一种防止铁路路基翻浆冒泥的结构及其铺设方法
【专利摘要】本发明公开了一种防止铁路路基翻浆冒泥的结构以及该结构的铺设方法。所述结构位于铁路路基和道砟之间，所述结构包含第一防护层和第二防护层。该结构的铺设方法包括以下步骤：1)在铁路路基表面铺设平均粒径为0.05?5mm的砂料以形成厚度为4?6cm的砂垫层；2)将平均粒径为5?7mm的碎石铺设于砂垫层的表面，碎石的铺设厚度为3?6cm；3)将高分子防水涂料填充于碎石间隙中，高分子防水涂料凝固后即得第一防护层；4)将聚脲防水涂料喷涂到第一防护层的表面并固化形成厚度为2?4mm的第二防护层。下渗至第二防护层的水通过第一防护层的排水坡排出，上冒的泥浆被第一防护层隔离，第二防护层形成第二重防护，有效防止泥浆向道砟或通过道砟向外翻冒挤出。
【专利说明】
一种防止铁路路基翻浆冒泥的结构及其铺设方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种防止铁路路基翻浆冒泥的结构以及该结构的铺设方法。
【背景技术】
[0002 ]铁路路基的翻楽冒泥病害是我国既有铁路最常见的路基病害之一。传统既有线铁路建设施工时，由于设计标准低，再加上对路基结构功能认识不足、工期紧等原因，基床填料的材质(粘粒含量、透水性、亲水性等)、压实质量往往不能满足设计要求，运营多年以后，线路频繁出现道砟陷入基床、路基横向排水坡度破坏、道砟基床结构层混乱等病害现象，严重影响基床结构的排水功能，导致地表降水下渗至基床表层，不能及时排出。在列车动荷载的反复作用下，基床出现软化、泥化现象，泥浆向道砟或通过道砟向外翻冒挤出，进一步导致路基顶面横行排水不畅，使得基床、道砟板结，线路几何尺寸变化大，严重影响铁路运输安全。
[0003]从翻浆冒泥病害产生的原因可知，铁路路基翻浆冒泥病害的整治应从路基的填料、路基的排水处理、减少列车荷载在路基中产生的动应力三个方面着手;与之相应的整治措施有铺设砂垫层、换填土砂、土工合成材料、长纤维聚酯土工布、半刚性和全刚性封闭层等。然而既有线天窗时间只有2小时左右，不允许进行基床填料换填。目前普遍采用的整治工艺为排水砂垫层加防水土工布，该方法工艺简单，能够起到防水和排水作用，但存在土工布易破裂、不能改善基床强度、刚度、不能减少列车荷载在路基中产生的动应力等问题，因此，用于铁路路基翻浆冒泥整治，耐久性较差。
【发明内容】
[0004]本申请所要解决的技术问题是提供一种新型的结构，该结构不仅具有排水和防水功能，且能够减少列车荷载在路基中产生的动应力，耐久性较好，从而有效防止铁路路基翻浆冒泥，延长铁路路基病害的维修周期，使铁路路基的使用寿命显著增加。本申请还要提供该结构的铺设方法。
[0005]本申请解决上述技术问题所采用的技术方案是一种防止铁路路基翻浆冒泥的结构，所述结构位于铁路路基和道砟之间，道砟上铺设有轨枕和钢轨，所述结构包含第一防护层和第二防护层，所述第一防护层由铺设于铁路路基表面的碎石和填充于碎石间隙中的高分子防水涂料组成;传统的防水土工布需要提前制作好，然后运输到所需路段，并且通常较薄、力学性能较差，易因被道砟刺破而失去防水能力，导致泥浆上冒。采用本申请的第一防护层，不仅便于运输，而且可以根据需要在施工路段现场铺设。第一防护层的厚度为3-6cm，其上表面与轨枕底部之间的距离为25-35cm，正线上的横向宽度为4-6m;碎石的平均粒径为5-7mm。均匀分布且由高分子防水涂料固定的碎石，不仅使第一防护层具有良好的防水性能，而且具有远高于传统土工布的强度和刚度，整体力学性能更为突出。
[0006]由于第一防护层的骨架由碎石堆积而成，虽然在很大程度上降低了列车荷载在路基中产生的动应力，但是第一防护层的柔性较差，在快速施工操作或局部承受较大列车冲击荷载作用时，可能会使碎石剥落和产生裂缝，同时，碎石间隙的分布不均匀可能导致局部碎石间隙难以被高分子防水涂料填充，从而影响防水性能。为了解决上述问题，在第一防护层和道砟之间增设第二防护层，所述第二防护层为聚脲弹性层，该结构层与第一防护层的粘结性较好。第二防护层可以从以下四方面保护第一防护层，进一步延长铁路路基病害的维修周期，增加铁路路基的使用寿命:1)聚脲弹性层的柔性好，可以缓冲掉部分第一防护层所承受的应力，延长第一防护层的使用寿命;2)聚脲弹性层的耐磨性好，可以防止道砟在列车荷载作用下的刺入第一防护层;3)聚脲弹性层具有光滑、无接缝、致密分布的表面，可以弥补第一防护层产生的裂缝，保证更有效的防水和防止翻浆冒泥性能;4)聚脲弹性层具有快速固化的特性，能够为道砟回填等后续工序提供更多时间，从而保证施工过程在天窗时间内完成并投入运营。第一防护层横向具有3-6%的单面或者双面排水坡，下渗至第二防护层的水通过横向排水坡排出。
[0007]进一步，所述防止铁路路基翻浆冒泥的结构还包括设置于铁路路基和第一防护层之间的砂垫层，所述砂垫层的厚度为4-6cm，由平均粒径为0.05-5mm的砂料组成，砂垫层应铺设均匀、密实和平整。砂垫层不仅可以对第一防护层起到支撑作用，而且具有一定的排水功能。
[0008]进一步，所述第二防护层由聚脲防水涂料固化而成，其厚度为2_4mm。聚脲防水涂料由M、N两种组分构成，其中，M组分为由端羟基化合物或端氨基化合物与异氰酸酯反应制得的半预聚物或预聚物，N组分由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成。喷涂时，将M、N组分在喷涂设备的喷枪内混合后喷出，快速反应固化生成第二防护层，因此可以现场喷涂施工，简单快捷。为了使第一防护层表面的任何区域都能得到第二防护层的保护，且从第二防护层缓冲效果和成本上综合考虑，设定第二防护层的厚度为2_4mm。
[0009]进一步，所述高分子防水涂料为聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料、聚合物水泥涂料、有机硅防水涂料中的任意一种。防水涂料的传统使用方式是通过喷涂方式形成防水薄膜，难以形成较厚的第一防护层。本申请中，防水涂料填充碎石间的空隙，一来节约了高分子防水涂料的用量，二来增加第一防护层的厚度，有更好的防水效果和力学性能;高分子防水涂料填充碎石间隙后，经过化学反应膨胀，与碎石无缝连接，形成综合力学性能较优的复合结构。
[0010]上述防止铁路路基翻浆冒泥的结构的铺设方法包括以下步骤:1)在铁路路基表面铺设平均粒径为0.05-5mm的砂料以形成厚度为4-6cm的砂垫层;2)将平均粒径为5_7mm的碎石铺设于砂垫层的表面，碎石的铺设厚度为3-6cm;3)将高分子防水涂料填充于碎石间隙中，高分子防水涂料凝固后即得到第一防护层;4)将聚脲防水涂料喷涂到第一防护层的表面并固化形成厚度为2_4mm的第二防护层。优选地，在第一防护层中的高分子防水涂料初凝之时，即喷涂聚脲防水涂料，其中，初凝是指高分子防水涂料开始失去塑性的时间。采用本申请的铺设方法，可以根据特定需求现场铺设不同厚度的第一防护层和第二防护层，铺设方法简单快捷。对于既有线铁路的整治，在铺设上述防止铁路路基翻浆冒泥的结构之前，需要挖除翻浆、清筛道床，所铺设的第一防护层的上表面距轨枕底部25-35cm。
[0011]将高分子防水涂料填充于碎石间隙中的填充方式为浇注或喷涂。进一步，以喷涂的方式，将所述高分子防水涂料分至少2次填充于碎石间隙，相邻两次喷涂的方向不相平行。优选地，所述相邻两次，其中一次的喷涂方向垂直于线路纵向，其中一次的喷涂方向平行于线路纵向。采用上述填充方式不仅可以节约凝固时间，保证内部的高分子防水涂料得到充分的凝固，而且可以使高分子防水涂料均匀地分布于碎石空隙中。但是，无论选择何种填充方式，需要在铁路天窗时间内完成防止铁路路基翻浆冒泥的结构的铺设。当所需铺设所述结构的正线路段较长，需要经过分段施工时，前后施工段连接处的第一防护层和第二防护层需要进行搭接，以防止水从连接处往下渗透或泥浆从缝隙处上冒，所述搭接宽度为30_50cm。
【附图说明】
[0012]图1为实施例1中防止铁路路基翻楽冒泥的结构的不意图。
[0013]图2为实施例2中防止铁路路基翻楽冒泥的结构的不意图。
[0014]图3为实施例3-6中防止铁路路基翻浆冒泥的结构的示意图。
【具体实施方式】
[0015]实施例1
[0016]如图1所示，防止铁路路基翻浆冒泥的结构为设置在铁路路基I表面和道砟6之间的第一防护层3，道砟6上铺设有轨枕7和钢轨8，第一防护层3由堆积于铁路路基I表面的碎石以及填充于碎石间隙中的聚氨酯防水涂料组成，第一防护层3具有5%的双面排水坡5，下渗至第一防护层3的水被第一防护层3隔离，然后通过排水坡5排出。同时，上冒的泥浆被第一防护层3隔离，防止泥浆向道砟6或通过道砟6向外翻冒挤出。
[0017]防止铁路路基翻浆冒泥的结构的铺设方法如下:将平均粒径为6mm的碎石铺设于铁路路基I表面，铺设厚度为5cm，正线上的横向宽度B为5m，其上表面与轨枕7底部之间的距离A为30cm;首先沿着垂直于线路纵向的方向将聚氨酯防水涂料喷入碎石间隙中，然后沿着平行于线路纵向的方向将聚氨酯防水涂料喷入碎石间隙中，使聚氨酯防水涂料填充所有碎石孔隙，待碎石间隙中的聚氨酯防水涂料凝固后，即得到第一防护层3。前后施工段的第一防护层3的连接处需要进行搭接，相邻第一防护层3的搭接宽度为35cm。
[0018]实施例2
[0019]如图2所示，防止铁路路基翻浆冒泥的结构包含依次设置在铁路路基I表面的第一防护层3和第二防护层4，道砟6上铺设有轨枕7和钢轨8。其中，第一防护层3由堆积于铁路路基I的表面的碎石以及填充于碎石间隙中的聚氨酯防水涂料组成，第一防护层3具有5%的双面排水坡5。第二防护层4由双组份的聚脲防水涂料固化而成。下渗至第二防护层4的水被第二防护层4隔离，然后通过第一防护层3的排水坡5将水排出。同时，上冒的泥浆被第一防护层3隔离，第二防护层4形成第二重防护，有效防止泥浆向道砟6或通过道砟6向外翻冒挤出。
[0020]防止铁路路基翻浆冒泥的结构的铺设方法如下:将平均粒径为6mm的碎石铺设于铁路路基I的表面，铺设厚度为5cm，正线上的横向宽度B为5m，其上表面与轨枕7底部之间的距离A为30cm;首先沿着垂直于线路纵向的方向将聚氨酯防水涂料喷入碎石间隙中，然后沿着平行于线路纵向的方向将聚氨酯防水涂料喷入碎石间隙中，使聚氨酯防水涂料填充所有碎石孔隙，待碎石间隙中的聚氨酯防水涂料凝固后，即得到第一防护层3;待第一防护层3中的聚氨酯防水涂料初凝之后，将双组份的聚脲防水涂料喷涂到第一防护层3的表面，形成厚度为3mm的第二防护层4。前后施工段的第一防护层3和第二防护层4的连接处需要进行搭接，相邻第一防护层3和相邻第二防护层4的搭接宽度均为35cm。
[0021]实施例1与实施例2的区别在于实施例2中的第一防护层3和道砟6之间还设置有第二防护层4，使得实施例2中的防止铁路路基翻浆冒泥的结构具有更好地防护性能，同时，第二防护层4的高弹性可以缓冲掉部分第一防护层3所承受的应力，有效防止铁路路基翻浆冒泥，延长铁路路基I和第一防护层3的使用寿命;虽然增设了第二防护层4，但是铺设时间反而缩短，这是因为第二防护层4具有快速固化的特性，可以在第一防护层3中的聚氨酯防水涂料初凝后即可喷涂，能够为道砟6回填等后续工序提供更多时间，从而进一步保证施工过程在铁路天窗时间内完成并可立即投入运营。
[0022]实施例3-6的防止铁路路基翻浆冒泥的结构如图3所示，包含依次设置在铁路路基I和道砟6之间的砂垫层2、第一防护层3和第二防护层4，道砟6上铺设有轨枕7和钢轨8。其中，第一防护层3由堆积于砂垫层2的表面的碎石以及填充于碎石间隙中的高分子防水涂料组成，第一防护层3具有5%的双面排水坡5。第二防护层4由双组份的聚脲防水涂料固化而成。下渗至第二防护层4的水被第二防护层4隔离，然后通过第一防护层3的排水坡5将水排出。同时，上冒的泥浆被第一防护层3隔离，第二防护层4形成第二重防护，有效防止泥浆向道砟6或通过道砟6向外翻冒挤出。下面分别描述实施例3-6所述的防止铁路路基翻浆冒泥的结构的铺设方法。
[0023]实施例3
[0024]防止铁路路基翻浆冒泥的结构的铺设方法如下:首先铺设均匀、密实且平整的砂垫层2，砂垫层2中砂料的平均粒径为3mm，砂垫层2的铺设厚度为5cm。然后将平均粒径为6_的碎石铺设于上述砂垫层2的表面，铺设厚度为5cm，正线上的横向宽度B为5m，其上表面与轨枕7底部之间的距离A为30cm;首先沿着垂直于线路纵向的方向将聚氨酯防水涂料喷入碎石间隙中，然后沿着平行于线路纵向的方向将聚氨酯防水涂料喷入碎石间隙中，使聚氨酯防水涂料填充所有碎石孔隙，待碎石间隙中的聚氨酯防水涂料凝固后，即得到第一防护层3;待第一防护层3中的聚氨酯防水涂料初凝之后，即将双组份的聚脲防水涂料喷涂到第一防护层3的表面以形成厚度为2mm的第二防护层4。前后施工段的第一防护层3和第二防护层4的连接处需要进行搭接，相邻第一防护层3和相邻第二防护层4的搭接宽度均为35cm。
[0025]实施例3与实施例2的区别在于实施例3的铁路路基I和第一防护层3之间还设有砂垫层2，砂垫层2不仅可以对第一防护层3起到支撑作用，而且具有一定的排水功能，可以进一步延长铁路路基的使用寿命。
[0026]实施例4
[0027]防止铁路路基翻浆冒泥的结构的铺设方法如下:首先铺设均匀、密实且平整的砂垫层2，砂垫层2中砂料的平均粒径为3mm，砂垫层2的铺设厚度为5cm。然后将平均粒径为6_的碎石铺设于上述砂垫层2的表面，铺设厚度为6cm，正线上的横向宽度B为4m，其上表面与轨枕7底部之间的距离A为30cm;首先沿着垂直于线路纵向的方向将聚氨酯防水涂料喷入碎石间隙中，然后沿着平行于线路纵向的方向将聚氨酯防水涂料喷入碎石间隙中，使聚氨酯防水涂料填充所有碎石孔隙，待碎石间隙中的聚氨酯防水涂料凝固后，即得到第一防护层3;待第一防护层3中的聚氨酯防水涂料初凝之后，即将双组份的聚脲防水涂料喷涂到第一防护层3的表面以形成厚度为3mm的第二防护层4。前后施工段的第一防护层3和第二防护层4的连接处需要进行搭接，相邻第一防护层3和相邻第二防护层4的搭接宽度均为35cm。
[0028]实施例5
[0029]防止铁路路基翻浆冒泥的结构的铺设方法如下:首先铺设均匀、密实且平整的砂垫层2，砂垫层2中砂料的平均粒径为3mm，砂垫层2的铺设厚度为5cm。然后将平均粒径为6_的碎石铺设于上述砂垫层2的表面，铺设厚度为3cm，正线上的横向宽度B为6m，其上表面与轨枕7底部之间的距离A为30cm;首先沿着垂直于线路纵向的方向将聚氨酯防水涂料喷入碎石间隙中，然后沿着平行于线路纵向的方向将聚氨酯防水涂料喷入碎石间隙中，使聚氨酯防水涂料填充所有碎石孔隙，待碎石间隙中的聚氨酯防水涂料凝固后，即得到第一防护层3;待第一防护层3中的聚氨酯防水涂料初凝之后，即将双组份的聚脲防水涂料喷涂到第一防护层3的表面以形成厚度为4mm的第二防护层4。前后施工段的第一防护层3和第二防护层4的连接处需要进行搭接，相邻第一防护层3和相邻第二防护层4的搭接宽度均为35cm。
[0030]实施例6
[0031]防止铁路路基翻浆冒泥的结构的铺设方法如下:首先铺设均匀、密实且平整的砂垫层2，砂垫层2中砂料的平均粒径为3mm，砂垫层2的铺设厚度为5cm。然后将平均粒径为6_的碎石铺设于上述砂垫层2的表面，铺设厚度为5cm，正线上的横向宽度B为5m，其上表面与轨枕7底部的距离A为30cm;首先沿着垂直于线路纵向的方向将丙烯酸酯防水涂料喷入碎石间隙中，然后沿着平行于线路纵向的方向将丙烯酸酯防水涂料喷入碎石间隙中，使丙烯酸酯防水涂料填充所有碎石孔隙，待碎石间隙中的丙烯酸酯防水涂料凝固后，即得到第一防护层3;待第一防护层3中的丙烯酸酯防水涂料初凝之后，即将双组份的聚脲防水涂料喷涂到第一防护层3的表面以形成厚度为3mm的第二防护层4。前后施工段的第一防护层3和第二防护层4的连接处需要进行搭接，相邻第一防护层3和相邻第二防护层4的搭接宽度均为35cm0
[0032]以上防止铁路路基翻浆冒泥的结构可以现场铺设，铺设方法简单快捷，并且可以在既有线铁路施工天窗点内对出现病害的铁路进行修复并可立即投入使用，不会影响铁路的正常运营。对于既有线铁路病害的整治，在铺设上述防止铁路路基翻浆冒泥的结构之前，需要挖除翻浆、清筛道床。在所铺设的第一防护层或第二防护层的上表面回填道砟，振捣密实，即可投入运营。当然，除了作为既有铁路路基的防止翻浆冒泥的结构，采用本申请的结构以及铺设方法，还可以将该结构应用于其他要求路基兼具防水和防止翻浆冒泥的领域，具有很好的应用前景。
[0033]本申请的第一防护层3具有以下优点:I)第一防护层3的厚度为3-6cm，即使是具有锐利棱角的道砟6也难以刺穿，使用寿命长;3)第一防护层3由平均粒径为5-7mm的碎石堆积而成，具有优异的强度和刚度，同时，碎石间隙中填充高分子防水涂料，可以起到防水和防止翻浆冒泥作用。在铁路路基I和第一防护层3之间增设的砂垫层2不仅具有一定的排水作用，还可以支撑保护第一防护层3。
[0034]在第一防护层3和道砟6之间增设的第二防护层4可以从以下四方面保护第一防护层3和铁路路基1:1)第二防护层4的高弹性可以缓冲掉部分第一防护层3所承受的应力，延长第一防护层3和铁路路基I的使用寿命;2)第二防护层4的耐磨性好，可以防止道砟6在列车荷载作用下的刺入第一防护层3;3)第二防护层4具有光滑、无接缝、致密分布的表面，可以弥补第一防护层3产生的裂缝，保证百分之百的防水和防止翻浆冒泥的功效;4)组成第二防护层4的聚脲防水涂料具有快速固化的特性，能够为道砟6回填等后续工序提供更多时间，从而保证施工过程在铁路天窗时间内完成并可立即投入运营。因此，本申请的结构完全可以取代传统的防水土工布，能够在很大程度上延长铁路路基病害的维修周期，使铁路路基的使用寿命显著增加。
【主权项】
1.防止铁路路基翻浆冒泥的结构，所述结构位于铁路路基(I)和道砟(6)之间，道砟(6)上铺设有轨枕(7)和钢轨(8)，其特征在于:所述结构包含第一防护层(3)和第二防护层(4)，第一防护层(3)位于铁路路基(I)的表面，由堆积于铁路路基(I)表面的碎石和填充于碎石间隙中的高分子防水涂料组成;第二防护层(4)为聚脲弹性层，位于第一防护层(3)和道砟(6)之间。2.如权利要求1所述的防止铁路路基翻浆冒泥的结构，其特征在于:所述结构还包括设置于铁路路基(I)和第一防护层(3)之间的砂垫层(2)，所述砂垫层(2)由平均粒径为0.05-5mm的砂料堆积组成，砂垫层(2)的厚度为4-6cm。3.如权利要求1或2所述的防止铁路路基翻浆冒泥的结构，其特征在于:所述第一防护层(3)的厚度为3-6cm，其上表面与轨枕(7)底部之间的距离为25-35cm，正线上的横向宽度为4-6m;第一防护层(3)中碎石的平均粒径为5-7_。4.如权利要求1所述的防止铁路路基翻浆冒泥的结构，其特征在于:所述第二防护层(4)由聚脲防水涂料固化而成，其厚度为2-4_。5.如权利要求3所述的防止铁路路基翻浆冒泥的结构，其特征在于:所述第一防护层(3)横向具有3-6%的单面或者双面排水坡(5)。6.如权利要求1所述的防止铁路路基翻浆冒泥的结构，其特征在于:所述高分子防水涂料为聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料、聚合物水泥涂料、有机硅防水涂料中的任意一种。7.防止铁路路基翻浆冒泥的结构的铺设方法，包括以下步骤:I)在铁路路基(I)的表面铺设平均粒径为0.05-5_的砂料并堆积形成厚度为4-6cm的砂垫层(2);2)将平均粒径为5-7mm的碎石铺设于砂垫层(2)的表面，铺设厚度为3_6cm ； 3)将高分子防水涂料填充于碎石间隙中，高分子防水涂料固化后即得到第一防护层(3) ;4)将聚脲防水涂料喷涂到第一防护层(3)的表面并固化形成厚度为2-4_的第二防护层(4)。8.如权利要求7所述的防止铁路路基翻浆冒泥的结构的铺设方法，其特征在于:以喷涂的方式，将所述高分子防水涂料分至少2次填充于碎石间隙，相邻两次喷涂的方向不相平行。9.如权利要求8所述的防止铁路路基翻浆冒泥的结构的铺设方法，其特征在于:所述相邻两次喷涂，其中一次的喷涂方向垂直于线路纵向，其中一次的喷涂方向平行于线路纵向。10.如权利要求7所述的防止铁路路基翻浆冒泥的结构的铺设方法，其特征在于:前后施工段的第一防护层(3)的搭接宽度为30-50cm;前后施工段的第二防护层(4)的搭接宽度为30_50cm。
【文档编号】E01B1/00GK105839476SQ201610349156
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】苏谦, 刘亭, 王迅, 王武斌, 黄俊杰
【申请人】固远晨通科技发展有限公司