一种用于轻轨或地铁的复合砟轨道道床及其施工方法与流程

本发明属于道路设计和施工技术领域，具体涉及一种用于轻轨或地铁的复合砟轨道道床及其施工方法

背景技术：

随着城市的发展，越来越多的城市在大力发展城市轻轨或地铁，列车运行产生的振动和噪声受到越来越多的重视。道床是铁路轨枕下面、路基面上铺设的砟石垫层。现有道床所用砟石是符合国标《铁路碎石道砟》tb/t2140要求的碎石。现有仅用砟石铺设的道床，存在的问题是：列车运行产生的振动和噪声较大，对车辆段上盖建筑产生的振动会超过规范要求。

技术实现要素：

本发明将粘弹性材料的颗粒与砟石混合并铺设为复合砟轨道道床，利用粘弹性材料的阻尼特性，减少列车运行时传入路基的能量，从而达到减振降噪的目的。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于轻轨或地铁的复合砟轨道道床，包括砟石、粘弹性材料和土工布，其特点在于：复合砟轨道道床设为若干层，每层间设有土工布，所述的复合砟是由砟石与粘弹性材料按设定比例组成的混合物，粘弹性材料以颗粒形态分布在砟石的颗粒间隙中。

本发明的特点还在于：

所述的复合砟，其单位体积中所含有的粘弹性材料与砟石的质量比为：(1/19.3～1/22.1)×(粘弹性材料的密度÷砟石的密度)；粘弹性材料颗粒与砟石颗粒的粒径比为：1/4.89～1/5.12。

所述的粘弹性材料为橡胶或沥青。

所述的粘弹性材料颗粒粒径范围为2mm～15mm。

一种用于轻轨或地铁的复合砟轨道道床的施工方法，其特点在于由以下步骤构成：

步聚1：对砟石进行选料,砟石应符合《铁路碎石道砟》tb/t2140-2008道砟的规定；

步聚2：对砟石进行级配筛分，形成有序级配的砟石颗粒配料；

步聚3：依据砟石颗粒级配计算粘弹性材料的颗粒级配；

步聚4：根据所述的步聚3获得的级配要求对粘弹性材料进行颗料筛分，获得有序级配的颗料配料；

步聚5：制备复合砟混合料，即将所述的步聚2获得的有序级配砟石颗粒配料和步聚4获得的有序级配粘弹性材料颗料配料充分混合均匀；

步聚6：对道床进行铺设，将步聚5制备的复合砟混合料分层铺设至设计厚度，每层间分别铺设有土工布。

其特点在于所述步聚3，依据砟石颗粒级配计算粘弹性材料颗粒级配的计算方法，由以下步骤构成：

1)：砟石级配分布的颗粒的质量百分率为rn，n＝0…n,r0＝0。砟石总质量为m，第n个组分质量为mn＝m·rn'，

2)：求取第n个砟石组分的体积为vn＝mn/ρ1，ρ1为砟石密度；

3)：求取第n个砟石组分的数量为pn＝vn/(4π3)(dn/2)³，dn为颗粒直径序列，n＝1…n，n为分级数；

4)：求取第n个砟石组分填充的大粘弹性颗粒数量为q1n＝rt·pn，rt＝3，质量为m1n＝4π/3·r1n³·ρ·q1n，r1n＝0.225·dn/2；

5)：求取第n个砟石组分填充的小粘弹性颗粒数量为q2n＝4·rt·pn，rt＝3，质量为m2n＝4π/3·r2n³·ρ·q2n，

6)：对粘弹性颗粒序列{r1n,r2n}进行重新从小到大排列，得到粘弹性颗粒粒径分布{r}，对应的质量分布为{m}，进一步对{r}{m}进行分级，即为配套的粘弹性橡胶颗粒级配分布。

与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明的复合砟轨道道床，通过将粘弹性材料颗粒掺入砟石颗粒的空隙中，有效增加道床的阻尼，增大的阻尼能有效地消耗列车行驶过程中传递到道床中的能量，从而减缓传递到路基的能量传输，达到减振降噪的效果。

附图说明

图1是本发明的复合砟轨道道床的结构示意图；

图2是现有砟石道床实物模型的实测振动速度频率分布图；

图3是本发明的复合砟道床实物模型的实测振动速度频率分布图。

图中标号：1复合砟、2土工布、3路基、4砟石、5粘弹性材料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

参见图1，图1是本发明的复合砟轨道道床的结构示意图。

本发明的一种用于地铁的复合砟轨道道床，包括砟石4、粘弹性材料5和土工布2，其特点在于：复合砟轨道道床设为若干层，每层间设有土工布2，所述的复合砟1是由砟石4与粘弹性材料5按设定比例组成的混合物，粘弹性材料5以颗粒形态分布在砟石4的颗粒间隙中。

本发明特点还在于：

所述的复合砟1，其单位体积中所含有的粘弹性材料5与砟石4的质量比为：(1/19.3～1/22.1)×(粘弹性材料的密度÷砟石的密度)；粘弹性材料颗粒与砟石颗粒的粒径比为：1/4.89～1/5.12。

所述的粘弹性材料5为橡胶或沥青。

所述的粘弹性材料颗粒粒径范围为2mm～15mm。

所述的一种用于轻轨或地铁的复合砟轨道道床的施工方法，其特点在于由以下步骤构成：

步聚1：对砟石4进行选料,砟石4应符合《铁路碎石道砟》tb/t2140-2008道砟的规定；

步聚2：对砟石4进行级配筛分，形成有序级配的砟石颗粒配料；

步聚3：依据砟石颗粒级配计算粘弹性材料的颗粒级配；

步聚4：根据所述的步聚3获得的级配要求对粘弹性材料5进行颗料筛分，获得有序级配的颗料配料；

步聚5：制备复合砟混合料，即将所述的步聚2获得的有序级配砟石颗粒配料和步聚4获得的有序级配粘弹性材料颗料配料充分混合均匀；

步聚6：对道床进行铺设，将步聚5制备的复合砟混合料分层铺设至设计厚度，每层间分别铺设有土工布2。

所述的一种用于轻轨或地铁的复合砟轨道道床的施工方法，其特点还在于所述步聚3，依据砟石颗粒级配计算粘弹性材料颗粒级配的计算方法，由以下步骤构成：

1)：砟石4级配分布的颗粒的质量百分率为rn，n＝0…n,r0＝0。砟石4总质量为m，第n个组分质量为mn＝m·rn'，

2)：求取第n个砟石组分的体积为vn＝mn/ρ1，ρ1为砟石密度；

3)：求取第n个砟石组分的数量为pn＝vn/(4π/3)(dn/2)³，dn为颗粒直径序列，n＝1…n，n为分级数；

4)：求取第n个砟石组分填充的大粘弹性材料颗粒数量为q1n＝rt·pn，rt＝3，质量为m1n＝4π/3·r1n³·ρ·q1n，r1n＝0.225·dn/2；

5)：求取第n个砟石组分填充的小粘弹性材料颗粒数量为q2n＝4·rt·pn，rt＝3，质量为m2n＝4π/3·r2n³·ρ·q2n，

6)：对粘弹性材料颗粒序列{r1n,r2n}进行重新从小到大排列，得到粘弹性材料颗粒粒径分布{r}，对应的质量分布为{m}，进一步对{r}{m}进行分级，即为配套的粘弹性材料颗粒级配分布。

进一步说明：

本实施例中，砟石4选用符合《铁路碎石道砟》tb/t2140-2008规定的一级道砟，砟石密度取ρ1＝2.55g/cm³，砟石4的针状指数不大于20％，片状指数不大于20％，砟石4中风化颗粒和其他杂石含量不大于5％；砟石4须水洗，其颗粒表面清洁度不大于0.17％；

按步聚2对砟石4进行筛分，形成表1要求的级配分布；按步聚3计算粘弹性材料颗粒级配分布，粘弹性材料5选用天然橡胶，天然橡胶密度取ρ2＝0.86g/cm³，计算结果见表2；按步聚4对天然橡胶进行配料；按步聚5对砟石4及橡胶颗粒进行混合；按步聚6将复合砟1混合料分四层铺设，每层厚度为10厘米，每层间分别铺设有市售的土工布2。

表1砟石颗粒级配分布

表2天然橡胶颗粒级配分布

表3

经对本发明复合砟道床实物模型和现有砟石道床实物模型在相同条件下的测试，得到二者振动速度频率分布图：图2是现有砟石道床实物模型的实测振动速度频率分布图；图3是本发明的复合砟道床实物模型的实测振动速度频率分布图；对二者相关性能指标的测试结果见表3。由测试结果可知：本发明复合砟道床与现有砟石道床相比：刚度系数小、平均阻尼比大，地基抗压刚度及地基抗压刚度系数小，且固有频率低，所以，其减振降噪效果好。