1.本实用新型涉及路基病害防治技术领域，具体涉及一种重载铁路道砟陷槽防治及路基加固的装置。


背景技术：

2.我国重载铁路在列车牵引质量、运行区间长度和年运量方面已处于世界领先水平，接下来增大轴重是我国要解决的关键技术。路基又是承载轨道和列车荷载的基础，由于我国是在普通铁路设计规范的基础上采取加强措施，进行重载铁路路基的设计。设计和施工经验的不足，加之实地运营后出现许多新情况，导致路基面和路基侧出现不同程度的道砟陷槽等病害。道砟陷槽较大可能会造成路基边坡坍塌，导致路肩的减少，路基的不稳定，同时这些问题又会加剧道砟陷槽的破坏，造成恶性循环。
3.现有技术一般将道砟陷槽与路基边坡坍塌、不稳定两个问题分开治理，前者使用干净的道砟换填，清除道砟内部的细小颗粒以疏通道砟内部堵塞的排水通道，使其排水顺畅，但新的道砟换填后，道床依旧为相对松散的散体，该路段后期再出现道砟陷槽的概率依旧很大。后者采用路基加固的通用方法，多以打锚杆和现浇框格梁为主，施工周期较长，危险性较高，需要的设备众多，成本较高，不利于对路基的安全、快速抢修。目前关于道砟陷槽防治和路基边坡防治未能充分利用路基加固措施和道砟陷槽治理措施的共同作用。
4.综上所述，急需一种重载铁路道砟陷槽防治及路基加固的装置以解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型目的在于提供一种重载铁路道砟陷槽防治及路基加固的装置，旨在解决现有技术中将道砟陷槽治理和路基加固分开处理存在的弊端，具体技术方案如下：
6.一种重载铁路道砟陷槽防治及路基加固的装置，包括顶面加固层、边坡加固层和锚固件，所述边坡加固层通过锚固件固定设置于路基边坡上，所述顶面加固层设置于路基顶面上，且顶面加固层与两侧路基边坡上的边坡加固层连接。
7.以上技术方案中优选的，所述顶面加固层与边坡加固层之间通过长度可调节的柔性连接件连接，调节柔性连接件的长度实现顶面加固层张紧。
8.以上技术方案中优选的，所述边坡加固层包括多个连接件单体，所述连接件单体包括中间块以及沿中间块周向设置的多个连接翼，所述中间块上设有用于安装锚固件的锚固孔；相邻连接件单体之间通过连接翼连接。
9.以上技术方案中优选的，所述连接翼远离中间块的一端设有咬合部，相邻连接件单体之间的两个咬合部相互咬合后由紧固件固定。
10.以上技术方案中优选的，所述边坡加固层还包括过渡连接件，所述过渡连接件的两端均设有咬合部，所述过渡连接件设置于两件相邻连接件单体的连接翼之间。
11.以上技术方案中优选的，靠近顶面加固层的连接件单体上设有第二连接环，顶面
加固层靠近边坡加固层的一侧设有第一连接环，所述柔性连接件连接第一连接环和第二连接环，从而实现顶面加固层与边坡加固层连接。
12.以上技术方案中优选的，还包括用于监测柔性连接件拉力的检测件，所述检测件将采集的拉力数据传输给数据收集设备；当柔性连接件所受拉力超过其极限抗拉强度时，所述数据收集设备发送预警信号。
13.以上技术方案中优选的，所述顶面加固层为带端部连接环式双向土工格栅；所述锚固件为锚杆或锚索。
14.应用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：
15.顶面加固层被张紧后，其自身的边界条件被改变，由自由边界变为固定边界。双向土工格栅在道砟具有陷槽趋势的时候，其本身也会向下凹陷，双向土工格栅侧边缘亦有向路基中线收缩的趋势和位移，但由于其张紧后，边界变为固定边界，限制了其向路基中线收缩移动的位移发生，从而提高了自身抵抗变形能力；顶面加固层与边坡加固层配合限制了路基边坡上边缘的变形能力，二者形成一个相互起正反馈作用的整体。因而，张紧后的双向土工格栅可以加强道砟陷槽病害处理后的路基顶面抵抗变形和防止再次发生道砟陷槽的能力。
16.本实用新型是将重载铁路道砟陷槽防治及路基加固结合起来，二者组成一个统一协作的系统。双向土工格栅铺设于路基顶面起到了防治和改善重载铁路道砟陷槽的作用，同时边坡加固层的侧限作用加强了双向土工格栅在防治和改善重载铁路道砟陷槽的作用，并提高了路基边坡承载力和抵抗变形的能力；边坡加固层和顶面加固层对路基加固整体系统起到了积极的作用。
17.相比于传统方式，缩短了处理病害的时间，大大提高了处理病害的效率，降低了现场大量混凝土浇筑带来的安全风险，提高了处理道砟陷槽和重载铁路路基边坡快速修复的能力，并且满足规范安全要求。
18.在正常运营过程中，通过检测件可以全天候实时监测柔性连接件的所受拉力(通过该拉力可以间接判断顶面加固层所受的拉力，判断其承载载荷是否超限)，以供实时监测所修缮铁路段的工后状态；当柔性连接件所受拉力超过其极限抗拉强度时，所述数据收集设备发送预警信号至铁路维修监测站场中心及时预警，表明此时原病害治理路段出现二次破坏，或者原有的治理措施已经达到了承载能力上限，需要及时处理、补救。
19.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
20.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
21.图1是本实用新型装置的应用示意图；
22.图2是本实用新型装置的结构示意图；
23.图3是图2中t型连接件的结构示意图；
24.图4是图2中十字型连接件的结构示意图；
25.图5是图2中带端部连接环式双向土工格栅的结构示意图；
26.图6是图2中柔性连接件的结构示意图；
27.图7是图2中过渡连接件的结构示意图；
28.其中，1、路基，2、顶面加固层，2.1、第一连接环，3、边坡加固层，3.1、十字型连接件，3.2、t型连接件，3.3、过渡连接件，3.4、中间块，3.5、连接翼，3.6、锚固孔，3.7、咬合部，3.8、第二连接环，4、柔性连接件，4.1、柔性本体，4.2、滑动接头，4.3、锯齿部，5、锚固件，6、数据收集设备。
具体实施方式
29.为了便于理解本实用新型，下面将对本实用新型进行更全面的描述，并给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
30.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
31.实施例1：
32.参见图1-7，一种重载铁路道砟陷槽防治及路基加固的装置，包括顶面加固层2和边坡加固层3，所述边坡加固层3通过锚固件5固定设置于路基边坡上，所述顶面加固层2设置于路基顶面上，且顶面加固层2与两侧路基边坡上的边坡加固层3连接。
33.优选的，所述边坡加固层3包括多个连接件单体，多个连接件单体铺设成网格状的边坡加固层3。
34.所述连接件单体包括中间块3.4以及沿中间块3.4周向设置的多个连接翼3.5，所述连接翼的数量为至少三个，所述中间块3.4上设有用于安装锚固件5的锚固孔3.6；锚固件5安装于路基边坡上后，连接件单体通过锚固孔3.6安装于锚固件上。
35.优选的，相邻连接件单体之间通过连接翼3.5连接，所述连接翼3.5远离中间块3.4的一端设有咬合部3.7，相邻连接件单体之间的两个咬合部3.7相互咬合后由紧固件固定。
36.参见图3和图4，所述咬合部3.7包括凹陷部和凸起部，凹陷部与凸起部构成峰谷结构，一个连接翼3.5的凸起部卡入另一个连接翼3.5的凹陷部中实现两个连接翼之间咬合，峰谷结构可以使得连接更加稳定。进一步优选的，所述咬合部处还设有安装孔(可以是通孔也可以是螺纹孔)，紧固件穿过两个连接翼的安装孔实现紧固，所述紧固件优选为螺栓组件。
37.本实施例中优选的，所述连接件单体包括十字型连接件3.1和t型连接件3.2，其中十字型连接件3.1中在中间块3.4的周向均布设有四个连接翼3.5；所述t型连接件3.2在中间块3.4周向设置三个连接翼3.5，三个连接翼呈t型布置，所述t型连接件3.2主要设置于边坡加固层3的边缘位置。由所述十字型连接件和t型连接件构成网格状的边坡加固层。
38.优选的，参见图2和图7，所述边坡加固层3还包括过渡连接件3.3，所述过渡连接件3.3的两端均设有咬合部3.7，所述过渡连接件3.3设置于两件相邻连接件单体的连接翼3.5之间；所述过渡连接件3.3的作用为可以调节边坡加固层3的网格大小，同时若十字型连接
件和t型连接件连接形成的网格出现锚固孔3.6的位置与锚固件5的位置错位时，可以通过增加适当长度的过渡连接件解决错位问题。
39.参见图2和图6，所述顶面加固层2与边坡加固层3之间通过长度可调节的柔性连接件4连接，调节柔性连接件的长度实现顶面加固层2张紧，顶面加固层2张紧后限制了自身的变形范围，相当于给顶面加固层改变了边界条件；顶面加固层与边坡加固层配合限制了路基边坡上边缘的变形能力，二者形成一个相互起正反馈作用整体。同时，张紧后的顶面加固层可以加强道砟陷槽处理后的路基顶面抵抗变形和防止再次发生道砟陷槽的能力(张紧后的顶面加固层相当于一个具有一定刚度的平面铺设于路基顶面上)。
40.所述柔性连接件4包括柔性本体4.1和滑动接头4.2，所述柔性本体4.1的两面均设有锯齿部，所述滑动接头4.2上贯穿设有连接孔，连接孔内部沿长度方向相对设置两个锯齿部，柔性本体4.1的端部插入连接孔后，柔性本体上的锯齿部与连接孔内的锯齿部咬合，抽动柔性本体的端部实现调节柔性连接件的长度。除此之外，柔性连接件还可以直接选用扎带。
41.参见图3和图5，靠近顶面加固层2的连接件单体上设有第二连接环3.8，本实施例中具体是t型连接件上设有第二连接环3.8，顶面加固层2靠近边坡加固层3的一侧设有第一连接环2.1，所述柔性连接件4连接第一连接环2.1和第二连接环3.8，从而实现顶面加固层2与边坡加固层3连接。参见图2，在实际铺设过程中，一个t型连接件上的第二连接环与多个第一连接环连接。
42.优选的，所述柔性连接件上还设有用于监测其所受拉力的检测件，所述检测件连接数据收集设备6(所述数据收集设备可以采用太阳能供电，检测件与数据收集设备之间采用导线连接，检测件未图示)，实现检测件将拉力数据传输给数据收集设备6；当柔性连接件所受拉力超过其极限抗拉强度时，所述数据收集设备6发送预警信号至铁路维修监测站场中心，从而实现预警功能。优选所述检测件为应变片，在实际设置时可以仅在受拉力最大的柔性连接件上设置检测件，其中，连接距第二连接环3.8最近的第一连接环2.1的柔性连接件所受拉力最大。
43.本实施例中优选的，所述顶面加固层2为带端部连接环式双向土工格栅，即在端部设置第一连接环2.1的双向土工格栅，所述带端部连接环式双向土工格栅由高强钢丝或者其他纤维和聚乙烯(pe)或聚丙烯(pp)组成，运用挤压工艺制成具有高强、耐腐蚀、耐紫外线的复合型高强抗拉条带；所述锚固件5为锚杆或锚索，锚杆或锚索本领域人员可以根据实际使用情况选择，若地质条件较为复杂，此路段路基容易变形严重，内部没有强度较高的基岩，采用锚索施加预应力；若道砟陷槽较为轻微，路基边坡状况良好，可以使用锚杆。
44.优选的，所述连接件单体和过渡连接件的均选用复合型材料环氧树脂混凝土，环氧树脂混凝土的阻尼比、耐腐蚀性和抗振性能都要优于硅酸盐混凝土。复合型材料环氧树脂混凝土以硅酸盐混凝土为内核，树脂混凝土为外包裹层，采用模压法制造，其中环氧树脂作为主要粘结材料，并添加骨料，固化剂和溶剂等。其中环氧树脂混凝土的制作流程同一般混凝土的制作流程。
45.本实施例还提供了上述装置用于重载铁路道砟陷槽防治及路基加固的方法，具体如下：
46.若路基上的道砟已经出现陷槽则应该先对陷槽部分进行处理，换填路基土，直至
符合相关的规范要求，然后在使用本实施例的加固装置，如下：
47.在路基顶面铺设顶面加固层2，在两侧的路基边坡上均固定铺设边坡加固层3，将顶面加固层2的两侧分别通过柔性连接件4与对应侧的边坡加固层3连接，调节柔性连接件4的长度使顶面加固层2处于张紧状态，并在柔性连接件上安装好检测件。
48.优选所述边坡加固层3采用锚固件5锚固于路基边坡上，边坡加固层3安装完毕后对锚固件5进行封锚；
49.优选的，铺设的顶面加固层2的宽度与路基顶面的宽度一致。施工完成后，在柔性连接件4的上方覆盖保护材料，保护材料优选为土层，保护材料的作用是防止柔性连接件老化，延长使用寿命。
50.张紧后的顶面加固层改变了自身形变的边界条件，顶面加固层与边坡加固层配合限制了路基边坡上边缘的变形能力，二者形成一个相互起正反馈作用整体。同时，张紧后的双向土工格栅可以加强道砟陷槽处理后的路基顶面抵抗变形和防止再次发生道砟陷槽的能力。
51.本实施例的加固装置及使用方法是将重载铁路道砟陷槽防治及路基加固结合起来，二者组成一个统一协作的系统。双向土工格栅铺设于路基顶面起到了防治和改善重载铁路道砟陷槽的作用，同时边坡加固层的侧限作用加强了双向土工格栅在防治和改善重载铁路道砟陷槽的作用，并提高了路基边坡承载力和抵抗变形的能力；边坡加固层和顶面加固层对路基加固整体系统起到了积极的作用。
52.在正常运营过程中，通过检测件可以全天候实时监测柔性连接件的所受拉力(通过该拉力可以间接判断顶面加固层所受的拉力，判断其承载载荷是否超限)，以供实时监测所修缮铁路段的工后状态；当柔性连接件所受拉力超过其极限抗拉强度时，所述数据收集设备发送预警信号至铁路维修监测站场中心及时预警，表明此时原病害治理路段出现二次破坏，或者原有的治理措施已经达到了承载能力上限，需要及时处理、补救。
53.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。