《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》是中鐵二院工程集團有限責任公司於2007年9月30日申請的專利，該專利的申請號為2007100501819，公布號為CN101144256，授權公布日為2008年3月19日，發明人是魏永幸、蔣關魯、朱穎、李海光、肖宏、孫利琴。
《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》公開了一種無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法。該路基包括：鋼筋混凝土樁（20），沿路基縱向、橫向間隔設定；加筋墊層（10），鋪設於鋼筋混凝土樁（20）的上方；土質路基（30），填築於加筋墊層（10）之上。該發明充分利用樁－網－土三者的共同作用原理來滿足無碴軌道的強度與沉降變形要求，克服了高路堤結構沉降量及差異沉降量大而低路堤結構動力影響程度大的缺點，具有整體性強、穩定性好、堅固耐用，軌道變形小，且累積變形小等優點，有利於高速行車，可減小養護維修工作量、降低養護維修作業強度和改善養護維修作業條件。施工工藝簡單，能有效地降低建設成本，並符合環保的要求，因而具有廣闊的推廣套用前景。
2016年12月7日，《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法
- 公布號：CN101144256
- 授權日：2008年3月19日
- 申請號：2007100501819
- 申請日：2007年9月30日
- 申請人：中鐵二院工程集團有限責任公司
- 地址：四川省成都市通錦路三號
- 發明人：魏永幸、蔣關魯、朱穎、李海光、肖宏、孫利琴
- Int.Cl.：E01B2/00(2006.01)、E01B1/00(2006.01)
- 代理機構：成都惠迪專利事務所
- 代理人：王建國
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著列車運行速度不斷提高，對路基結構的形式提出了新的要求。以往高速鐵路無碴軌道多鋪設在隧道內、高架結構和橋樑上，後來逐步擴大到土質路基上。
由於高速鐵路對線路的高平順性、穩定性、耐久性等均提出了新的要求，對路基地基的總沉降、工後沉降及差異沉降量都有嚴格限制。傳統的路基結構，採用高路堤時，總沉降及工後沉降量較大、差異沉降難以控制；而採用低路堤結構，動力對地基的影響顯著，由於動力對地基的影響，工後沉降及差異沉降難以控制。傳統的設計方案只是將路基方案改為橋樑結構，以橋代路。相比而言，橋樑結構的橫向穩定性方面較差，尤其在曲線段上，橫向穩定性問題成為設計考慮的主要因素。
中國高速鐵路建設規模大、線路長，區域地質條件複雜，若採用橋樑結構則造價太高，將嚴重影響高速鐵路的發展速度。因此，在資金投入有限的前提下，迫切需要尋求一種強度高、剛度大、穩定性和耐久性好，並且的新結構路基，這種新結構路基的施工工藝應當簡單、適當的建設成本並符合環保的要求。
發明內容
專利目的
《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》所要解決的技術問題之一是提供一種無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基，它具有強度高、剛度大、穩定性和耐久性好的特點。
技術方案
《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》的無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基，包括鋼筋混凝土樁、加筋墊層和土質路基，鋼筋混凝土樁沿路基縱向、橫向間隔設定，其頂端固結有樁帽，加筋墊層鋪設於鋼筋混凝土樁的上方，土質路基填築於加筋墊層之上，其特徵是：所述加筋墊層由從下到上依次鋪設的第一層級配碎石層、第一層土工格柵層、第二層級配碎石層、第二層土工格柵層、第三層級配碎石層構成。
《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》解決該技術問題所採用的另一技術方案是：《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》的無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基，包括鋼筋混凝土樁、加筋墊層和土質路基，鋼筋混凝土樁沿路基縱向、橫向間隔設定，其頂端固結有樁帽，加筋墊層鋪設於鋼筋混凝土樁的上方，土質路基填築於加筋墊層之上，其特徵是：所述加筋墊層由從下到上依次鋪設的第一層級配碎石層、第一層土工格柵層、第二層級配碎石層、複合土工膜層、第三層級配碎石層、第二層土工格柵層和第四層級配碎石層構成。
《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基綜合了雙塊式軌枕埋入式無碴軌道和板式無碴軌道與複合地基結構的各自特點，充分利用樁-網-土三者的共同作用原理來滿足無碴軌道的強度與沉降變形要求，克服了高路堤結構沉降量及差異沉降量大而低路堤結構動力影響程度大的缺點，具有整體性強、穩定性好、堅固耐用，軌道變形小，且累積變形小等優點，有利於高速行車，可大大減小養護維修工作量、降低養護維修作業強度和改善養護維修作業條件。作為一種剛性路基，既可用於無碴軌道鐵路深厚軟弱地基加固，也可用於舊線改造中已建土質路堤的加固、無碴軌道道岔區等。
《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》所要解決的另一技術問題是提供一種上述無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基的構築方法。
《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基的構築方法包括如下步驟：①沿路基縱橫向間隔布設灌注的鋼筋混凝土樁；②鋪設加筋墊層；③填築土質路基。
改善效果
《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基構築方法，施工工藝簡單，能有效地降低建設成本，並符合環保的要求，因而具有廣闊的推廣套用前景。
附圖說明
圖1是《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基的橫斷面示意圖；
圖2是《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基的橫斷面的局部放大示意圖；
圖3是《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基的加筋墊層的一種結構示意圖；
圖4是《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基的加筋墊層的另一種結構示意圖；
圖5是《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基在高路堤情況時的結構示意圖；
圖6是《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基的加筋墊層級配碎石要求的顆粒級配曲線圖。
圖中標記及所對應的部件、部位：鋼軌1、混凝土基礎2、軌道板3、加筋墊層10、第一層土工格柵層111、第二層土工格柵層112、複合土工膜層113、第一層級配碎石層121、第二層級配碎石層122、第三層級配碎石層123、第四層級配碎石層124、鋼筋混凝土樁20、樁帽201、擴展角度θ、土質路基30、原築土質路基301。
技術領域
《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》涉及一種鐵路路基及其構築方法，特別涉及一種高速鐵路無碴軌道路基及其構築方法。
權利要求
1.無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基，包括鋼筋混凝土樁（20）、加筋墊層（10）和土質路基（30），鋼筋混凝土樁（20）沿路基縱向、橫向間隔設定，其頂端固結有樁帽（201），加筋墊層（10）鋪設於鋼筋混凝土樁（20）的上方，土質路基（30）填築於加筋墊層（10）之上，其特徵是：所述加筋墊層（10）由從下到上依次鋪設的第一層級配碎石層（121）、第一層土工格柵層（111）、第二層級配碎石層（122）、第二層土工格柵層（112）、第三層級配碎石層（123）構成。
2.無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基，包括鋼筋混凝土樁（20）、加筋墊層（10）和土質路基（30），鋼筋混凝土樁（20）沿路基縱向、橫向間隔設定，其頂端固結有樁帽（201），加筋墊層（10）鋪設於鋼筋混凝土樁（20）的上方，土質路基（30）填築於加筋墊層（10）之上，其特徵是：所述加筋墊層（10）由從下到上依次鋪設的第一層級配碎石層（121）、第一層土工格柵層（111）、第二層級配碎石層（122）、複合土工膜層（113）、第三層級配碎石層（123）、第二層土工格柵層（112）和第四層級配碎石層（124）構成。
3.如權利要求1或2所述的無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基，其特徵是：所述第一層土工格柵層（111）、第二層土工格柵層（112）採用低應變高強度雙向土工格柵，其極限抗拉強度不小於80千牛/米，標稱強度延伸率不大於10％，網孔尺寸80～150毫米。
4.如權利要求2所述的無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基，其特徵是：所述複合土工膜層（113）採用“土工布-土工膜-土工布”結構的複合土工膜，其土工布為無紡土工布，每平方重量不小於100克，土工膜的厚度不小於0.4毫米。
5.如權利要求1或2所述的無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基，其特徵是：所述樁帽（201）的橫截面呈圓形或方形，其直徑或邊長為鋼筋混凝土樁（20）樁體直徑的2～3倍；樁帽（201）的高度為樁體直徑的1～2倍；樁帽（201）的擴展角度θ為40～60°。
6.如權利要求1或2所述的無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基的構築方法，包括如下步驟：①沿路基縱橫向間隔布設灌注的鋼筋混凝土樁（20）；②鋪設加筋墊層（10）；③填築土質路基（30）。
7.如權利要求6所述無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基的構築方法，其特徵在於：所述步驟①中，鋼筋混凝土樁（20）採用鑽孔灌注或預製打入工藝成樁，其直徑或邊長為0.40～0.6米，混凝土等級為C20～30，樁身通長或至少在樁身上部5米範圍布置構造鋼筋。
實施方式
參照圖1，《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》的無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基，它包括：鋼筋混凝土樁20，沿路基縱向、橫向間隔設定；加筋墊層10，鋪設於鋼筋混凝土樁20的上方；土質路基30，填築於加筋墊層10之上。所述加筋墊層10的厚度一般為40～50厘米，其構成通常可採用後述兩種典型的配置形式：參照圖3，所述加筋墊層10由從下到上依次鋪設的第一層級配碎石層121、第一層土工格柵層111、第二層級配碎石層122、第二層土工格柵層112、第三層級配碎石層123構成；參照圖4，所述加筋墊層10由從下到上依次鋪設的第一層級配碎石層121、第一層土工格柵層111、第二層級配碎石層122、複合土工膜層113、第三層級配碎石層123、第二層土工格柵層112和第四層級配碎石層124構成。
為充分發揮鋼筋混凝土樁樁頂和承載範圍，從而進一步減小路基的差異沉降，參照圖1，所述鋼筋混凝土樁20的頂端固結有樁帽201。所述樁帽201的橫截面通常呈圓形或方形，其直徑或邊長為鋼筋混凝土樁20樁體直徑的2～3倍，參照圖3，樁帽201的擴展角度θ宜為40～60°。
《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基綜合了雙塊式軌枕埋入式無碴軌道和板式無碴軌道與複合地基結構的各自特點，充分利用樁-網-土三者的共同作用原理來滿足無碴軌道的強度與沉降變形要求，克服了高路堤結構沉降量及差異沉降量大而低路堤結構動力影響程度大的缺點，具有整體性強、穩定性好、堅固耐用，軌道變形小，且累積變形小等優點，有利於高速行車，可大大減小養護維修工作量、降低養護維修作業強度和改善養護維修作業條件。作為一種剛性路基，既可用於無碴軌道鐵路深厚軟弱地基加固，也可用於舊線改造中已建土質路堤的加固、無碴軌道道岔區等。
在鋼筋混凝土樁20的上方鋪設第一層級配碎石層121後再鋪設第一層土工格柵層111，可有限地避免鋼筋混凝土樁樁頂邊緣對土工格柵的切割作用。第一層土工格柵層111、第二層土工格柵層112均應採用低應變高強度雙向土工格柵，其極限抗拉強度不小於80千牛/米，標稱強度延伸率不大於10％，網孔尺寸80～150毫米。
所述加筋墊層10中鋪設複合土工膜層113，能很好地起到隔水的作用，以有效地避免地基中的水對土質路基30部分的浸入。複合土工膜層113宜採用“土工布--土工膜--土工布”結構的複合土工膜，其土工布為無紡土工布，每平方重量不小於100克，土工膜的厚度不小於0.4毫米。
所述加筋墊層10的各級配碎石由粗細碎石和石屑按一定比例組成的混合料，應符合密實級配要求，一般由開山石或天然卵石、礫石經破碎、篩選而成。級配碎石的顆粒級配要良好，混合料的配合比顆粒級配需滿足圖6所示的要求。由級配良好的級配碎石與土工格柵（和複合土工膜）組成的加筋墊層10是上部土質路基30與下部樁土加固區的過渡區，起調整樁土豎向荷載分擔比與樁土應力比作用，從而使樁-網-土形成有機整體共同承擔荷載及減小沉降。
為滿足列車高速運行時的安全性、舒適性要求，最大限度地實現線路少維修甚至免維修，鋼筋混凝土樁網結構路基的設計應在結構強度、縱橫向穩定性、各組成部分的耐久性、減振性以及實現線路高平順性等方面作為設計技術的關鍵。列車荷載選用標準荷載。在通過大量的室內大比例動態模型試驗、離心機模型試驗、現場實車走行試驗及長期測試試驗研究的基礎上，結合現場行車的實測結果，確定鋼筋混凝土樁網結構路基的各項係數，當路堤高度小於或等於土拱高度時，該無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基的動載分項係數為1.4，衝擊動力係數為0.5，結構重要性係數1.1；當路堤高度大於土拱高度時，動載分項係數為1.0，不考慮衝擊動力的影響，衝擊動力係數為0，結構重要性係數為1.0。恆載與動載都按靜載考慮。上述參數為鋼筋混凝土樁網結構的動力仿真計算和設計提供參考。從高速鐵路設計和運營實踐以及實測結果看，根據此設計荷載係數確定的軌道板/道床板、鋼筋混凝土基礎，及加筋墊層的設計承載能力可滿足高速鐵路無碴軌道的結構強度要求，並具有一定的安全儲備。
參照圖1和圖2，用於安裝鋼軌1的軌道板3與鋼筋混凝土基礎2固結，然後直接置於土質路基30上。與軌道板3固結並位於軌道板3下的鋼筋混凝土基礎2根據設計荷載大小，設計時應滿足強度和彈性要求並考慮足夠的安全儲備來確定。
既有線提速及在建的普速鐵路設計方案改為高速鐵路時必然設計到對已填築的路基進行強化處理。處理原則是將工後沉降控制在較小的範圍。處理措施可採用從已填築的路基高度處設定鋼筋混凝土樁網結構路基。處理深度應根據工點工程地質條件、沉降控制標準等綜合考慮。圖4是《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基用於處理已填高路堤情況的橫斷面示意圖，參照該圖，無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基的鋼筋混凝土樁20從原築土質路基301處鑽孔灌注，完畢後鋪設加筋墊層10，之後再填築剩餘的土質路基30。
《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》的無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基的構築方法，包括如下步驟：
①沿路基縱橫向間隔布設灌注的鋼筋混凝土樁20；
②鋪設加筋墊層10；
③填築土質路基30。
根據地質條件及施工要求，所述步驟①中，鋼筋混凝土樁20採用鑽孔灌注或預製打入工藝成樁。成孔方法可採用機械鑽孔；樁身主筋宜採用HPB235鋼筋；鋼筋保護層厚度不應小於6.0厘米；根據工程地質及水文地質條件（包括地形、地質、持力層埋深及傾斜情況、地下水的腐蝕情況）合理確定混凝土材料，一般選用C25～C30。施工工藝為先將下部路堤墊平填實，鑽機按設計樁位就位，鑽孔到設計深度，清孔，鋼筋籠製作及吊放，導管法灌注混凝土。鋼筋混凝土樁20的的直徑或邊長為0.40～0.6米，混凝土等級為C20～30，樁身通長或至少在樁身上部5米範圍布置構造鋼筋。樁帽201的橫截面呈圓形或方形，其直徑或邊長宜為鋼筋混凝土樁20樁體直徑的2～3倍。樁帽201的高度宜為樁體直徑的1～2倍。樁帽201的擴展角度θ宜為40～60°。
所述步驟②中，第一層土工格柵層111、第二層土工格柵層112應密排放置、連線牢固，在鋪設上層土工格柵時，應使上下層接頭錯開距離不小於0.5米，土工格柵應拉直、繃緊，不得有褶皺和破損。施工填築的順序為：鋪設第一層級配碎石層121、第一層土工格柵層111、第二層級配碎石層122、第二層土工格柵層112、第三層級配碎石層123；或者鋪設第一層級配碎石層121、第一層土工格柵層111、第二層級配碎石層121、複合土工膜層113、第三層級配碎石層123、第二層土工格柵層112和第四層級配碎石層124。級配碎石鋪築松鋪係數可按1.15考慮，對攤鋪的級配碎石遵循“先兩側後中央，先靜壓後振動，時速2千米/時，作業面上壓路機械不調頭、不轉彎”的原則進行全斷面靜壓，人工處理坑窪和集料窩。鋼筋混凝土樁20樁頂至第一層土工格柵層111間的第一層級配碎石層121的高度應大於10厘米，第一層土工格柵層111、第二層土工格柵層112間的第二層級配碎石層122的高度應大於10厘米；第一層土工格柵層111與複合土工膜層113之間鋪設的第二層級配碎石層122的高度應大於5厘米，複合土工膜層113與第二層土工格柵層112之間鋪設的第三層配碎石層123的高度應大於5厘米；第二層土工格柵層112之上的第三層配碎石層123或第四層級配碎石層124的高度應大於10厘米；加筋墊層10的壓實係數不小於0.95，空隙率不大於28％。各級配碎石層的顆粒級配要良好，混合料的配合比顆粒級配需滿足圖6所示的要求。
所述步驟③中，土質路基30的填料應能滿足高速鐵路所要求的填築強度與密實度等要求，壓實標準見表1所示。
表1土質路基壓實標準
表1
《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基構築方法，施工工藝簡單，能有效地降低建設成本，並符合環保的要求，因而具有廣闊的推廣套用前景。
榮譽表彰
2016年12月7日，《無碴軌道鋼筋混凝土樁網結構路基及其構築方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
