[发明专利]一种多层式高速铁路基床结构的设计方法

说明书

一种多层式高速铁路基床结构的设计方法，以克服当前高速铁路基床结构在底层2.3m范围内均采用相同的填料等级和压实标准的不足，在可靠承担上部列车荷载的同时实现与动应力荷载衰减规律的匹配，在技术上和经济上都更为合理。按如下步骤进行：初步确定高速铁路基床的基床层数N，及各基床结构层的厚度、填料等级和地基系数K_30(第i层)；根据路基面荷载确定动应力沿深度的分布，有砟轨道路基面荷载为三角形分布，无砟轨道路基面荷载为梯形分布，并确定基床不同深度处的路基动应力；根据第i基床结构层处的动应力数值及变形模量，确定各基床结构层处的动应变值；确定基床范围内的动变形；最终确定基床结构层层数N和各基床结构层的厚度及压实标准。

技术领域

本发明涉及铁路路基技术领域，具体涉及一种多层式高速铁路基床结构的设计方法。

背景技术

铁路路基面以下受到列车动荷载作用显著影响的范围称之为基床。基床是高速铁路路基最重要的关键部位，其在列车荷载长期重复作用下，容易发生破坏或是产生过大的有害变形，从而影响高速铁路正常运营。因此对高速铁路路基基床进行强化，采用较好的填料和较高的压实标准(通常用地基系数K₃₀表征)填筑。

根据Boussinesq理论，列车荷载在基床范围内产生的动应力自上而下逐渐衰减，因此在理论上基床对填料的要求也可自上而下逐渐降低。而当前高速铁路最为常用的基床结构为两层式：基床表层和基床底层。有砟轨道表层厚0.7m，无砟轨道表层厚0.4m，采用级配碎石填筑；底层厚2.3m，采用A、B组填料填筑。无论是有砟轨道还是无砟轨道，基床底层2.3m范围内均采用相同的填料等级和压实标准，与动应力自上而下逐渐衰减的趋势不符。一方面基床底层上部的填料等级和压实标准偏低，在长期服役状态下有可能劣化，危害高速铁路列车运营安全性和舒适性；另一方面基床底层下部填料压实标准偏高，施工成本较高，存在一定程度的浪费。因此传统的两层式基床结构在技术上和经济上都存在不合理，有必要提出一种更为经济、适用的高速铁路路基基床结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多层式高速铁路基床结构的设计方法，以克服当前高速铁路基床结构在底层2.3m范围内均采用相同的填料等级和压实标准的不足，在可靠承担上部列车荷载的同时实现与动应力荷载衰减规律的匹配，在技术上和经济上都更为合理，为确定多层式高速铁路基床结构层数及各层厚度、压实标准提供依据。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

本发明一种多层式高速铁路基床结构的设计方法，按如下步骤进行：①初步确定高速铁路基床的基床结构层层数N，及各基床结构层的厚度、填料等级和地基系数K_{30(第i层)，}基床结构层层数N≥3；由第1基床结构层至第N基床结构层，各基床结构层地基系数K_30(第i层)依次降低，i为基床结构层所在层数，i＝1、2、……N，其中第1基床结构层采用级配碎石填筑，地基系数K_30(第1层)不小于190MP/m，地基系数K_30(第N层)不小于90MP/m；各基床结构层的厚度均不小于0.3m；各基床结构层的地基系数K_30(第i层)按下式确定：

K_30(第i层)＝90+(190-90)×(i-1)/N；

②根据路基面荷载确定动应力沿深度的分布，有砟轨道路基面荷载为三角形分布，无砟轨道路基面荷载为梯形分布，并确定基床不同深度处的路基动应力；

根据填料强度与地基系数K₃₀的关系确定第i基床结构层的填料强度[σ]_(第i层)：

式中，A为拟合参数，10^-3m；B为拟合参数，kPa，A和B通过试验确定；K_30(第i层)为第i层基床结构层的地基系数，MPa/m；K为安全系数，取3.0；