CN111155369B - 一种无砟轨道基床结构及其条形基础宽度的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高速铁路路基工程领域，特别是一种无砟轨道基床结构及其条形基础宽度的确定方法，其中无砟轨道基床结构包括基床，还包括至少两个水平间隔设置的条形基础，相邻所述条形基础之间设置有消能装置，所述消能装置为弹性结构件，所述条形基础顶部连接有支撑板，所述支撑板顶部连接有所述基床。本发明所述的一种无砟轨道基床结构，设置有条形基础和消能装置能够有效防止膨胀岩膨胀导致基床上拱，且该结构只需要由下而上分层施工即可，施工便捷，工程造价低。

Description

一种无砟轨道基床结构及其条形基础宽度的确定方法

技术领域

本发明涉及高速铁路路基工程领域，特别是一种无砟轨道基床结构及其条形基础宽度的确定方法。

背景技术

伴随着我国高铁建设的快速发展，穿越膨胀岩地区的无砟轨道高速铁路越来越多。膨胀岩膨胀力较大，地表水下渗后引起路堑基床上拱，影响高铁运营平顺性，危害列车运营安全。

申请号201710603423.6的发明专利公开了一种无砟轨道铁路膨胀岩石路堑结构及施工方法，该方法提出了一种由预应力锚索+锚拉板+卸压孔组合的抗上拱结构；

申请号201710609816.8的发明专利公开了一种无砟轨道铁路膨胀土路堑结构及施工方法，该方法主要应用于膨胀土地基，其释放的变形空间有限，在用于膨胀岩石地基条件时，如要完全抵抗较大上拱力，需加大CFG桩的设置深度和密度，其施工过程复杂，工程投资增加。

申请号201810424707.3的发明专利公开了一种膨胀软质岩无砟轨道路堑基床的抗隆起结构及施工方法，通过在岩体内纵横向设置深消能孔、浅消能孔来消除隆起变形。但上述专利设计锚索、纵横向消能孔等，施工过程复杂，且工程投资较大。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的膨胀岩石路堑基床结构，施工过程复杂，且工程投资较大的问题，提供一种无砟轨道基床结构及其条形基础宽度的确定方法，在能够有效防止膨胀岩膨胀导致基床上拱，且施工便捷，工程造价低。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无砟轨道基床结构，包括基床，还包括至少两个水平间隔设置的条形基础，相邻所述条形基础之间设置有消能装置，所述消能装置为弹性结构件，所述条形基础顶部连接有支撑板，所述支撑板顶部连接有所述基床。

本发明所述的一种无砟轨道基床结构，使用时，所有条形基础和消能装置均设置在膨胀岩路堑之上，条形基础之间设置消能装置，条形基础上设置支撑板，支撑板上设置基床，因为所述消能装置为弹性结构件，消能装置下方的膨胀岩所产生的膨胀力均由消能装置吸收，而不会将膨胀力传递至基床，条形基础之下的膨胀岩所产生的膨胀力则直接传递至基床，该膨胀力可由条形基础、支撑板和基床的自身重力所抵消，通过减小基床与膨胀岩岩体之间的接触面积从而有效减小基床受到膨胀力，并利用基床及支撑板的自身重力抵消所受到的有效膨胀力，达到避免基床上拱的目的，从而能够有效防止膨胀岩膨胀导致基床上拱。

而且该结构只需要由下而上分层施工即可，施工便捷，工程造价低。

综上所述，本发明所述的一种无砟轨道基床结构，设置有条形基础和消能装置能够有效防止膨胀岩膨胀导致基床上拱，且该结构只需要由下而上分层施工即可，施工便捷，工程造价低。

优选地，所述消能装置为至少两个，且间隔设置，相邻所述消能装置之间设置有所述条形基础。

对于单线铁路可于左右两侧各设置一道条形基础；对于双线铁路，可设置两个消能装置，在每个消能装置两侧均设置有条形基础，两个消能装置之间共用一个条形基础。

优选地，所有所述消能装置水平布置。

优选地，所述条形基础与所述支撑板一体设置。

优选地，条形基础与支撑板支之间设置连接钢筋。

优选地，所述条形基础为混凝土制成的结构件。

优选地，所述支撑板为钢筋混凝土制成的结构件，

优选地，所述条形基础沿水平方向的宽度大于或者等于30cm，所述条形基础沿竖向的高度大于或者等于30cm，所述支撑板沿竖向的厚度大于或者等于40cm。

优选地，所述条形基础沿水平方向的宽度与所述基床底面相同。

优选地，所述基床包括基床表层和基床底层。

本发明还公开了一种用于所述的无砟轨道基床结构中所述条形基础宽度的确定方法，包含以下步骤：

测定膨胀岩的膨胀力f_p及容许承载力σ₀；

计算所述基床的重力；

根据所述膨胀力f_p确定所述条形基础宽度b_j的最大值；

根据所述容许承载力σ₀确定所述条形基础宽度b_j的最小值；

根据所述最大值及所述最小值来选定所述条形基础宽度。

本发明所述的一种用于所述的无砟轨道基床结构中所述条形基础宽度的确定方法，根据膨胀岩膨胀力小于其上部承载的重力，以及膨胀岩容许承载力大于实际膨胀岩的承载力来确定条形基础的宽度。

其具体步骤为：

测定膨胀岩的膨胀力f_p及容许承载力σ₀；

拟定条形基础高度h_j、支撑板厚度h_z，支撑板宽度B，条形基础数量n；

计算基床受到的膨胀力合力F_p

F_p＝f_p×b_j×n；

计算基床结构的重力；

W₀＝q₁×b+q₀×b₀；

W_b＝γ_b×h_b×B；

W_d＝γ_d×h_d×B；

W_z＝γ_c×h_z×B；

W_j＝γ_c×h_j×b_j×n；

根据膨胀岩膨胀力确定条形基础宽度b_j取值范围；

W₀+W_b+W_d+W_z+W_j≥F_p

根据膨胀岩容许承载力确定条形基础宽度b_j取值范围；

W₀+W_b+W_d+W_z+W_j≤σ₀×b_j

综合选定条形基础宽度b_j；

其中，W₀为轨道结构重量，单位：kN/m；q₁为轨道自重均布荷载，单位：kN/m²；b为轨道自重分布宽度，单位：m；q₀为线间均布荷载，单位：kN/m²；b₀为线间荷载宽度，单位：m；W_b为表层自重，单位：kN/m；γ_b为表层重度，单位：kN/m³；h_b为表层厚度，单位：m；B为支撑板宽度，单位：m；

W_d为底层自重，单位：kN/m；γ_d为底层填料重度，单位：kN/m³；W_z为支撑板自重，单位：kN/m；γ_c为混凝土重度，单位：kN/m³；h_z为支撑板厚度，单位：m；W_j为条形基础自重,单位：kN/m；h_j为条形基础高度，单位：m；b_j为条形基础宽度，单位：m。

综上所述，本发明所述的根据膨胀岩膨胀力小于其上部承载的重力，以及膨胀岩容许承载力大于实际膨胀岩的承载力来确定条形基础的宽度，相比较纵横向设置深消能孔、浅消能孔来消除隆起变形来说，整个结构受力清晰，计算简单，其安全稳定性能高，且该结构只需要由下而上分层施工即可，施工便捷，工程造价低。

优选地，根据膨胀岩膨胀力确定所述条形基础宽度b_j取值范围：

其中，b_j为所述条形基础宽度，单位：m；W₀为轨道结构重量，单位：kN/m；W_b为表层自重，单位：kN/m；W_d为底层自重，单位：kN/m；W_z为支撑板自重，单位：kN/m；W_j为条形基础自重，单位：kN/m²；f_p膨胀力，单位：KPa；γ_c为混凝土重度，单位：kN/m³；h_j为条形基础高度，单位：m；n条形基础数量。

优选地，根据膨胀岩容许承载力确定条形基础宽度b_j取值范围；

其中，b_j为所述条形基础宽度，单位：m；W₀为轨道结构重量，单位：kN/m；W_b为表层自重，单位：kN/m；W_d为底层自重，单位：kN/m；W_z为支撑板自重，单位：kN/m；W_j为条形基础自重，单位：kN/m²；容许承载力σ₀，单位：KPa；γ_c为混凝土重度，单位：kN/m³；h_j为条形基础高度，单位：m；n条形基础数量。

本发明还公开了一种用于所述条形基础宽度的确定系统，包括至少一个处理器，以及与至少一个所述处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被至少一个所述处理器执行的指令，所述指令被至少一个所述处理器执行，以使至少一个所述处理器能够执行所述条形基础宽度的确定方法。

本发明所述的一种用于所述条形基础宽度的确定系统，能够快速、准确、方便地运行本申请所述的方法，大大节约了人工成本，提高了运行方法的准确率。

本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请所述的条形基础宽度的确定方法。

本发明所述的一种计算机可读存储介质，能够快速、准确、方便地运行本申请所述的条形基础宽度的确定方法，大大节约了人工成本，提高了运行方法的准确率。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明所述的一种无砟轨道基床结构，设置有条形基础和消能装置能够有效防止膨胀岩膨胀导致基床上拱，且该结构只需要由下而上分层施工即可，施工便捷，工程造价低。

2、本发明所述的一种无砟轨道基床结构，根据膨胀岩膨胀力小于其上部承载的重力，以及膨胀岩容许承载力大于实际膨胀岩的承载力来确定条形基础的宽度，相比较纵横向设置深消能孔、浅消能孔来消除隆起变形来说，整个结构受力清晰，计算简单，其安全稳定性能高，且该结构只需要由下而上分层施工即可，施工便捷，工程造价低。

3、本发明所述的一种用于所述条形基础宽度的确定系统，能够快速、准确、方便地运行本申请所述的方法，大大节约了人工成本，提高了运行方法的准确率。

4、本发明所述的一种计算机可读存储介质，能够快速、准确、方便地运行本申请所述的条形基础宽度的确定方法，大大节约了人工成本，提高了运行方法的准确率。

附图说明

图1为本发明的一种无砟轨道基床结构的横截面剖视图。

图2为本发明的一种用于所述无砟轨道基床结构中所述条形基础宽度的确定方法流程图。

图3为本发明的一种用于所述条形基础宽度的确定系统结构示意图。

图标：1-电子设备；11-处理器；12-存储器；13-输入输出接口；14-电源；2-基床；21-基床表层；22-基床底层；3-支撑板；4-消能装置；5-条形基础。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1所示，本实施例所述的一种无砟轨道基床结构，包括基床2，还包括至少两个水平间隔设置的条形基础5，相邻所述条形基础5之间设置有消能装置4，所述消能装置4为弹性结构件，所述条形基础5顶部连接有支撑板3，所述支撑板3顶部连接有所述基床2。

在上述基础上，进一步优选的方式，所述条形基础5为混凝土制成的结构件。

所述条形基础5可采用预制或现浇混凝土，

具体地，所述支撑板3为钢筋混凝土制成的结构件，

所述支撑板3可采用预制或现浇钢筋混凝土制成，

具体地，所述条形基础5沿水平方向的宽度大于或者等于30cm，所述条形基础5沿竖向的高度大于或者等于30cm，所述支撑板3沿竖向的厚度大于或者等于40cm。

在上述基础上，进一步优选的方式，所述条形基础5沿水平方向的宽度与所述基床2底面相同。

本发明所述的一种无砟轨道基床结构，使用时，所有条形基础5和消能装置4均设置在膨胀岩路堑之上，条形基础5之间设置消能装置4，条形基础5上设置支撑板3，支撑板3上设置基床2，因为所述消能装置4为弹性结构件，消能装置4下方的膨胀岩所产生的膨胀力均由消能装置4吸收，而不会将膨胀力传递至基床2，条形基础4之下的膨胀岩所产生的膨胀力则直接传递至基床，该膨胀力可由条形基础4、支撑板3和基床2的自身重力所抵消，通过减小基床2与膨胀岩岩体之间的接触面积从而有效减小基床2受到膨胀力，并利用基床2及支撑板3的自身重力抵消所受到的有效膨胀力，达到避免基床上拱的目的，从而能够有效防止膨胀岩膨胀导致基床上拱。

而且该结构只需要由下而上分层施工即可，施工便捷，工程造价低。

所述消能装置4由弹性材料制成，受膨胀力作用时发生压缩变形吸纳膨胀力，膨胀力消除后变形能够恢复。

综上所述，本发明所述的一种无砟轨道基床结构，设置有条形基础5和消能装置4能够有效防止膨胀岩膨胀导致基床上拱，且该结构只需要由下而上分层施工即可，施工便捷，工程造价低。

在上述基础上，进一步优选的方式，所述消能装置4为至少两个，且间隔设置，相邻所述消能装置4之间设置有所述条形基础5。

对于单线铁路可于左右两侧各设置一道条形基础5；对于双线铁路，可设置两个消能装置4，在每个消能装置4两侧均设置有条形基础5，两个消能装置4之间共用一个条形基础5。

优选地，所有所述消能装置4水平布置。

在上述基础上，进一步优选的方式，所述条形基础5与所述支撑板3一体设置。

具体地，条形基础5与支撑板3支之间设置连接钢筋。

实施例2

如图2所示，本实施例所述的一种用于所述的无砟轨道基床结构中所述条形基础宽度的确定方法，包含以下步骤：

测定膨胀岩的膨胀力f_p及容许承载力σ₀；

拟定所述条形基础5高度h_j和所述条形基础5数量n；

计算所述基床2受到的膨胀力合力F_p及所述基床2的重力；

根据所述膨胀力f_p确定所述条形基础5宽度b_j的最大值；

根据所述容许承载力σ₀确定所述条形基础5宽度b_j的最小值；

根据所述条形基础5宽度b_j的最大值及所述条形基础5宽度b_j的最小值来选定所述条形基础5宽度。

本发明所述的一种用于所述的无砟轨道基床结构中所述条形基础宽度的确定方法，根据膨胀岩膨胀力小于其上部承载的重力，以及膨胀岩容许承载力大于实际膨胀岩的承载力来确定条形基础5的宽度

其具体步骤为：

测定膨胀岩的膨胀力f_p及容许承载力σ₀；

拟定条形基础高度h_j、支撑板厚度h_z，支撑板宽度B，条形基础数量n；

计算基床受到的膨胀力合力F_p

F_p＝f_p×b_j×n；

计算基床结构的重力；

W₀＝q₁×b+q₀×b₀；

W_b＝γ_b×h_b×B；

W_d＝γ_d×h_d×B；

W_z＝γ_c×h_z×B；

W_j＝γ_c×h_j×b_j×n；

根据膨胀岩膨胀力确定条形基础宽度b_j取值范围；

W₀+W_b+W_d+W_z+W_j≥F_p

根据膨胀岩容许承载力确定条形基础宽度b_j取值范围；

W₀+W_b+W_d+W_z+W_j≤σ₀×b_j

综合选定条形基础宽度b_j；

其中，W₀为轨道结构重量，单位：kN/m；q₁为轨道自重均布荷载，单位：kN/m²；b为轨道自重分布宽度，单位：m；q₀为线间均布荷载，单位：kN/m²；b₀为线间荷载宽度，单位：m；W_b为表层自重，单位：kN/m；γ_b为表层重度，单位：kN/m³；h_b为表层厚度，单位：m；B为支撑板宽度，单位：m；W_d为底层自重，单位：kN/m；γ_d为底层填料重度，单位：kN/m³；W_z为支撑板自重，单位：kN/m；γ_c为混凝土重度，单位：kN/m³；h_z为支撑板厚度，单位：m；W_j为条形基础自重,单位：kN/m；h_j为条形基础高度，单位：m；b_j为条形基础宽度，单位：m。其中，b_j为所述条形基础5宽度，单位：m；f_p膨胀力，单位：KPa；γ_c为混凝土重度，单位：kN/m³；h_j为条形基础高度，单位：m；n条形基础数量。容许承载力σ₀，单位：KPa。

以下，以在施工中遇到的具体参数为例：

某高速铁路膨胀岩路堑，膨胀岩膨胀力为300kPa,膨胀岩容许承载力为400kPa,路基面宽度13.6m，基床表层厚度0.4m，基床底层厚度1m，轨道自重13.7kN/m²,轨道分布宽度3.1m，线间荷载2.3kN/m²，线间荷载分布宽度1.9m，基床表层、底层填料重度为20kN/m³,混凝土重度为25kN/m³,。

①膨胀岩的膨胀力f_p＝300kPa及容许承载力σ₀＝400kPa；

②拟定条形基础高度h_j＝0.5m、支撑板厚度h_z＝0.5m，支撑板宽度B＝13.6m，左中右三侧各设一道条形基础；

③计算基床受到的膨胀力合力F_p

F_p＝3×f_p×b_j＝900b_j；

④计算基床结构的重力；

W₀＝q₁×b+q₀×b₀＝13.7×3.1+2.3×1.9＝46.84kN/m；

W_b＝γ_b×h_b×B＝20×0.4×13.6＝108.8kN/m；

W_d＝γ_d×h_d×B＝20×1.0×13.6＝272kN/m；

W_z＝γ_c×h_z×B＝25×0.5×13.6＝170kN/m；

W_j＝γ_c×h_j×b_j×n＝25×0.5×b_j×3＝37.5b_j；

⑤根据膨胀岩膨胀力确定条形基础宽度b_j取值范围；

⑥根据膨胀岩容许承载力确定条形基础宽度b_j取值范围；

⑦条形基础宽度b_j的最低位选择为“0”或“5”，使得现场施工更加方便，故选定条形基础宽度b_j＝0.55m；

本实施例的有益效果：本发明所述的根据膨胀岩膨胀力小于其上部承载的重力，以及膨胀岩容许承载力大于实际膨胀岩的承载力来确定条形基础5的宽度，相比较纵横向设置深消能孔、浅消能孔来消除隆起变形来说，整个结构受力清晰，计算简单，其安全稳定性能高，且该结构只需要由下而上分层施工即可，施工便捷，工程造价低。

实施例3

如图3所示，本实施例所述的一种用于所述条形基础宽度的确定系统，即电子设备1(例如具备程序执行功能的计算机服务器)，其包括至少一个处理器11，电源14，以及与所述至少一个处理器11通信连接的存储器12和输入输出接口13；所述存储器12存储有可被所述至少一个处理器11执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器11执行，以使所述至少一个处理器11能够执行前述任一实施例所述的方法。

所述输入输出接口13可以包括显示器、键盘、鼠标、以及USB接口，用于输入输出数据。

电源14用于为电子设备1提供电能。

本领域技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤。

而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

当本发明上述集成的单元以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。

而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本实施例的有益效果：本实施例所述的一种用于所述条形基础宽度的确定系统，能够快速、准确、方便地运行本申请所述的方法，大大节约了人工成本，提高了运行方法的准确率。

实施例4

本实施例所述的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请前述任一实施例所公开的方法。

本实施例的有益效果：本发明所述的一种计算机可读存储介质，能够快速、准确、方便地运行本申请所述的条形基础宽度的确定方法，大大节约了人工成本，提高了运行方法的准确率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于无砟轨道基床结构中条形基础宽度的确定方法，其特征在于，无砟轨道基床结构，包括基床(2)，还包括至少两个水平间隔设置的条形基础(5)，相邻所述条形基础(5)之间设置有消能装置(4)，所述消能装置(4)为弹性结构件，所述条形基础(5)顶部连接有支撑板(3)，所述支撑板(3)顶部连接有所述基床(2)；

所有所述消能装置(4)水平布置；

该方法包含以下步骤：

测定膨胀岩的膨胀力fp 及容许承载力σ0；

计算所述基床(2)的重力；

根据所述膨胀力f_p确定所述条形基础(5)宽度bj 的最大值；

根据所述容许承载力σ0 确定所述条形基础(5)宽度bj 的最小值；

根据所述最大值及所述最小值来选定所述条形基础(5)宽度；

根据膨胀岩膨胀力确定所述条形基础(5)宽度bj 取值范围：

其中，bj 为所述条形基础宽度，单位：m；W0 为轨道结构重量，单位：kN/m； Wb 为表层自重，单位：kN/m；Wd 为底层自重，单位：kN/m；Wz 为支撑板自重，单位：kN/m；W_j为条形基础自重，单位：kN/ m2；f_p 膨胀力，单位：KPa；γ_c为混凝土重度，单位：kN/m3 ；h_j为条形基础高度，单位：m；n 条形基础数量；

根据膨胀岩容许承载力确定条形基础宽度bj 取值范围；

其中，bj 为所述条形基础宽度，单位：m；W0 为轨道结构重量，单位：kN/m； Wb 为表层自重，单位：kN/m；Wd 为底层自重，单位：kN/m；Wz 为支撑板自重，单位：kN/m；单位：kN/m2；σ0为容许承载力 ，单位：KPa；γ_c为混凝土重度，单位：kN/m3 ；hj 为条形基础高度，单位：m；n条形基础数量。

2.根据权利要求 1 所述的一种用于无砟轨道基床结构中条形基础宽度的确定方法，其特征在于，所述消能装置(4)为至少两个，且间隔设置，相邻所述消能装置(4)之间设置有所述条形基础(5)。

3.根据权利要求 1 所述的一种用于无砟轨道基床结构中条形基础宽度的确定方法，其特征在于，所述条形基础(5)与所述支撑板(3)一体设置。

4.根据权利要求 1 所述的一种用于无砟轨道基床结构中条形基础宽度的确定方法，其特征在于，所述条形基础(5)沿水平方向的宽度与所述基床(2)底面相同。

5.一种用于所述条形基础宽度的确定系统，其特征在于，包括至少一个处理器，以及与至少一个所述处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被至少一个所述处理器执行的指令，所述指令被至少一个所述处理器执行，以使至少一个所述处理器能够执行权利要求 1-4任意一项所述条形基础宽度的确定方法。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求 1-4任意一项所述条形基础宽度的确定方法。