(shè)置；b.鋼筋混凝土承載板(10)，剛性固接于鋼筋混凝土支撐樁(20)的上端；c.土質(zhì)路基(30)，填筑于鋼筋混凝土承載板(10)與路基基礎(chǔ)之間。
2.如權(quán)利要求1所述的無碴軌道路基，其特征是所述鋼筋混凝土承載板(10)由若干段承載分板沿土質(zhì)路基(30)縱向?qū)佣桑鞒休d分板兩端簡支或固支于設(shè)置在相應(yīng)支撐樁(20)上端的承臺(tái)(21)上，相鄰兩承載分板(10a、10b)的縱向端面之間留有伸縮縫(11)。
3.如權(quán)利要求2所述的無碴軌道路基，其特征是所述承臺(tái)(21)的橫向兩端具有用于限制鋼筋混凝土承載板(10)橫向位移的向上凸起的限位擋臺(tái)(22a、22b)；各承載分板與位于其端部下方的承臺(tái)(21)豎向鉸接，與位于其兩端部之間的各鋼筋混凝土支撐樁(20)的上端剛性固接。
4.如權(quán)利要求3所述的無碴軌道路基，其特征是所述無碴軌道路基與橋梁之間通過鋼筋混凝土搭板(12)過渡，鋼筋混凝土搭板(12)的兩端分別簡支或固支于承臺(tái)(21)、橋梁橋臺(tái)(23)上，鋼筋混凝土搭板(12)板面下的過渡段路基(31)由填筑級(jí)配碎石形成。
5.如權(quán)利要求3所述的無碴軌道路基，其特征是所述無碴軌道路基與常規(guī)路基之間通過鋼筋混凝土搭板(12)過渡，鋼筋混凝土搭板(12)的一端簡支或固支于承臺(tái)(21)上，鋼筋混凝土搭板(12)板面下的過渡段路基(31)由填筑級(jí)配碎石形成。
6.如權(quán)利要求1或2所述的無碴軌道路基，其特征是所述鋼筋混凝土承載板(10)與用于安裝鋼軌(1)的軌道板(3)固定連接，鋼筋混凝土承載板(10)與軌道板(3)之間填充有彈性緩沖層(2)。
7.如權(quán)利要求1所述的無碴軌道路基，其特征是該無碴軌道路基的動(dòng)載分項(xiàng)系數(shù)為1.4，沖擊動(dòng)力系數(shù)為0.5，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1。
8.如權(quán)利要求1所述的無碴軌道路基的構(gòu)筑方法，包括如下步驟①填筑土質(zhì)路基(30)；②沿土質(zhì)路基(30)縱向間布設(shè)預(yù)制或灌注的鋼筋混凝土支撐樁(20)；③在土質(zhì)路基(30)上澆注鋼筋混凝土承載板(10)，鋼筋混凝土承載板(10)與鋼筋混凝土支撐樁(20)的上端剛性固接。
9.如權(quán)利要求8所述的構(gòu)筑方法，其特征是所述步驟②中，在沿土質(zhì)路基(30)縱向每間隔15～30m的支撐樁(20)的上端預(yù)制或灌注承臺(tái)(21)。
10.如權(quán)利要求9所述的構(gòu)筑方法，其特征是所述步驟③中，沿土質(zhì)路基(30)縱向每間隔15～30m分段澆注各承載分板，各承載分板與位于其端部下方的承臺(tái)(21)豎向鉸接，與位于其兩端部之間的各鋼筋混凝土支撐樁(20)的上端剛性固接；向相鄰兩承載分板(10a、10b)縱向端面之間的伸縮縫(11)內(nèi)填充瀝青木板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無碴軌道路基及其構(gòu)筑方法。本發(fā)明無碴軌道路基具有強(qiáng)度高、剛度大、穩(wěn)定性和耐久性好的特點(diǎn)，能適應(yīng)高速鐵路對(duì)線路高平順性、穩(wěn)定性、耐久性的要求，它包括鋼筋混凝土支撐樁(20)，沿路基縱向間隔設(shè)置；鋼筋混凝土承載板(10)，剛性固接于鋼筋混凝土支撐樁(20)的上端；土質(zhì)路基(30)，填筑于鋼筋混凝土承載板(10)與路基基礎(chǔ)之間。本發(fā)明無碴軌道路基構(gòu)筑方法，施工工藝簡單，可以節(jié)省昂貴的支座費(fèi)用，而且其造價(jià)相對(duì)橋梁低，它包括如下步驟填筑土質(zhì)路基(30)；沿土質(zhì)路基(30)縱向間布設(shè)預(yù)制或灌注的鋼筋混凝土支撐樁(20)；在土質(zhì)路基(30)上澆注鋼筋混凝土承載板(10)，鋼筋混凝土承載板(10)與鋼筋混凝土支撐樁(20)的上端剛性固接。
文檔編號(hào)E02D27/32GK1916277SQ20061002178
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月7日
發(fā)明者魏永幸, 蔣關(guān)魯, 朱穎, 李海光, 孫利琴, 顏華, 詹永祥 申請(qǐng)人:鐵道第二勘察設(shè)計(jì)院