铁路基床施工方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及
铁路轨道技术领域，具体涉及一种铁路基床施工方法。
背景技术
[0002] 目前铁路运输向高速重载方向发展，列车轴重增加导致铁路轨道及其
基础建设日益超载。传统的铁路轨道在轴重和列车速度增加的影响下无法提供可靠的
稳定性。这就容易造成铁路轨道上部结构的
变形和下部结构的变形。换句话说，轴重的快速增长导致轨道的磨损更加剧烈，整个铁路轨道结构损坏的时间更短。重载列车对
道砟层的周期性影响导致道砟材料的
压实和颗粒的破坏。此外，道砟材料的压实和磨损
水平沿整个路径是不均匀的。道砟层的这种不均匀压实导致纵向粗糙，从而增加了轨道上的动态
载荷。因此，铁路轨道维护的成本方面增加，在铁路交通安全方面还会产生额外的
风险。
[0003] 在工程领域不断技术革新的今天，重载列车轴重大而频繁的循环载荷会
加速列车轨道损坏过程，轨道基础层(主要是道砟层)的这种变形及其沉降，以及来自下层土体结构层的颗粒扩散，需要频繁而昂贵的轨道维护，以确保其稳定性。
发明内容
[0004] 本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种减少轴重过大而造成轨道变形的铁路基床施工方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明所设计的铁路路基的施工方法，所述铁路路基由下往上依次包括天然路基、普通道床路基、路基加筋层及道砟层，所述路基加筋层包括多层
橡胶轮胎加筋普通路
基层，所述道砟层由下往上依次包括土工格室加筋道砟和普通道砟，施工方法如下：
[0006] 1)普通道床路基的施工
[0007] 将混合填料后摊铺成普通道床路基；
[0008] 2)路基加筋层的施工
[0009] 在普通道床路基上铺设一层土工格栅，在土工格栅上绑一层橡胶轮胎，并用混合填料进行填筑压实形成第一层橡胶轮胎加筋普通路基层；在第一层橡胶轮胎加筋普通路基层上铺设一层土工格栅，在土工格栅上绑一层橡胶轮胎，并用混合填料进行填筑压实形成第二层橡胶轮胎加筋普通路基层；依次铺设形成多层橡胶轮胎加筋普通路基层；
[0010] 3)道砟层的施工
[0011] 31)土工格室加筋道砟的施工
[0012] 将土工格栅铺设在路基加筋层的上表面，便于道砟与路基加筋层分离；土工格栅铺设完成之后，将土工格室放置在土工格栅上并用道砟填充；
[0013] 32)普通道砟的施工。
[0014] 进一步地，所述步骤1)和步骤2)中，混合填料包括细粗土粒、粗土粒和碎石土，且细粗土粒、粗土粒、碎石土的最大粒径小于60mm，细粗土含量大于18％，混合填料的
含水量在10％。
[0015] 进一步地，所述步骤2)中，相邻土工格栅之间的间距在25～35cm之间，相邻橡胶轮胎的横向铺设间距为一个橡胶轮胎外径的距离。
[0016] 进一步地，所述步骤32)中，道砟的虚铺厚度不宜小于65mm，按照铁路设计规定压实，且不得小于95％。
[0017] 进一步地，所述步骤32)中，道砟平均粒径为32mm，最大
密度和最小密度分别为1525kg/m3和1340kg/m3，石质为特级
花岗岩。
[0018] 与
现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0019] 1)本发明铁路路基的施工方法利用废旧轮胎作为筋材，将固体垃圾充分
回收利用和减少环境的污染，有效的减少工程成本，实现资源化利用和
可持续性发展；铁路道床的养护维修
费用占全部养护费用的75％，节约成本、延长道砟使用寿命；
[0020] 2)使用土工格室加筋显著提高了道砟抗震性能和抵抗在荷载作用下应
力破坏，使垂直和
应力分布更加均匀，同时由于道砟的磨损减少道砟层塑性变形减少，因为土工格室加筋使道砟抗震增加也有效地减少了路基的垂直沉降，而随着道砟抗震性能和抵抗应力性能提高，土工格室的加筋有助于保持轨道的几何形状；
[0021] 3)
土工织物反滤和隔离作用相结合可以防止道砟和土体的细颗粒运动，保护道砟不受污染和退化；复合加筋可以减少因为铁路运行时的震动而导致道砟外挤，提高道砟的抗震性能，减少了轴重过大而造成轨道的变形。
附图说明
[0022] 图1为本发明铁路路基结构示意图；
[0023] 图2为典型有砟轨道路堤的示意横截面；
[0024] 图3为模拟底砟层(道床表层)中有橡胶轮胎的轨道路堤的三维有限元网格；
[0025] 图4为模拟废轮胎；
[0026] 图5为有废旧轮胎的底道砟(道床表层)层中发生的
横向位移等值线；
[0027] 图6为无废旧轮胎的底道砟(道床表层)层中发生的横向位移等值线。
具体实施方式
[0028] 如图1所示铁路路基由下往上依次包括天然路基1、普通道床路基2、路基加筋层3及道砟层4，其中，路基加筋层3包括三层橡胶轮胎加筋普通路基层5，道砟层4由下往上依次包括土工格室加筋道砟6和普通道砟7，铁路路基的具体施工方法如下：
[0029] 1)普通道床路基的施工
[0030] 将混合填料后摊铺成厚度为两米左右的普通道床路基；混合填料包括细粗土粒、粗土粒和碎石土，且细粗土粒、粗土粒、碎石土的最大粒径小于60mm，细粗土含量大于18％，混合填料的含水量在10％；
[0031] 2)路基加筋层的施工
[0032] 在普通道床路基上铺设一层土工格栅，在土工格栅上绑一层橡胶轮胎，并用混合填料进行填筑压实形成第一层橡胶轮胎加筋普通路基层；在第一层橡胶轮胎加筋普通路基层上铺设一层土工格栅，在土工格栅上绑一层橡胶轮胎，并用混合填料进行填筑压实形成第二层橡胶轮胎加筋普通路基层；在第二层橡胶轮胎加筋普通路基层上铺设一层土工格栅，在土工格栅上绑一层橡胶轮胎，并用混合填料进行填筑压实形成第三层橡胶轮胎加筋普通路基层；
[0033] 且上述相邻土工格栅之间的间距在25～35cm之间，相邻橡胶轮胎的横向铺设间距为一个橡胶轮胎外径的距离；上述混合填料包括细粗土粒、粗土粒和碎石土，且细粗土粒、粗土粒、碎石土的最大粒径小于60mm，细粗土含量大于18％，混合填料的含水量在10％；
[0034] 3)道砟层的施工
[0035] 31)土工格室加筋道砟的施工
[0036] 将土工格栅铺设在路基加筋层的上表面，便于道砟与路基加筋层分离；土工格栅铺设完成之后，将土工格室放置在土工格栅上并用道砟填充，土工格室在道砟的底层，可为铁路轨道正常运行起到至关重要的作用，包括减小路基不均匀沉降，使得横向和纵向应力分布均匀，吸收
能量和减少振动，提供足够的排水，并将铁路的荷载均匀分配到基床上；
[0037] 由于土工格室和土工格栅有效的增加了承载能力和抑制了道砟的侧向位移，在土工格室加筋下减少道砟的震动磨损和防止道砟外挤，有效抑制路基的侧向变形及其所受到的侧向压力；同时减少维修成本，延长轨道的维修周期；使用土工格室加筋，使得垂直应力分布更均匀，可有效减少路基基床的垂直沉降，土工格室和土工格栅的加筋有助于保持轨道可靠的稳定性。
[0038] 32)普通道砟的施工
[0039] 道砟的虚铺厚度不宜小于65mm，按照铁路设计规定压实，且不得小于95％；
[0040] 上述道砟平均粒径为32mm，最大密度和最小密度分别为1525kg/m3和1340kg/m3，石质为特级花岗岩。
[0041] 废旧橡胶轮胎具有三维圆柱形，因此，它们可以通过增强承载能力和减少有砟轨道路堤的变形来加固轨道基础。对填充废旧橡胶轮胎的使用进行了研究，将其作为“单元”在自行设计和建造的轨道过程模拟试验装置中进行试验，以模拟实际的现场轨道条件。实验室测试的材料包括道砟(即粗粒、
角粒，粒径＝10–70mm)、底砟(碎
玄武岩，粒径＝0.3–20mm)、结构填料和废旧轮胎。二手
车轮胎单元(去掉一
侧壁)的外径为580mm，轮胎直径为
330mm，宽度为150mm。预先确定的压载量(按重量计)在轮胎内压实至150mm的厚度，用大约
15.5KN/m3的代表性单位重量，使用手持式振动锤进行压实。
[0042] 进行了高达500000个循环载荷的实验室试验，以模拟f＝10HZ
频率下30吨轴重的重载货运列车。这些试验证明，橡胶轮胎使底砟(封顶)层的
刚度增加了50％以上，而且，在底砟封顶层中加入橡胶轮胎有助于减小传递给路基的应力。试验前后道砟试样的粒径分布表明，在底砟(盖面)层有橡胶胎芯的试样道砟
破碎较少，说明在
复合材料系统具有较高的能量和耗散能力的情况下，掺入轮胎可以减少道砟集料的破碎。实验表明废旧轮胎加筋显著减少了道砟的变形，也减少了侧向位移，还提高了整个轨道的稳定性和寿命。
[0043] 使用有限元进行废旧橡胶轮胎加筋底砟的有限元模拟，利用有限元法模拟了废旧轮胎对填充轮胎底砟(道床表层)的受力和变形作用。图2所示为典型有砟轨道路堤的示意横截面。图3所示为模拟底砟层(道床表层)中有橡胶轮胎的轨道路堤的三维有限元网格，图4所示为模拟废轮胎。
钢轨由间距为600mm的
钢筋混凝土轨枕支撑，这些枕木直接放在道碴层上。模拟了直径560mm、厚度10mm的典型
汽车轮胎，以及图3所示的轨道下部结构层的几何结构。采用莫尔-库仑破坏准则，将道砟、底砟和路基视为线弹性理想塑性材料。橡胶轮胎被模拟成具有与实验室测试相同厚度的圆柱体。钢轨和枕木被模拟成线弹性材料，比道砟、路基和橡胶轮胎更坚硬。有砟轨道和基础由一个由8个点阵六面体单元组成的网格离散，积分点减少。
[0044] 图5、图6显示了在有或无废旧轮胎的底道砟(道床表层)层中发生的横向位移等值线。这些等值线的比较表明，在类似的荷载作用下，未加筋底砟(100mm)的最大侧向位移大于加筋的底砟(10mm)。据信，这种额外的限制加强了填充轮胎复合系统，并使其成为一个更柔软的垫层，使较小的和更均匀的应力传递到下面的路基；因此，侧向变形较少。轨道设计主要基于将路基上的交通和荷载引起的应力控制在能够防止路基逐渐剪切破坏和过度塑性(不可恢复)变形的水平上。为了保持轨道稳定，道砟的侧向位移必须保持在一定的范围内。在此之前的研究表明，存在一个最佳的围压范围，可将道砟破损降至最低。对于230kpa的偏应力，该围压范围在15到65kpa之间，但当偏应力增加到750kpa时，该围压范围可增加到50到140kpa。减少膨胀和颗粒破碎所需的最小围压约为40–50kpa；目前大多数有站轨道的围压小于约25kpa，这可能导致过度膨胀，从而引发轨道不稳定。
[0045] 本发明铁路路基的施工方法利用废旧轮胎作为筋材，将固体垃圾充分回收利用和减少环境的污染，有效的减少工程成本，实现资源化利用和可持续性发展；铁路道床的养护维修费用占全部养护费用的75％，节约成本、延长道砟使用寿命；
[0046] 使用土工格室加筋显著提高了道砟抗震性能和抵抗在荷载作用下应力破坏，使垂直和应力分布更加均匀，同时由于道砟的磨损减少道砟层塑性变形减少，因为土工格室加筋使道砟抗震增加也有效地减少了路基的垂直沉降，而随着道砟抗震性能和抵抗应力性能提高，土工格室的加筋有助于保持轨道的几何形状；
[0047] 土工格栅反滤和隔离作用相结合可以防止道砟和土体的细颗粒运动，保护道砟不受污染和退化；复合加筋可以减少因为铁路运行时的震动而导致道砟外挤，提高道砟的抗震性能。
