一种具有减振和防冻功能的路基、施工方法及施工装置与流程

本发明属于路基施工，具体的说是一种具有减振和防冻功能的路基、施工方法及施工装置。

背景技术：

1、铁路路基是承受轨道结构重量和列车动荷载的土工构筑物，是保障铁路安全、平稳运营的基础。在严寒地区的铁路工程中，路基长期面临冻胀与列车动荷载振动的双重威胁，这两类病害相互耦合、彼此加剧，已成为制约寒区铁路运营安全与服役寿命的核心难题。具体而言：

2、在防冻方面，季节性冻融循环导致路基土体中的水分反复冻结融化，产生不均匀冻胀和融沉变形。路基不均匀冻胀会引起列车与轨道产生互相影响的动态响应，降低轨道结构的服役性能，同时不利于行车安全。常规的排水措施仅能排出饱和土中的重力水，但在冻融循环条件下，处于非饱和状态下的土壤仍会产生明显冻胀；而单一的保温措施又无法解决水分迁移和排水问题。现有防冻技术往往只针对单一因素（填料、水分或温度）采取措施，缺乏系统性协同防治方案。

3、在减振方面，列车运行产生的持续动荷载通过轨道传递至路基，引发路基及周围地层的振动响应。当路基存在冻胀变形时，轨道几何形态发生改变，进一步加剧车辆-轨道-路基系统的动力响应，严重时甚至威胁行车安全。现有路基减振技术多局限于振源控制或受振体防护，传播路径上的减振措施应用相对较少；而采用新型减振材料（如泡沫轻质土）虽在基床表层有一定减振效果，但在基床底层减振方面反而劣于传统材料。

4、更为关键的是，现有技术的防冻措施与减振措施通常各自独立设计、分离实施，不仅增加了工程复杂度与造价，还因不同功能层之间缺乏协同配合而导致结构整体性下降，加速了服役性能的劣化。

5、为此，本发明提供一种具有减振和防冻功能的路基、施工方法及施工装置。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种具有减振和防冻功能的路基，包括由下至上依次铺设的碎石垫层、复合防排水保温层、柔性加筋层、基床底层填筑层和基床表层填筑层；

3、所述碎石垫层铺设于经处理的地基之上，用于阻断毛细水上升并为上部结构提供均匀承载底面；

4、所述复合防排水保温层铺设于碎石垫层之上，包括自下而上依次设置的防渗土工膜、保温板和复合防排水板；所述保温板为挤塑聚苯乙烯板或聚氨酯泡沫板，用于隔断下部冻深向路基内部的扩展；所述复合防排水板用于将入渗水横向导出路基范围；

5、所述柔性加筋层铺设于复合防排水保温层之上，包括多层土工格栅及夹设于相邻两层土工格栅之间的碎石垫平层；所述土工格栅的端部锚固于路基两侧边坡内，用于约束路基填料的侧向位移并耗散列车动荷载产生的振动能量；

6、所述基床底层填筑层铺设于柔性加筋层之上，采用砾石土、碎石土或砂类土填筑，其填料粒径不大于200mm；

7、所述基床表层填筑层铺设于基床底层填筑层之上，采用砾石土、碎石土、砾砂、粗砂或中砂填筑，其填料粒径不大于100mm。

8、一种具有减振和防冻功能路基的施工方法，该方法用于对上述路基进行施工，包括以下步骤：

9、s1、施工准备：清理路基用地范围内的地表植被及表土，修建临时排水系统，进行施工测量放样；

10、s2、地基处理：对不满足设计要求的地基土进行开挖换填或重型碾压处理；

11、s3、铺设碎石垫层：在经处理的地基上铺设碎石垫层，碾压密实；

12、s4、铺设复合防排水保温层：在碎石垫层表面自下而上依次铺设防渗土工膜、保温板和复合防排水板；

13、s5、铺设柔性加筋层：在复合防排水保温层表面分层铺设土工格栅，每铺设一层土工格栅即在其上铺设一层碎石垫平层并碾压密实；

14、s6、铺设基床底层填筑层：在柔性加筋层表面采用砾石土、碎石土或砂类土分层填筑，每层松铺厚度不大于30cm且不小于15cm，采用补水式碾压装置碾压密实；

15、s7、铺设基床表层填筑层：在基床底层填筑层表面采用砾石土、碎石土、砾砂、粗砂或中砂分层填筑，每层松铺厚度不大于30cm且不小于15cm，采用补水式碾压装置碾压密实；

16、s8、路基边坡整形及附属工程施工。

17、步骤s6和s7中所述补水式碾压装置的具体操作步骤为：

18、n1、碾压辊向前移动对路基填料进行碾压作业，同时滚轮沿待碾压路基向前滚动，滚轮表面的传感器探头随滚轮转动间歇式与填料表面接触，实时测量填料含水率数据；

19、n2、当填料含水率低于预设区间时，水箱内的水通过输送泵和输送管进入补水筒内部，并沿着喷嘴向下均匀喷出；

20、n3、喷嘴流出的水喷洒于碾压辊靠近前方的半侧表面，水流先将碾压辊表面润湿，再顺着碾压辊流淌至路基填料表面，以对填料补充水分。

21、一种具有减振和防冻功能路基的施工装置，该装置应用于上述施工方法，具体为步骤s6和s7中所述的补水式碾压装置，包括压路机、检测组件和补水组件；

22、所述检测组件设置于压路机的碾压辊前方，通过传感器探头实时测量路面填料的含水率；

23、所述检测组件包括固定盒、支撑件和滚轮；所述支撑件设置于固定盒下方，支撑件内部转动连接有滚轮；所述滚轮表面开设有安装槽；所述安装槽内部设置有传感器探头；

24、所述补水组件根据检测组件测量结果，在填料含水率较低时自动对路面补充水分；

25、所述补水组件包括水箱、输送管、输送泵和补水筒；所述水箱与输送管之间连接有输送泵；所述输送管与补水筒连通，补水筒下侧均布有一组喷嘴。

26、优选地，所述补水筒架设于碾压辊靠近前方的斜上方，且喷嘴朝向碾压辊。

27、优选地，所述滚轮内部均布有一组触发腔；所述触发腔与滚轮表面之间滑动连接有连杆；所述连杆位于滚轮外的一端固定连接有压板；所述压板与滚轮之间设置有复位弹簧；所述连杆位于触发腔内的一端固定连接有弹性片；所述触发腔内部均布有一组弹性块。

28、优选地，所述固定盒内部固定连接有电缸；所述支撑件上侧固定连接有限位筒；所述限位筒内部设置有浮动块；所述浮动块与限位筒之间设置有缓冲弹簧；所述电缸的伸缩杆延伸至限位筒内部并与浮动块固定连接。

29、优选地，所述滚轮内部远离安装槽的位置设置有配重件；所述支撑件顶部开设有通槽；所述固定盒底部固定连接有安装盘；所述安装盘上侧固定连接有电机；所述安装盘下侧转动连接有柔性盘，且柔性盘与电机传动连接；所述柔性盘采用弹性多孔吸水材料制成。

30、优选地，所述浮动块与限位筒滑动密封配合；所述安装盘设计为空心结构，且其下侧均布有一组导孔；所述限位筒底部与安装盘之间连通有软管。

31、优选地，所述安装盘内部固定连接有磁铁；所述柔性盘内部圆周均布有一组磁性球。

32、本发明的有益效果如下：

33、1.本发明所述的一种具有减振和防冻功能的路基、施工方法及施工装置，通过将防冻功能与减振功能进行一体化集成设计，能够实现二者功能的协同增效：保温板不仅隔断冻深，还为上部结构提供了稳定的温度环境，避免了冻融循环导致的填料力学性能劣化，从而保证了减振结构的长期有效性；柔性加筋层在耗散振动能量的同时，也增强了路基的整体性，抑制了不均匀冻胀变形；碎石垫层和复合防排水板在排除水分的同时，保证了路基填料的含水率处于最佳压实状态，为减振提供了坚实的刚度基础。各功能层之间形成正反馈循环，整体提高路基在严寒复杂环境下的长期服役性能与行车安全性。

34、2.本发明所述的一种具有减振和防冻功能的路基、施工方法及施工装置，碾压辊向前移动对路基填料进行碾压作业，同时滚轮沿待碾压路基向前滚动，滚轮表面的传感器探头随滚轮转动间歇式与填料表面接触，实时测量路基表面填料的含水率，并将检测到的含水率数据传输至控制系统，当填料含水率低于预设的最优碾压区间时，控制系统自动启动输送泵，将水箱内的水通过输送管送入补水筒，最终通过补水筒下侧的喷嘴均匀喷出，为低含水率的路基区域补充水分，待检测到填料含水率回升至最优区间后，输送泵停止工作，停止补水，从而保证碾压过程中填料始终处于合适的含水率范围，在提升路基碾压密实度的同时，避免水分过多或不足影响路基施工质量，也无需施工人员提前反复检测补水，本发明将洒水功能集成于压路机，彻底取消洒水车紧跟环节，避免压路机碾压前因等待洒水车而导致的水分蒸发或错过最佳碾压窗口期。

35、3.本发明所述的一种具有减振和防冻功能的路基、施工方法及施工装置，压路机碾压作业过程中，滚轮同步在路基表面转动，当压板转动至底部与路基填料接触时，压板受到挤压力作用而向滚轮靠近运动，推动连杆向触发腔内部移动，连杆端部的弹性片移动过程中会依次经过触发腔内的弹性块，不断被弹性块挤压发生弹性形变，产生高频振动，带动连杆和压板同步振动，压板再将振动传递至路基表层，此高频微幅振动能够打破填料颗粒间的静态平衡，一方面促使表层板结壳或假性干燥层发生微破裂，开启毛细通道，使下层水分在毛细作用下向上回渗，降低因表层水分蒸发导致的干湿不均，另一方面，振动引起的颗粒微扰动可改善填料中颗粒之间接触状态，使局部富集的水分向周边相对干燥区域扩散，实现表层填料水分均化，使得后续传感器探头在接触填料时，能够提高传感器所测数据的代表性。