本发明涉及路基工程技术领域，特别是一种高原湿地区铁路路堤结构及其施工方法。
背景技术：
我国西部疆域辽阔，随着我国高速铁路的快速发展，铁路网的逐渐扩大，在川西、西藏等高原环境下修建高等级铁路已经成为现实，在高原面上存在大面积的高原湿地区域，高原湿地水系发育，地下水和地表水特别丰富，当铁路以路堤形式通过时，须解决地表水和地下水对路基的影响，同时，高原昼夜温差大，反复的冻融作用下，水以及地基土的冻胀将会对路基变形产生很大影响，甚至会出现破坏性影响，常规的路基构造不能满足以上要求。
技术实现要素：
本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种高原湿地区铁路路堤结构及其施工方法，解决地表水和地下水对路基的影响，同时减少水以及地基土的冻胀对路基变形产生的影响。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高原湿地区铁路路堤结构，包括防水基床上表层、抗冻胀基床下表层、微冻胀基床底层、基床隔水层、弱冻胀本体层、基底隔水层、过水层和基底换填层，所述防水基床上表层设置在路基面以下，所述防水基床上表层的下方依次设置所述抗冻胀基床下表层、所述微冻胀基床底层、所述基床隔水层、所述弱冻胀本体层、所述基底隔水层、所述过水层和所述基底换填层，所述基底换填层的厚度大于或等于地区最大冻结深度，且所述防水基床上表层、所述抗冻胀基床下表层和所述微冻胀基床底层的厚度之和大于或等于地区最大冻结深度，所述过水层的填筑高度大于或等于地区最大地表积水深度。
所述防水基床上表层和所述抗冻胀基床下表层组成基床表层，防水基床上表层和抗冻胀基床下表层的厚度之和不小于规范要求的基床表层厚度，直接承担上部结构的荷载，同时兼具封闭隔水功能，防止路基面的水下渗至下部路基基床底层，且所述防水基床上表层、所述抗冻胀基床下表层和所述微冻胀基床底层的厚度之和大于或等于地区最大冻结深度，在地区最大冻结深度范围内采用微冻胀及抗冻胀填料填筑，可有效防止基床部分发生冻胀。再在基床和基底分别设置隔水层，分别防止地表水和地下水的入渗，防止基床以下部分路基发生冻胀现象。然后采用弱冻胀填料置换路基基底，且换填厚度大于或等于地区最大冻结深度，可有效减少路基基底发生冻胀。最后再通过设置过水层，过水层的填筑高度大于或等于地区最大地表积水深度，可让地表水在路基内部自由通过，降低地表水升高对路基的影响，同时也降低铁路对周边湿地环境的影响。
本发明解决了在高原湿地修建铁路时所面临的路基防水、防冻及环境保护问题，具有结构新颖、安全可靠、施工方便、节约投资等特点，应用前景广泛。
作为本发明的优选方案，所述防水基床上表层采用沥青混凝土填筑，其厚度一般为5～10cm；所述抗冻胀基床下表层采用级配碎石填筑，其厚度一般为30～55cm，粒径级配应满足《铁路路基设计规范》tb10001-2016的要求，且0.1mm方孔筛过筛质量百分率小于5％；所述微冻胀基床底层采用微冻胀的a、b组填料填筑，且压实后的渗透系数不小于5×10-5m/s；所述弱冻胀本体层采用弱冻胀的c组填料填筑，且压实后的渗透系数不小于1×10-5m/s。
作为本发明的优选方案，所述基床隔水层和基底隔水层均包括两层中粗砂(例如5cm厚)，在两层所述中粗砂之间设置有复合土工膜，所述复合土工膜采用聚酯长丝土工布和土工膜复合制作而成，所述基床隔水层和基底隔水层的厚度大于或等于10cm。
作为本发明的优选方案，所述过水层采用过水材料填筑，所述过水材料包括砾石、碎石。
作为本发明的优选方案，还包括保温护道，所述保温护道设置在边坡坡脚外侧。防止冬季以及夜间地温时段过水层中的水分结冰，防止坡脚受冻胀影响发生破坏，影响过水能力和路基安全。
作为本发明的优选方案，还包括排水沟，所述排水沟位于所述保温护道外侧，所述排水沟可选用钢筋混凝土结构，所述排水沟用于排出积水。
作为本发明的优选方案，所述保温护道采用浆砌片石或者保温材料填筑，所述保温护道的顶面高程至少大于所述过水层的顶面高程0.5m，所述保温护道的宽度为2-4m。
作为本发明的优选方案，还包括生态护坡，所述生态护坡设置在边坡坡面，所述生态护坡可选用柔性生态护坡。所述生态护坡可防止坡面受雨水冲刷，保证路基边坡浅层稳定。
本发明还公开了一种高原湿地区铁路路堤结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：挖除基底一定深度范围内的冻胀土，挖除深度大于或等于地区最大冻结深度，在挖除区域内施工所述基底换填层；
步骤二：填筑所述过水层，所述过水层的填筑高度大于或等于地区最大地表积水深度；
步骤三：在所述过水层的顶面施工所述基底隔水层；
步骤四：填筑所述弱冻胀本体层，所述弱冻胀本体层经检测合格后，施工所述基床隔水层；
步骤五：自下而上施工所述微冻胀基床底层、所述抗冻胀基床下表层及所述防水基床上表层，所述防水基床上表层、所述抗冻胀基床下表层和所述微冻胀基床底层的厚度之和大于或等于地区最大冻结深度。
本发明所述的施工方法，通过设置路堤结构各层的材料参数及尺寸控制，合理严格对路堤结构进行施工，且施工工序较为简单、方便，施工过程对周围环境的影响较小，可解决地表水和地下水对路基的影响，同时减少水以及地基土的冻胀对路基变形产生。
作为本发明的优选方案，在所述步骤五之后还包括步骤六：施工所述生态护坡、所述保温护道和所述排水沟。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明所述的路堤结构，所述防水基床上表层和所述抗冻胀基床下表层组成基床表层，直接承担上部结构的荷载，同时兼具封闭隔水功能，防止路基面的水下渗至下部路基基床底层，且所述防水基床上表层、所述抗冻胀基床下表层和所述微冻胀基床底层的厚度之和大于或等于地区最大冻结深度，在地区最大冻结深度范围内采用微冻胀及抗冻胀填料填筑，可有效防止基床部分发生冻胀。再在基床和基底分别设置隔水层，分别防止地表水和地下水的入渗，防止基床以下部分路基发生冻胀现象。然后采用弱冻胀填料置换路基基底，且换填厚度大于或等于地区最大冻结深度，可有效减少路基基底发生冻胀。最后再通过设置过水层，过水层的填筑高度大于或等于地区最大地表积水深度，可让地表水在路基内部自由通过，降低地表水升高对路基的影响，同时也降低铁路对周边湿地环境的影响，很好的解决了高原湿地区的地表水流通问题及环境保护问题。
本发明所述的施工方法，通过设置路堤结构各层的材料参数及尺寸控制，合理严格对路堤结构进行施工，且施工工序较为筒单、方便，施工过程对周围环境的影响较小，可解决地表水和地下水对路基的影响，同时减少水以及地基土的冻胀对路基变形产生。
本发明解决了在高原湿地修建铁路时所面临的路基防水、防冻及环境保护问题，具有结构新颖、安全可靠、施工方便、节约投资等特点，应用前景广泛。
附图说明
图1是本发明所述的一种高原湿地区铁路路堤结构的结构示意图。
图标：1-防水基床上表层，2-抗冻胀基床下表层，3-微冻胀基床底层，4-基床隔水层，5-弱冻胀本体层，6-基底隔水层，7-过水层，8-生态护坡，9-保温护道，10-基底换填层，11-排水沟，12-轨道结构。
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，一种高原湿地区铁路路堤结构，包括防水基床上表层1、抗冻胀基床下表层2、微冻胀基床底层3、基床隔水层4、弱冻胀本体层5、基底隔水层6、过水层7和基底换填层10，所述防水基床上表层1设置在路基面以下，所述防水基床上表层1的下方依次设置所述抗冻胀基床下表层2、所述微冻胀基床底层3、所述基床隔水层4、所述弱冻胀本体层5、所述基底隔水层6、所述过水层7和所述基底换填层10。
所述防水基床上表层1采用高性能沥青混凝土填筑，其厚度一般为5～10cm。所述抗冻胀基床下表层2采用级配碎石填筑，其厚度一般为30～55cm，粒径级配应满足《铁路路基设计规范》tb10001-2016的要求，且0.1mm方孔筛过筛质量百分率小于5％。防水基床上表层1和抗冻胀基床下表层2的厚度之和不小于规范要求的基床表层厚度。所述微冻胀基床底层3采用微冻胀的a、b组填料填筑，且压实后的渗透系数不小于5×10-5m/s。且所述防水基床上表层1、所述抗冻胀基床下表层2和所述微冻胀基床底层3的厚度之和大于或等于地区最大冻结深度hf。
所述弱冻胀本体层5采用弱冻胀c组填料进行填筑，且压实后的渗透系数不小于1×10-5m/s，在所述弱冻胀本体层5的上下方分别设有所述基床隔水层4和基底隔水层6，隔断地表水下渗和地下水上渗，减小弱冻胀本体层5冻胀。所述基床隔水层4和基底隔水层6均包括两层5cm厚中粗砂，在两层所述中粗砂之间设置有复合土工膜，所述复合土工膜采用聚酯长丝土工布和土工膜复合制作而成，所述基床隔水层4和基底隔水层6的厚度均大于或等于10cm。
所述过水层7采用过水材料填筑，所述过水材料包括砾石、碎石等，所述过水层7的填筑高度大于或等于地区最大地表积水深度hw。
所述基底换填层10采用弱冻胀填料填筑，位于路基基底，所述基底换填层10的厚度大于或等于地区最大冻结深度hf。
在边坡坡脚外侧还设置有保温护道9，所述保温护道9采用浆砌片石或者保温材料填筑，所述保温护道9的顶面高程至少大于所述过水层7的顶面高程0.5m，所述保温护道9的宽度为2-4m。在所述保温护道9外侧设有钢筋混凝土排水沟11，在边坡坡面设置有柔性生态护坡8。
实施例2
一种高原湿地区铁路路堤结构的施工方法，施工如实施例1所述的高原湿地区铁路路堤结构，包括以下步骤：
步骤一：挖除基底一定深度范围内的冻胀土，挖除深度大于或等于地区最大冻结深度hf，在挖除区域内施工所述基底换填层10；
步骤二：分层填筑所述过水层7，所述过水层7的填筑高度大于或等于地区最大地表积水深度hw；
步骤三：在所述过水层7的顶面施工所述基底隔水层6，所述基底隔水层6的厚度大于或等于10cm；
步骤四：填筑所述弱冻胀本体层5，所述弱冻胀本体层5经检测合格后，施工所述基床隔水层4，所述基床隔水层4的厚度大于或等于10cm；
步骤五：自下而上施工所述微冻胀基床底层3、所述抗冻胀基床下表层2及所述防水基床上表层1，所述防水基床上表层1、所述抗冻胀基床下表层2和所述微冻胀基床底层3的厚度之和大于或等于地区最大冻结深度hf；
步骤六：路基填筑完成后，施工所述生态护坡8、所述保温护道9和所述排水沟11，之后再施工上部的轨道结构12及附属设施。
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。
1.一种高原湿地区铁路路堤结构，其特征在于，包括防水基床上表层(1)、抗冻胀基床下表层(2)、微冻胀基床底层(3)、基床隔水层(4)、弱冻胀本体层(5)、基底隔水层(6)、过水层(7)和基底换填层(10)，所述防水基床上表层(1)设置在路基面以下，所述防水基床上表层(1)的下方依次设置所述抗冻胀基床下表层(2)、所述微冻胀基床底层(3)、所述基床隔水层(4)、所述弱冻胀本体层(5)、所述基底隔水层(6)、所述过水层(7)和所述基底换填层(10)，所述基底换填层(10)的厚度大于或等于地区最大冻结深度，且所述防水基床上表层(1)、所述抗冻胀基床下表层(2)和所述微冻胀基床底层(3)的厚度之和大于或等于地区最大冻结深度，所述过水层(7)的填筑高度大于或等于地区最大地表积水深度。
2.根据权利要求1所述的高原湿地区铁路路堤结构，其特征在于，所述防水基床上表层(1)采用沥青混凝土填筑，所述抗冻胀基床下表层(2)采用级配碎石填筑，所述微冻胀基床底层(3)采用微冻胀的a、b组填料填筑，所述弱冻胀本体层(5)采用弱冻胀的c组填料填筑。
3.根据权利要求1所述的高原湿地区铁路路堤结构，其特征在于，所述基床隔水层(4)和基底隔水层(6)均包括两层中粗砂，在两层所述中粗砂之间设置有复合土工膜，所述复合土工膜采用聚酯长丝土工布和土工膜复合制作而成，所述基床隔水层(4)和基底隔水层(6)的厚度大于或等于10cm。
4.根据权利要求1所述的高原湿地区铁路路堤结构，其特征在于，所述过水层(7)采用过水材料填筑，所述过水材料包括砾石、碎石。
5.根据权利要求1-4任一所述的高原湿地区铁路路堤结构，其特征在于，还包括保温护道(9)，所述保温护道(9)设置在边坡坡脚外侧。
6.根据权利要求5所述的高原湿地区铁路路堤结构，其特征在于，还包括排水沟(11)，所述排水沟(11)位于所述保温护道(9)外侧。
7.根据权利要求5所述的高原湿地区铁路路堤结构，其特征在于，所述保温护道(9)采用浆砌片石或者保温材料填筑，所述保温护道(9)的顶面高程至少大于所述过水层(7)的顶面高程0.5m，所述保温护道(9)的宽度为2-4m。
8.根据权利要求1-4任一所述的高原湿地区铁路路堤结构，其特征在于，还包括生态护坡(8)，所述生态护坡(8)设置在边坡坡面。
9.一种高原湿地区铁路路堤结构的施工方法，其特征在于，施工如权利要求1-8任一所述的高原湿地区铁路路堤结构，包括以下步骤：
步骤一：挖除基底一定深度范围内的冻胀土，挖除深度大于或等于地区最大冻结深度，在挖除区域内施工所述基底换填层(10)；
步骤二：填筑所述过水层(7)，所述过水层(7)的填筑高度大于或等于地区最大地表积水深度；
步骤三：在所述过水层(7)的顶面施工所述基底隔水层(6)；
步骤四：填筑所述弱冻胀本体层(5)，所述弱冻胀本体层(5)经检测合格后，施工所述基床隔水层(4)；
步骤五：自下而上施工所述微冻胀基床底层(3)、所述抗冻胀基床下表层(2)及所述防水基床上表层(1)，所述防水基床上表层(1)、所述抗冻胀基床下表层(2)和所述微冻胀基床底层(3)的厚度之和大于或等于地区最大冻结深度。
10.根据权利要求9所述的高原湿地区铁路路堤结构的施工方法，其特征在于，在所述步骤五之后还包括步骤六：施工所述生态护坡(8)、所述保温护道(9)和所述排水沟(11)。
技术总结