专利名称：铁路路基基床表层的改性结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铁路路基基床表层的改性结构。
背景技术：
用于承载铁路轨道，道床以下的基础除了桥梁、隧道之外就是路基。路基的上部为基床，基床是指路基上部受列车动力作用和水文气候变化影响较大的土层。其状态直接影响列车运行的平稳和速度的提高，设计规范对基床厚度、填料及其压实标准、排水等均作出规定。基床分为表层及底层，各国根据不同的用途和等级规定的厚度不一样。根据铁路等级和用途不同，中国铁路规定，基床表层BC厚度为O. 3 O. 6m,底层厚度为O. 7 I. 9m，·总厚度为I. 2 2. 5m(不能全部采用最小值)。基床表层BC要用A组或B组填料，基床底层除了可用A组、B组填料外、也允许用C组填料，基床底层的顶部应设4%的人字排水坡。因为基床表层BC所用A组或B组填料大多为渗水填料，基床底层可以用C组填料，若不处理，表层的渗透系数大于底层的渗透系数，基床表层BC与底层的界面形成为承水面，承水面要延伸至边坡或排水沟TSG，在排水沟TSG的侧墙上要设置泄水孔，以便将界面水引入排水沟TSG，排水沟TSG的起点沟底要低于界面O. 3m。图2所示的渗水结构，此种结构符合现行规范，但存在承接水向下渗透的问题。在表层与底层界面设有排水坡，可以沿排水坡面向下坡方向排水，但是存在两个问题，一是界面必须延伸至边坡或排水沟，在场、段、站的设计中，A、B组土用量增加；二是由于在碾压过程中将界面以上石块的尖角压入基床底层中，形成一种凹凸不平的界面，使得界面的承接水不能迅速沿设计排水坡向低处流动，而是慢慢向下渗透影响基床底层的稳定，另外每块石块都是一个多面体，外表面形成一个含水层，在重力作用下向下流淌，这些水是潴留在界面，不容易沿设计的排水波流动，而是向下渗透，当底层被水浸透饱和后，土质液化，路基下沉、稳定性下降，影响行车安全。如同人们乘坐火车遇上洪灾，洪水浸泡路基，行车限速的道理一样。国外部分铁路基床厚度(m)表
Η ~~~Si~德国前苏联法国基床表层 O. 5、O. 8设计确定O. 3-0. 50~6~ 厚度底层 2.5、2.2 1.22 1.3I—国铁有多股道的车站，编组场、停车场、机务段、车辆段、货物线与货场；地铁有停车场、车辆段、地面车站；在这些设施中，一般都有多条股道铺设在路基上。铁道部《路基规范》的有关规定如下'~■、路堤基床基床表层填料的选用应符合下列要求
I、I级铁路应选用A组填料(砂类土除外)，当缺乏A组填料时，经经济比选后可采用级配碎石或级配砂砾石。2、II级铁路应优先选用A组填料，其次为B组填料。对不符合要求的填料，应采取土质改良或加固措施。3、填料的颗粒粒径不得大于150mm。站内正线路基填筑标准与区间正线相同，临靠正线且与正线间无站台或排水构筑物的站线原则上应与正线路基填筑标准相同，其余到发线和其它站线均采用II级铁路标准。站台、铺面、道路按照标准图要求的压实标准并达到承载力要求。二、基床底层填料的选用应符合下列要求
·
I、I级铁路应选用A组或B组填料。否则应采取土质改良或加固措施。2、II级铁路可选用A组、B组、C组之一填料，当采用C组填料时，在年平均降水量大于500mm地区，其塑性指数不得大于12、液限不得大于32%，否则应采取土质改良或加固措施。铁道第三勘察设计院《站场排水及构筑物设计》通用图中规定纵向排水槽深度不应小于O. 3m,底部宽度不应小于O. 4m。深度不大于70cm时可以用直墙式。深度超过70cm时就得用斜墙式，但最大深度不宜大于I. 2m。当深度大于I. 2m时，底部宽度应加宽至O. 5 O. 6m,且最大深度不应大于I. 4m。根据上述规定,在场站设计中，基床表层的填料等级高于基床底层，在一般情况下，填料等级越高渗透性越强，基床表层与基床底层之间形成一个凹凸不平的界面。根据规范的要求，这个界面要么延伸至路基边坡，要么延伸至排水沟TSG，由于排水沟TSG顶部在基床顶面，为防止梯形排水沟TSG边墙形成挡水坝，在排水沟TSG边墙上还得设置泄水孔XSK，梯形排水沟TSG最浅处沟底要低于泄水孔XSK O. 3m,如图4所示。排水沟TSG深度至少要大于基床表层厚度+最小排水沟深度。不仅造价高，而且清淤困难。为了避免出现这种情况，有些设计者在工程设计中对基床表层不用A组或B组填料，而是采用与底层一样的C组填料，这就存在基床表层遇水软化问题，给基床埋下隐患。关于基床表层所用用A组或B组填料，如果大面积用则造价高，排水沟要加深；如果不用，强度不够，遇雨软化，且违反规范规定。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种提供铁路路基基床表层的改性结构，以利于使排水不能潴留在基床表层与底层的界面上，提高基床的抗强降水能力，既节省工程造价，又符合规范要求。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种铁路路基基床包括有基床表层、基床底层，所述基床表层的结构设在基床底层的上部，承托铁路碎石道床及上部荷载；其中铺设有粒径不大于150mm的多种粒径的碎石，在所述多种粒径的碎石间均匀填充参合有砂土颗粒，而形成基床表层GXB，在所形成的基床表层GXB的颗粒中粒径不大于O. 075mm的颗粒所占基床表层总质量比例不超过15%，使基床表层GXB的渗透系数不大于基床底层的渗透系数，在基床表层GXB的表面铺设2cm厚的碎石垫层。所述基床表层GXB的铺设宽度限于铁路路基本身宽度之内。本发明的有益效果
I.节省材料在多线路基和宽路基地段，表层和底层之间不设排水坡，表层的铺设宽度仅限于铁路本身路基宽度之内，亦即规定路基宽度需要多宽，就铺设多宽，边坡按1:1. 5处理，夕卜侧填筑与底层同样的填料。因此减少了 A、B组土的使用量；铁路旁侧的排水沟深度降低，其数值等于基床表层之厚度，排水沟在表层与底层之界面不设泄水孔因此排水沟所用石料和水泥减少。2.降低养护成本排水沟降低一个相当于表层厚度之深度，如国铁O. 6m,地铁O. 4m、专用线O. 3 O. 6m，便于清淤养护。3.基床更稳定，提高抗强降水能力·由于该基床表层的改性结构由粒径不大于150mm的多种粒径的碎石及砂土颗粒通过合理搭配而成，孔隙率降低，一般情况下承接大气降水大部分通过表面流向排水沟或路肩外，而不是渗透到基床底层。这样表层由于改性的原因强度得到了提升，底层不再接受从表层渗透水从而处于半干状态，不受水的影响，性能也得到了提升。
图I为本发明的铁路路基基床表层的改性结构局部剖面图；图2为常规设计的铁路路基基床表层结构局部剖面图；图3为本发明的铁路路基基床表层结构一项地铁工程局部剖面图；图4为常规设计方案的铁路路基基床表层结构一地铁工程局部剖面图。图中符号及序号说明BC、基床表层GB、排水沟上部盖板，上面布置有透孔，用以将地面水排入沟中GXB、基床表层JSG、矩形排水沟TSG、梯形排水沟SC、碎石道床XSK、泄水孔，用于排除底层与表层之间的界面水3. 64,3. 73、为本发明两排水沟沟底标高3. 24,3. 33、为常规设计两排水沟沟底标高
具体实施例方式结合附图及实施例对本发明的铁路路基基床表层结构加以说明。本发明的设计思想是对于基床表层的承接水，要么从基床表层的上表面排出去，要么通过底层渗下去，当基床底层填料为渗水填料时。总之，不能潴留在基床表层与底层的界面上。本发明的铁路路基基床包括有基床表层、基床底层，所述基床表层的结构设在基床底层的上部，承托铁路碎石道床及上部荷载；在基床底层的上部铺设有粒径不大于150mm的多种粒径的碎石，在所述多种粒径的碎石间均匀填充参合有砂土颗粒，而形成基床表层GXB，在所形成的基床表层GXB的颗粒中粒径不大于O. 075mm的颗粒所占基床表层总质量比例不超过15%，使基床表层GXB的渗透系数不大于基床底层的渗透系数，在基床表层GXB的表面铺设2cm厚的碎石垫层。所述基床表层GXB的铺设宽度限于铁路路基本身宽度之内。以利于满足使基床表层GXB的渗透系数不大于基床底层的渗透系数的就是要求。因此，按本发明的铁路路基基床表层的改性结构进行设计，在基床表层GXB和底层之间不设排水坡，矩形排水沟JSG侧壁在基床表层与底层之界面不设泄水孔。基床表层厚度之数值为铁路旁侧的矩形排水沟JSG深度降低的高度，矩形排水沟JSG深度降低。图I为本发明的铁路路基基床表层的改性结构局部剖面图；非渗水结构，从图中可以看出，粒径不大于150mm的多种大石块的孔隙中间填充有小石块，小石块与小石·块或小石块与大石块之间的孔隙中间填充有更小的石块，石块间的缝隙中填充有粒径(O. 075mm 土颗粒；填充土颗粒的目的是防止承接水向下渗透，但土颗粒所占的比例不能过大，否则，一是影响基床强度，二是过大违反现行规范。图3为某项地铁工程采用本发明的铁路路基基床表层结构局部剖面图；本发明的铁路路基基床表层的改性结构，通过调整基床表层GXB的结构成分，使基床表层GXB渗透系数不大于底层渗透系数，但所用填料仍能达到规范标准。结构是在粒径不大于150_的大石块中嵌小石块，小石块中嵌碎石块，碎石块缝隙中填充土，如现行规范的C组土，但不可填充膨润土，并且碾压密实，使结构中无孔隙。符合现行规范，强度大于现行规范的普通A组或B组土强度，不易往基床下面渗水。因而基床表层GXB与底层的界面与排水沟交界处不用设置泄水孔。所带来的好处是强度增加，抗连雨的能力加强，A组或B组填料用料减少，非基床区可以不铺设，基床底层的顶部不用设计排水坡，因而排水沟深度降低，不仅降低了工程造价，而且便于清淤养护。碎石垫层与基床表层GXB之间的界面与基床表层GXB与基床底层之间的界面不同，在一般情况下，前者是相当于碎石与碎石接触，后者是碎石与土接触。对于基床表层GXB承接水的处理，理想的方法是要么通过基床底层，当基床底层为渗水填料时，渗透到地下水系统，要么通过路基面和边坡排到路基之外，总之不能潴留基床表层GXB与底层的界面之中。如果基床底层铺设A组或B组填料，那么基床表层GXB同样铺设A组或B组填料，只是在基床表层GXB要求更高些，有一个前提是基床表层GXB的渗透系数不应大于底层的渗透系数；如果基床底层铺设C组填料，则确定A组或B组土土源，根据A组或B组土填料的孔隙率，适当添加碎石、C组土，添加比例由试验决定，添加的结果是改性结构的A组或B组填料的渗透系数不大于基床底层C组土的渗透系数，粒径< O. 075mm颗粒含量不大于表层总量的15%，但各项指标仍符合规范的A组或B组填料标准。基床底层的上部可以设成平坡或与基床表层GXB的顶部相同的坡度，铺设宽度满足该线路路基基床规定的宽度即可，非股道区不用铺设，如图3所示。为隔离改性结构中的细粒成份，与基床表层GXB的顶部铺2cm厚碎石屑作为碎石道床SC。其他方面，执行相关规范，本发明与相关规范无抵触。因为各地填料千差万别，无法设定统一标准。本发明的宗旨就是通过调整填料各种颗粒比例，使基床表层GXB的渗透系数不大于底层渗透系数，但所用填料仍能达到规范规定的标准。调整后，就可以做到，非股道区可以不用铺设A组或B组填料，直接铺设与基床底层同样的填料，排水沟深度降低。以图3和图4相比较，按传统方法设计，基床表层所用A、B组填料断面方为4. 76m3，梯形排水沟TSG排水沟混凝土体积2. 38m3，梯形排水沟TSG深度分别为O. 94m和O. 89m,标高为3. 33和3. 24。按本发明方法设计基床表层A、B组填料断面方为2. 81m3，矩形排水沟JSG混凝土体积I. 28m3，矩形排水沟JSG深度分别为O. 54m和O. 89m，标高为 3. 64 和 3. 73。本局部断面每延米直接造价降低690元，该项地铁工程车辆段路基造价降低56. 58万元。由于排水沟深度降低，便于清淤养护。名词和术语A组或B组填料也称A组或B组土——一般为从山区运来的砂石料，包括块石类、·碎石类、砾石类、中粗砂类，块石类因粒径大于200mm颗粒的质量超过总质量的50%，不符合规范6. 213填料的颗粒粒径不得大于150mm规定，因此不能用于基床表层填料。A组或B组·土不等于渗水土，相反渗水土也不等于A组或B组土股道——也称线路，指用钢轨铺成供机车、车辆行驶的轨道。道床——钢轨铺在轨枕上，轨枕下面的基础就是道床，道床有碎石道床和整体道床之分。碎石道床一由一定规格的碎石构成，铺在路基上面，承载轨枕及上部荷载，具有一定外轮廓形状的结构。路堤-在原地面上用土、石填筑的路基。路基一经开挖或填筑而形成的直接支承轨道结构的土工结构物，路基的上部为基床。基床——路基上部承受轨道、列车动力作用，并受水文、气候变化影响而具有一定厚度的土工结构。道床下部的基础就是基床。基床分表层与底层，上部为表层，下部为底层。根据铁路等级和用途不同，中国铁路规定，基床表层BC厚度为O. 3 O. 6m,轻载专用线可用O. 3m,地铁用O. 4m,国铁O. 6m。底层厚度为O. 7 I. 9m,基床总厚度为I. 2 2. 5m,不能全部采用最小值。填料根据土质类型和渗水性可分为渗水土、非渗水土。A、B组填料中，细粒土含量小于10%、渗透系数大于10-3cm/s的巨粒土、粗粒土为渗水土,细砂除外,其余为非渗水土。潴留界面一水积聚，不易流动的界面。界面以上填筑块状渗水填料，界面以下是细颗粒非渗水填料，由于细颗粒非渗水填料可塑性，在界面处的块状渗水填料在其上部荷载的作用下压入界面以下细颗粒非渗水填料之中，形成分布不均形状各异压入土中的石块群，在这个界面中土中有石，石间有土，形成一个个的微小的坑塘，遇到承接水，并不能按照设计者的思路沿着所设计的排水波顺利流走，而是潴留界面处，往下渗透，软化土质基床，如遇上连棉细雨，界面潴留水向下渗透大于流动量，基床被水浸透(饱和)，经过振动荷载以后则液化，轨道和路基下沉，危害行车安全。地铁一城市客运轨道运输系统，名词系由地下轨道运输系统衍生而来，但现在不一定建在地下，执行建设部标准，具备独立于其它系统且不受其它运输系统干扰的专用运输通道，专用于城市客运，由城市管理。国铁一相对地铁而言，执行铁道部标准，由铁道部管理或按照铁道部标准修建的铁路。专用线——企事业单位所属铁路为专用线，一般以货运为主。·
权利要求
1.一种铁路路基基床表层的改性结构，铁路路基基床包括有基床表层、基床底层，所述基床表层的结构设在基床底层的上部，承托铁路碎石道床及上部荷载；其特征是 在所述基床底层的上部铺设有粒径不大于150_的多种粒径的碎石，在所述多种粒径的碎石间均匀填充参合有砂土颗粒，而形成基床表层GXB，在所形成的基床表层GXB的颗粒中粒径不大于O. 075mm的颗粒所占基床表层总质量比例不超过15%，使基床表层GXB的渗透系数不大于基床底层的渗透系数，在基床表层GXB的表面铺设2cm厚的碎石垫层。
2.根据权利要求I所述的一种铁路路基基床表层的改性结构，其特征是所述基床表层GXB的铺设宽度限于铁路路基本身宽度之内。
全文摘要
本发明提供一种铁路路基基床表层的改性结构，该结构设在在铁路路基基床的上部，承托铁路碎石道床及上部荷载。该基床表层的改性结构由粒径不大于150mm的多种粒径的碎石及砂土颗粒构成。通过合理搭配各种粒径的碎石及砂土颗粒，使表层的渗透系数不大于底层的渗透系数；细粒含量不大于表层总量的15%；采用这种结构所带来的益处是基床强度增加，抗阴雨的能力加强，非基床区可以不铺A、B组填料，因而A、B组填料用料减少，基床底层的顶部不用设计排水坡，消除了潴留界面因而排水沟深度降低，不仅降低了工程造价，而且便于排水沟的清淤养护。
文档编号E01B1/00GK102787533SQ20121032272
公开日2012年11月21日 申请日期2012年9月4日 优先权日2012年9月4日
发明者刘重庆, 孙继忠, 贺万里 申请人:铁道第三勘察设计院集团有限公司