一种适于寒区铁路路桥过渡段台背缓冲结构的制作方法

1.本实用新型涉及寒区铁路路桥技术领域，尤其是涉及一种适于寒区铁路路桥过渡段台背装配式缓冲结构。


背景技术：

2.寒区冷季，铁路路桥过渡段桥台后方的路基填料会因冻胀引起对桥台的纵向挤压，以及桥台台背的冷量会输入到台背路基填料中，路基纵向冻胀对桥台台背的纵向作用力较大，对桥台的稳定性有影响；暖季，台背后路基填料会发生纵向回缩，对过段段没有很好支撑作用；并且在过渡段处路基和桥台台顶面上的水分易渗入路基土中，增加了台背路基填料的含水量，会加大台背路基填料的纵向冻胀变形和冻胀力。
3.如中国专利cn104358199a公开了一种适用于寒区短工期条件下的高等级公路路桥过渡段结构，地基低于桥台底座，地基顶面和桥台底座的底面平齐，地基之上设有土基，土基上设有路面结构层，搭板嵌设于路面结构层中，且搭板上平面和路面结构层的路面相平齐；虽解决了汽车通过公路桥头时容易产生跳跃现象；但依然存在寒区冷季时路基纵向冻胀对桥台台背纵向挤压的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术不足，本实用新型是提供一种适于寒区铁路路桥过渡段台背缓冲结构，其可实现缓冲台背路基水平方向的纵向冻胀对桥台水平受力变形。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：
6.该适于寒区铁路路桥过渡段台背缓冲结构，包括保温板、路基纵向变形协调板以及渗-排-防水结构；所述保温板为整体式板材，保温板紧贴台背设置，所述路基纵向变形协调板为分块组装式结构，路基纵向变形协调板紧贴保温板背面设置，所述渗-排-防水结构对应路基纵向变形协调板设置。
7.进一步的：
8.所述保温板为绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板，厚度范围为2～10cm。
9.所述路基纵向变形协调板包括上下依次通过凸凹配合卡接相连的一组协调组装板。
10.所述协调组装板为硅橡胶土工合成材料板。
11.所述渗-排-防水结构包括渗水结构和排水结构以及防水结构，所述排水结构包括设在竖向排水管、横向排水管以及设在每块协调组装板上的排水槽，每块协调组装板上的排水槽均与竖向排水管相连通，竖向排水管的下端与横向排水管相连通；所述渗水结构包括路基渗水层、路基导水层、台顶渗水层以及台顶导水层，路基渗水层设在路基导水层的上方，台顶渗水层设在台顶导水层的上方，路基导水层和台顶导水层的对接处对应排水槽设置；所述防水结构包括设在竖向排水管的下端与横向排水管连接处外的排水管防水层和设在排水管防水层下方的路基防水垫层。
12.所述路基渗水层台和顶渗水层均在路基宽度方向两侧薄且中部厚，而路基导水层和台顶导水层均在路基宽度方向上两侧厚且中部薄，导水层上表面中部向排水槽倾斜设置；路基导水层的端部延伸至排水槽中，排水槽中在路基导水层延伸部上方设有缓冲板导水层，缓冲板导水层呈凹型布置，路基渗水层台和顶渗水层的端部均延伸至缓冲板导水层的凹型内。
13.本实用新型与现有技术相比，具有以下优点：
14.该适于寒区铁路路桥过渡段台背缓冲结构设计合理，缓冲结构具有十分良好的纵向变形适应能力，以及通过保温板和渗-排-防水结构的设置其具有良好的渗-排-防水功能和一定的保温隔热效果，可显著减少台背路基填料的纵向冻胀变形和冻胀力，这对于提高寒区铁路路桥过渡段台背的服役性能具有十分重要的意义。
附图说明
15.下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
16.图1为本实用新型过渡段的工作原理示意图。
17.图2为本实用新型安装于过渡段桥台台背后的示意图。
18.图3为图2中n1-n1处的剖面图。
19.图4为图2中n2-n2处的剖面图。
20.图5为图2中n4处的放大图。
21.图6为图5中1-1处放大的剖面图。
22.图7为图5中2-2处的剖面图。
23.图8为图7中n6处的放大图。
24.图9为图7中3-3处的剖面图。
25.图10为图4中n3的放大图。
26.图11为图3中n7处的放大图。
27.图12为图8中4-4处的剖面图。
28.图中：
29.1.桥台、2.梁体、3.缓冲结构、301.保温板、302.路基纵向变形协调板、302-1.协调板顶板、302-2.协调板中间板、302-3.协调板底板、3021.定位块、3022.定位槽、3023.排水槽、4.路基渗水层、5.路基导水层、6.台顶渗水层、7.台顶导水层、8.缓冲板导水层、9.竖向排水管、10.横向排水管、11.排水管防水层。
具体实施方式
30.下面对照附图，通过对实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
31.如图1至图12所示，该寒区铁路路桥过渡段台背装配式缓冲结构，包括保温板301、路基纵向变形协调板以及渗-排-防水结构；保温板301为整体式板材，保温板301紧贴台背设置，路基纵向变形协调板为分块组装式结构，路基纵向变形协调板紧贴保温板背面设置，渗-排-防水结构对应路基纵向变形协调板设置。
32.路基纵向变形协调板包括上下依次通过凸凹配合卡接相连的一组协调组装板；
渗-排-防水结构包括渗水结构和排水结构以及防水结构，排水结构设在路基纵向变形协调板上。
33.桥台1位于梁体2端部的下方，对梁体端部形成支撑，梁体端部和桥台的顶部形成台顶，对应台顶和路基顶部设有渗水导水结构，并在排水结构底部设有防水结构；即排水结构关联设置有渗水和防水结构，形成渗-排-防水整体系统结构；本实用新型装配式缓冲结构具有十分良好的纵向变形适应能力，并兼顾良好的渗-排-防水功能和一定的保温隔热效果，可实现缓冲台背路基水平方向的纵向冻胀对桥台水平受力变形。
34.如图1所示，缓冲结构3安装于桥台1台背后，具十分有优异的变形协调能力，在冷季，台背后路基填料会因冻胀引起对缓冲结构和桥台的纵向挤压，而缓冲结构模量较小，可在纵向挤压作用下压缩变形，且受到的冻胀力越大其压缩变形量越大，极大降低了路基纵向冻胀对桥台台背的纵向作用力；在暖季，台背后路基填料会发生纵向回缩，此时作用于缓冲结构的和桥台纵向挤压作用变小，而缓冲结构具有良好的回弹性，可随路基填料的纵向回缩而回弹变形，并为台背填料提供足够的纵向支持力。所述缓冲结构具有良好的渗-排-防水功能，可将路基内和桥台台顶面上水分集中汇入并定向排出，还可阻止地下水向上渗入路基土，从而减少路基内由于毛细水分的向上补给和列车振动活塞效应下产生的水分迁移和聚集，以达到显著降低台背路基填料的含水量的目的。此外，缓冲结构还具有一定的保温隔热功能，在一定程度上可减少在寒季来自桥台台背的冷量输入到台背路基填料。在缓冲结构以上三个功能的共同作用下，可显著减少台背路基填料的纵向冻胀变形和冻胀力，这对于提高寒区铁路路桥过渡段台背的服役性能具有十分重要的意义。
35.如图3、图4、图6、图7、图8、图10、图11和图12所示，保温板301为整体式板材，优选硅橡胶土工合成材料板，具有一定的保温隔热效果，从而通过降低来自台背的冷量输入以缓解路基纵向冻胀变形，其截面尺寸与台背大小一致并紧贴台背安装，其厚度范围优选为2～10cm，具体厚度应根据过渡段所在地区的多年气候(主要考虑年平均气温)并结合工程实际需求综合确定。本实施例中保温板的材料优选在冻土路基广泛采用的xps(绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料)保温板材料为例说明，xps具备完美的闭孔蜂窝结构(结构闭孔率＞99％)，这种结构让xps板有极低的吸水性(憎水、防潮)、极其优异的隔热性(热阻性能≥0.89m2
·
k/w，导热系数≤0.03w/(m
·
k))、高抗压性(强度≥304kpa)、抗老化性(稳定性、防腐性好，正常使用完全无老化分解现象)。
36.如图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图10、图11和图12所示，路基纵向变形协调板a为分块组装式结构，一组协调组装板包括协调板顶板302-1、一组协调板中间板302-2以及协调板底板302-3；协调板顶板和协调板中间板之间、相邻的协调板中间板之间、协调板中间板和协调板底板之间均通过凸起卡槽结构配合相连，协调板底板安装于台背底部，协调板顶板安装于台背顶部；其具有良好纵向变形适应能力，以缓冲台背路基填料对桥台的纵向冻胀作用。
37.优选具体实例为，路基纵向变形协调板包括底板、多块中间板和顶板。底板、中间板和顶板的截面宽度均与台背大小一致并紧贴保温板安装，其中底板安装于台背底部，顶板安装于台背顶部，中间板安装于台背中部并位于底板和顶板之间。各块中间板的截面高度均相同，底板和顶部的截面高度均应根据不同寒区铁路路桥过渡段实际工况下的台背高度确定其具体尺寸，并保证顶板顶面与桥台顶面平齐。底板、中间板和顶板的厚度均一致，
厚度范围优选为15-40cm，具体厚度应根据过渡段所在地区的多年平均气温和降雨条件并结合工程实际需求综合确定。
38.如图6、图7、图8、图10和图11所示，每一块中间板的顶部均预留了定位槽且下部预留了定位块3021，每一块底板仅在顶部预留了定位槽3022，每一块顶板仅在下部预留了定位块。定位块的宽度和高度略小于定位槽，因此底板、多块中间板和顶板通过定位槽与定位块的限位作用相互连接而形成整体，具体来说，底板顶部通过定位槽与其上方的中间板底部的定位块连接，顶板底部通过定位块与其下方的中间板顶部的的定位槽连接，同理，其余各多块中间板通过各定位槽与定位块连接。此外，每一块底板、中间板和顶板在上方均预留了排水槽。
39.路基纵向变形协调板302为缓冲结构提供了良好纵向变形适应能力(即：路基纵向变形协调板在冷季受路基填料的纵向冻胀力而发生压缩变形，在暖季随着路基填料纵向回缩而回弹)。为提供纵向变形适应能力，路基纵向变形协调板的材料应选择在低温环境下能长期具备良好回弹性且具有一定抗压强度的土工合成材料，本实施例中优选合成橡胶中的硅橡胶，需要指出，本实施例的材料优选为硅橡胶进行说明的目的仅是为了介绍所采用土工合成材料应具备的材料特性而并非最佳选择。硅橡胶具备卓越的耐低温性能，最低工作温度达-100℃(其中各种硅橡胶的玻璃化温度/脆性温度普遍低于-70℃、硬化温度和回弹温度均普遍低于-55℃)，具有十分优异的低温回弹性；硅橡胶的表面能较低，具备低吸湿性(长期浸于水中吸水率仅1％)，可起到隔水作用；此外，硅橡胶具有一定的隔热性能(导热系数较小，约为0.25w/(m
·
k))，能在一定程度上起到减少桥台对台背填料的热量输入。
40.如图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12所示，排水结构包括竖向排水管9、横向排水管10以及设在每块协调组装板上的排水槽3023，每块协调组装板上的排水槽均与竖向排水管相连通，竖向排水管的下端与横向排水管相连通；缓冲结构的上方设有路基渗水层4、路基导水层5、台顶渗水层6以及台顶导水层7，路基渗水层设在路基导水层的上方，台顶渗水层设在台顶导水层的上方，所述路基导水层和台顶导水层的对接处对应排水槽设置；竖向排水管的下端与横向排水管之间通过竖向-横向排水管接口相连，竖向排水管的下端与横向排水管连接处外设有排水管防水层11，并在排水管防水层11的下方设有路基防水垫层；路基渗水层台4和台顶渗水层6均在路基宽度方向两侧薄且中部厚，而路基导水层5和台顶导水层7均在路基宽度方向上两侧厚且中部薄，导水层上表面中部向排水槽倾斜设置；从而形成渗-排-防水整体系统结构。
41.优选具体实例为，渗-排-防水整体系统结构为分块连接式结构，具有良好的渗-排-防水功能，可将路基内和桥台台顶面上水分集中汇入并定向排出，还可阻止地下水向上渗入路基土，从而通过降低台背路基填料的含水量以缓冲路基纵向冻胀变形。渗-排-防水结构包括多个路基渗水层、多个路基导水层、台顶渗水层、台顶导水层、多个缓冲板导水层、多个竖向排水管、横向排水管、多个竖向排水管接口、多个缓冲板导水层-竖向排水管接口、两个竖向-横向排水管接口、横向排水管防水层及路基防水垫层。
42.路基渗水层和台顶渗水层均可采用具有良好透水性性土工合成材料，以达到渗水目的，本实施例中优选为热熔性聚烃类(如聚丙烯)制成得到连续长纤维多孔新型土工合成材料，这种材料是丝条在空间融接形成的空间网状结构，表面开孔率大于75％，内部空隙率大于90％，渗水性极强；丝条节点相互支持，具有很高的抗压强度；具有良好的柔韧性，可适
应土体的变形；具有优异的耐久性，耐低温(正常工作温度达-45℃)、耐腐蚀。
43.渗水结构中的路基导水层、台顶导水层、缓冲板导水层、横向排水管防水层及路基防水垫层均可选用各种具有良好防渗和防水性的土工合成材料，以达到防渗、排水和防水的目的，本实例建议可根据实际情况选用铁路工程中广泛应用的防水板(eva/ecb)、土工膜(ldpe/hdpe)或防水卷材，以上材料不仅都具有良好的防渗和防水效果，还均具有较佳耐寒性和耐久性。
44.竖向排水管和横向排水管在本实施例中优选为pe排水管，pe管材为热塑性聚乙烯管，具有良好的耐久性和柔韧性，此外，pe管具有十分突出的耐低温性能(低温脆化点低至-70℃)，显著优于其他管材。
45.如图9所示，路基渗水层下表面与路基导水层上表面连接，路基渗水层在路基宽度方向(横截面方向)两侧薄且中部厚，而路基导水层在路基宽度方向上两侧厚且中部薄，这种设置方式可将路基内的水分集中定向汇入到路基导水层上表面中部。类似的，台顶渗水层下表面和台顶导水层上表面连接，台顶渗水层在路基宽度方向两侧薄且中部厚，而台顶导水层路基宽度方向上两侧厚且中部薄，以将台顶上的水分集中定向汇入到路基导水层上表面中部。
46.如图4、图7、图8及图10所示，路基渗水层和路基导水层左端均与路基纵向变形协调板的排水槽连接，并按照一定的排水坡度布置于路基内，可将路基中的水分由路基导水层上表面中部定向汇入到路基导水层上表面左端。
47.类似的，台顶渗水层和台顶导水层右端均与路基纵向变形协调板的排水槽连接，并按照一定的排水坡度布置于桥台台顶上，可将台顶以上的渗水由台顶导水层上表面中部定向汇入到台顶导水层上表面右端。
48.如图8和图10所示，路基导水层左端在排水槽3023内紧贴右侧槽内壁和槽底一直延伸到左侧槽内壁，其上还凹型布设了缓冲板导水层8。路基渗水层从路基内延伸至排水槽上方，路基内的水由此集中汇入排水槽内；台顶渗水层和台顶导水层均从台顶延伸至排水槽上方，并台顶以上的渗水由此集中汇入排水槽内。
49.如图2、图3、图5、图6和图11所示，竖向排水管9包括两根竖向排水底管、多根竖向排水中间管和两根竖向排水顶管。每一块路基纵向变形协调板(底板、中间板和顶板板)的左右两侧均分别对应安装了竖向排水管(竖向排水底管、竖向排水中间管和竖向排水顶管)，每一层竖向排水管的高度与其对应的路基纵向变形协调板的高度一致，且竖向排水底管底面与底板底面平齐，竖向排水顶管顶面与顶板顶面平齐，各层竖向排水管通过对应的竖向排水管接口连接，且连接后内部上下贯通。此外，竖向排水顶管上端做封口处理，竖向排水底管下端通过竖向-横向排水管接口与横向排水管连接。需要说明：竖向排水管接口实际上为各层竖向排水管接口的连接措施，竖向-横向排水管接口实际上为竖向排水底管与横向排水管的连接措施，都可根据管道直径和实际工作环境条件等因素选择合适的连接方式(例如热熔连接或电熔连接)。
50.如图2和12所示，每一块路基纵向变形协调板的排水槽左右两侧均通过缓冲板导水层-竖向排水管接口与竖向排水管连接，需要说明，缓冲板导水层-竖向排水管接口实际上为路基纵向变形协调板的排水槽与竖向排水管的连接方式，本实用新型优选为先将一小段pe排水管埋设到排水槽两端端口，再根据管道直径和实际工作环境条件等因素选择合适
的连接方式(例如热熔连接或电熔连接)。各个缓冲板导水层-竖向排水管接口与其对应的排水槽之间应进行防水隔水处理，保证接触紧密。由于缓冲板导水层呈凹型布设，可实现将排水槽的水经缓冲板导水层-竖向排水管接口定向汇入对应的竖向排水管内。
51.如图2、图3、图4和图11所示，优选的防水结构为：通过竖向-横向排水管接口与横向排水管连接后，竖向排水管内的水可经由横向排水管从路基两侧定向排出；由于横向排水管的排水量大，且为避免该部分在长期服役下因竖向-横向排水管接口劣化失效而导致的渗水漏水问题，因此在底板和横向排水管防水层下方设置了一层横向排水管防水层，并横向排水管防水层反包至竖向-横向排水管接口上方。此外，在横向排水管防水层下方还增设了一层路基防水垫层，该路基防水垫层左端紧贴保温板，右端延伸至路基内部，具体的延伸长度应根据过渡段所在地区的多年气候(主要)和水文地质等条件并结合工程实际需求综合确定。设置了路基防水垫层，阻止了在毛细作用和列车振动活塞效应引起的路基下方水分向上迁移和聚集。
52.本实用新型适于寒区铁路路桥过渡段台背缓冲结构的施工方法，包括以下步骤：
53.步骤1：安装桥台
→
紧贴桥台台背安装保温板
→
铺设路基防水垫层
→
在路基防水垫层上铺设横向排水管防水层；
54.步骤2：紧贴保温板安装路基纵向变形协调板的底板
→
在横向排水管防水层上安装横向排水管
→
在底板两侧分别安装竖向排水底管，并将竖向排水底管通过竖向-横向排水管接口与横向排水管连接
→
横向排水管防水层向上反包
→
在底板高度范围内由下至上完成路基填料的分层压实
→
按顺序依次铺设路基导水层、缓冲板导水层和路基渗水层；
55.步骤3：紧贴保温板安装路基纵向变形协调板的第一块中间板
→
在第一块中间板两侧分别安装竖向排水中间管，并将竖向排水中间管通过竖向排水管接口与其下方的竖向排水底管连接
→
在第一块中间板高度范围内由下至上完成路基填料的分层压实
→
按顺序依次铺设路基导水层、缓冲板导水层和路基渗水层
→
将竖向排水中间管通过缓冲板导水层-竖向排水管接口与其侧向对应的排水槽连接；
56.步骤4：同理，重复步骤3，依次完成第二块至最后一块中间板的安装、第二块至最后一块中间板高度范围内的对应的竖向排水中间管安装与竖向连接、路基土的分层压实、路基导水层、缓冲板导水层和路基渗水层的铺设、以及竖向排水中间管的侧向连接；
57.步骤5：紧贴保温板安装路基纵向变形协调板的顶板
→
在顶板两侧分别安装竖向排水顶管，并将竖向排水顶管通过竖向排水管接口与其下方的竖向排水中间管连接
→
在顶板高度范围内由下至上完成路基填料的分层压实
→
按顺序依次铺设路基导水层、缓冲板导水层和路基渗水层
→
将竖向排水顶管通过缓冲板导水层-竖向排水管接口与其侧向对应的排水槽连接
→
按顺序依次铺设台顶导水层和台顶渗水层。
58.上述仅为对本实用新型较佳的实施例说明，上述技术特征可以任意组合形成多个本实用新型的实施例方案。
59.上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。