高速铁路无砟轨道路基表层半铺防水封闭结构及施工方法与流程

本发明涉及一种高速铁路无砟轨道路基表层半铺防水封闭结构，属于高速铁路。本发明还涉及上述的高速铁路无砟轨道路基表层半铺防水封闭结构的施工方法。

背景技术：

1、我国冻土区面积广阔，近年来随着高速铁路的不断修建，冻土区高铁里程不断增加。运营状况表明，降雨会造成路基表层积水，水分经由路基表层下渗到路基内部，在温度、水分的共同作用下，路基填料中的细颗粒会发生冻结，造成路基内部的体积膨胀，使得基床表层产生严重的冻胀变形。在路基冻胀变形作用下，轨道结构会发生跟随性变形，这种变形传递到轨面会造成严重的轨道不平顺，影响轨道结构的服役状态和使用寿命，威胁高速列车的安全运营。

2、针对高速铁路路基冻胀问题，相关学者提出了采用路基表层防水封闭结构阻止水分下渗的方法。其中使用最为广泛的是沥青混凝土全断面封闭结构。但通过现场实际调研发现，其存在以下问题：1、沥青混凝土施工受温度影响大，很大程度地限制了施工条件；2、沥青混凝土封闭层在温度荷载作用下，会因为热胀冷缩产生横向裂缝；3、底座板混凝土需等沥青混凝土封闭层养护至具有一定强度后才可浇筑，导致沥青混凝土封闭层与底座板之间存在新老混凝土交界面的问题，在长时间运营后可能会出现离缝甚至微小滑移；4、全断面封闭结构，铺设面积大，成本高。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种铺设成本低、能够有效杜绝积水由路基表层向路基内部下渗并可限制混凝土底座板与防水封闭层之间的滑移的高速铁路无砟轨道路基表层半铺防水封闭结构。

2、本发明是通过如下技术方案来实现的：一种高速铁路无砟轨道路基表层半铺防水封闭结构，包括混凝土底座板，其特征是：在混凝土底座板两侧的路基基床表层上部铺设有高韧性混凝土封闭层结构，所述高韧性混凝土封闭层结构位于混凝土底座板侧的一端延伸至混凝土底座板的底部，且其延伸端的端部具有凸型挡台并与混凝土底座板浇筑为一体。

3、本发明中，采用高韧性混凝土层作为封闭层，施工受温度影响小，不会因为热胀冷缩产生横向裂缝，使用端部具有凸型挡台的高韧性混凝土结构进行防水封闭，可杜绝积水由路基表层向路基内部的下渗现象，并且通过凸型挡台限制了混凝土底座板与防水封闭层之间的滑移，采用半铺防水封闭结构，减少了高韧性混凝土用量，大大节约了工程成本。

4、进一步的，高韧性混凝土封闭层结构的凸型挡台的端部位于钢轨中心线的外侧。

5、本发明还提供了上述的高速铁路无砟轨道路基表层半铺防水封闭结构的施工方法，其采用的技术方案是：包括如下步骤：

6、(1)通过有限元仿真计算，确定无砟轨道和高韧性混凝土封闭层结构的受力分布特征，包括通过有限元仿真计算得出列车竖向荷载作用下轨道结构内部的mises应力分布，通过有限元仿真计算得出列车横向振动作用下对轨道结构的剪切应力分布；

7、(2)根据无砟轨道和高韧性混凝土封闭层结构的受力分布特征确定高韧性混凝土封闭层结构与混凝土底座板之间的相对位置：根据有限元仿真计算得出的列车竖向荷载作用下轨道结构的mises应力分布，确定最大正应力的30％位置处的扩散半径b，此时凸型挡台端部距离钢轨中心线的横向距离a需满足a≥b；根据有限元仿真计算得出的列车横向振动作用下对轨道结构的剪切应力分布，确定凸型挡台的宽度c和凸型挡台的高度d；

8、(3)根据确定的高韧性混凝土封闭层结构与混凝土底座板之间的相对位置，在路基基床表层铺设高韧性混凝土封闭层结构，待高韧性混凝土封闭层结构经过覆膜养护且达到初凝强度后，在其上方浇筑混凝土底座板。

9、进一步的，高韧性混凝土封闭层结构在路基非结构层部分的抗折强度大于列车竖向荷载作用下混凝土底座板边缘对高韧性混凝土封闭层结构的剪应力。

10、进一步的，通过如下公式建立有限元模型

11、f(t)＝p0+p1sinω1t(1)

12、p1＝m0a1ω12(2)

13、ω1＝2πv/l(3)

14、其中，p0为车轮静载，p1为钢轨不平顺引起的附加振动荷载，ω1为振动圆频率，m0为簧下质量，a1为不平顺控制条件的几何不平顺矢高，v为列车速度，l为几何不平顺典型波长。

15、本发明的有益效果是：本发明通过使用端部具有凸型挡台的高韧性混凝土结构进行防水封闭，杜绝了积水由路基表层向路基内部的下渗现象，并且通过凸型挡台有效限制了混凝土底座板与防水封闭层之间的滑移；采用高韧性混凝土层作为封闭层，既可以防止渗水，且施工受温度影响小，不会因为热胀冷缩产生横向裂缝；本发明采用半铺防水封闭结构，减少了高韧性混凝土用量，大大节约了工程成本。

技术特征：

1.一种高速铁路无砟轨道路基表层半铺防水封闭结构，包括混凝土底座板，其特征是：在混凝土底座板两侧的路基基床表层上部铺设有高韧性混凝土封闭层结构，所述高韧性混凝土封闭层结构位于混凝土底座板侧的一端延伸至混凝土底座板的底部，且其延伸端的端部具有凸型挡台并与混凝土底座板浇筑为一体。

2.根据权利要求1所述的高速铁路无砟轨道路基表层半铺防水封闭结构，其特征是：高韧性混凝土封闭层结构的凸型挡台的端部位于钢轨中心线的外侧。

3.一种如权利要求1-2任一所述的高速铁路无砟轨道路基表层半铺防水封闭结构的施工方法，其特征是：包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的高速铁路无砟轨道路基表层半铺防水封闭结构的施工方法，其特征是：高韧性混凝土封闭层结构在路基非结构层部分的抗折强度大于列车竖向荷载作用下混凝土底座板边缘对高韧性混凝土封闭层结构的剪应力。

5.根据权利要求3或4所述的高速铁路无砟轨道路基表层半铺防水封闭结构的施工方法，其特征是：通过如下公式建立有限元模型

技术总结
本发明公开了一种高速铁路无砟轨道路基表层半铺防水封闭结构及施工方法。高速铁路无砟轨道路基表层半铺防水封闭结构，包括混凝土底座板，其特征是：在混凝土底座板两侧的路基基床表层上部铺设有高韧性混凝土封闭层结构，所述高韧性混凝土封闭层结构位于混凝土底座板侧的一端延伸至混凝土底座板的底部，且其延伸端的端部具有凸型挡台并与混凝土底座板浇筑为一体。本发明使用端部具有凸型挡台的高韧性混凝土结构进行防水封闭，可杜绝积水由路基表层向路基内部的下渗现象，并且通过凸型挡台限制了混凝土底座板与防水封闭层之间的滑移，采用半铺防水封闭结构，减少了高韧性混凝土用量，大大节约了工程成本。

技术研发人员：杨书生,渠述锋,郭强,王占峰,郝宝锋,张超,肖宏,杨青原,王宏阁,何振克,孙明浩,魏绍磊,宿宝忠,郭玉鹏,姚明昕
受保护的技术使用者：山东潍烟高速铁路有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15