[发明专利]一种高速铁路基床表层厚度灵活性设计方法

说明书

本发明公开了一种高速铁路基床表层厚度灵活性设计方法，步骤如下：S1、对施工现场情况勘察和调研；S2、筛选沥青混合料材料和配比，并对填料取样，获取材料相关参数；S3、根据材料参数及推荐的几何结构参数，建立三维足尺数值计算模型，根据基床底部的容许应力值对基床表层进行厚度优化，标定沥青支承层和基床表层的厚度；S4、根据数值模型优化后的结构层参数，构建室内足尺模型，设置加载头，预埋压力传感器，验证优化后的结构，不断调试以满足要求；S5、确认设计方案后，编制基床表层厚度的设计参数对照表。本发明提供的高速铁路基床表层厚度设计方法灵活性强，可强化轨道整体下部结构的承载能力，延长轨道服役寿命，产生可观的经济和环保效益。

技术领域

本发明涉及高速铁路设计和建造技术领域，具体涉及一种高速铁路沥青混凝土铺装轨道结构基床表层厚度的灵活性设计方法。

背景技术

高速铁路和重载铁路是全球铁路发展的两大方向。因此，要求铁路下部结构具有良好的防水、减振、耐久性和可维护性等性能。传统水泥基无砟轨道直接铺设于柔性级配碎石基床表层，整体刚度大、振动强、易开裂、防水差、维护难，且混凝土材料弹性模量较大，泊松比较小，列车动荷载在混凝土道床板中衰减相对较慢。同时，我国目前所有设计规范对于高速铁路道床、基床等结构层的厚度均有统一规定，而实际工程中，由于路基基底条件的差异以及现场外部环境的不同，铁路下部结构层厚度在一定程度上可以进行灵活性设计，以便在满足实际运营时的安全性和平顺性的前提下，节省材料，降低施工成本。

沥青混合料作为一种典型的粘弹性材料，能够在路基基床与混凝土底座板间形成过渡层，不透水的密实性沥青混凝土可作路基的防水层，且有助于提高其抗变形能力，控制轨道结构的永久变形和保持其几何条件的稳定，减少病害和延长维修周期，节省维护的人力物力。同时，热拌沥青(HMA)，环氧改性沥青(EMA)和废旧橡胶改性沥青(CRMA)等沥青混合料也正在铁路建造领域进行广泛研究和测试。因此，考虑将具有粘弹性优势的沥青材料作为高速铁路道床或强化基床的材料，有利于列车动荷载的衰减和对路基的保护，实现通过控制铁路道床进而调节下部基础结构层，从而优化路基基床表层厚度，为今后我国高速铁路沥青道床的设计和施工提供一个可行、可靠的技术参照，在一定程度上强化轨道下部结构的承载能力，延长轨道的服役寿命，降低维护需求，并有望填补目前国内该领域研究的空白。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明针对目前高速铁路道床板刚度大，相关设计规范对于结构层厚度过于统一的不足，提供一种高速铁路基床表层厚度的灵活性设计方法。

本发明提供的技术方案如下：

一种高速铁路基床表层厚度灵活性设计方法，该方法适用于沥青混凝土柔性铺装板式轨道结构，包括以下步骤：

S1、对施工现场的水文、地质条件、气候条件、环境温度等进行勘察和调研；

S2、根据现场调研，对沥青混合料进行选材和配合比设计，并对现场路基各结构层代表性填料取样，进行室内材料试验，获取材料相关参数；

S3、根据室内试验获得的材料参数及现有规范推荐的几何结构参数，建立三维足尺数值计算模型，结合高速铁路设计规范中基床底部的容许应力值对基床表层的厚度进行优化，标定改进后的沥青支承层厚度及对应的基床表层厚度；

S4、根据数值模型优化后的结构层参数，构建室内足尺模型，设置加载头，荷载大小和频率与S3中一致，预埋压力传感器，验证优化后的结构能否满足对于基床底部容许应力的要求，不断调试以满足要求；

S5、确认设计方案后，编制不同基底条件、环境温度、上覆材料及厚度尺寸对应的高速铁路基床表层厚度的设计参数对照表。

进一步，沥青混凝土铺装板式轨道结构自下而上依次是基底、基床底层、基床表层、透层、沥青混凝土支承层、粘层土工布和轨道板。