中韓鐵路瀝青混凝土結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比研究

石越峰 蔡德鉤 樓梁偉 閆宏業(yè) 呂宋 李竹慶

1.北京鐵科特種工程技術(shù)有限公司，北京 100081；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；3.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司高速鐵路軌道技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081

標(biāo)準(zhǔn)差異和知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題導(dǎo)致中國(guó)高速鐵路部分技術(shù)向全球市場(chǎng)推進(jìn)過(guò)程受阻［1］。因此，對(duì)于適用性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)附加值高的技術(shù)，亟待開(kāi)展與其他國(guó)家同類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比研究。

韓國(guó)規(guī)定新建線路和既有線路運(yùn)行速度須分別達(dá)到250、230 km/h。根據(jù)這一政策，為了增強(qiáng)高速、重載列車運(yùn)行下軌道結(jié)構(gòu)的耐久性，在Gyeongbu、Honam 等新建高速鐵路線路廣泛采用混凝土軌道結(jié)構(gòu)［2］。與有砟軌道相比，混凝土道床會(huì)產(chǎn)生較高的噪聲和振動(dòng)，且養(yǎng)護(hù)維修較為困難［3］。自2012 年起，韓國(guó)開(kāi)始開(kāi)展瀝青混凝土軌道結(jié)構(gòu)的研究工作，發(fā)現(xiàn)瀝青混凝土軌道結(jié)構(gòu)既可滿足列車運(yùn)行速度要求，也可實(shí)現(xiàn)軌道結(jié)構(gòu)的減振降噪，且歷經(jīng)各類運(yùn)營(yíng)環(huán)境后服役狀態(tài)良好［2］。中國(guó)于2008 年開(kāi)始將瀝青混凝土引入鐵路工程領(lǐng)域，主要解決路基防水封閉長(zhǎng)效性難題，并先后提出了路基面防水瀝青混合料、路基自密實(shí)瀝青混凝土防水層、全斷面瀝青混凝土防水封閉結(jié)構(gòu)等，其中以全斷面瀝青混凝土防水封閉結(jié)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛［4］。然而，對(duì)中國(guó)與韓國(guó)在鐵路瀝青混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用與標(biāo)準(zhǔn)差異的研究較少。本文從結(jié)構(gòu)形式、材料性能、鐵路瀝青混凝土結(jié)構(gòu)帶來(lái)的有益效果等方面，開(kāi)展中韓兩國(guó)鐵路瀝青混凝土結(jié)構(gòu)的對(duì)比研究，以促進(jìn)中韓兩國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的相互借鑒與融合。

1 結(jié)構(gòu)形式

1.1 韓國(guó)瀝青混凝土軌道結(jié)構(gòu)

為防止雨水滲入基床、降低線路維護(hù)費(fèi)用，韓國(guó)鐵道科學(xué)研究院（Korea Railroad Research Institute，KRRI）提出了瀝青混凝土軌道結(jié)構(gòu)［5］。根據(jù)韓國(guó)鐵路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，瀝青混凝土軌道結(jié)構(gòu)自上至下依次為鋼軌、扣件、軌道結(jié)構(gòu)（含瀝青混凝土）和路基，如圖1所示。

圖1 韓國(guó)瀝青混凝土軌道結(jié)構(gòu)典型橫斷面

有砟軌道采用2.4 m（長(zhǎng)）× 0.5 m（寬）× 0.18 m（高），混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck= 50 MPa 的寬軌枕，并在寬軌枕中設(shè)置水平限位裝置。對(duì)于有砟軌道，根據(jù)列車運(yùn)行速度，在軌枕與瀝青混凝土道床之間設(shè)置0 ～ 0.4 m 厚的道砟層［2，6］，瀝青混凝土采用代替部分底砟和直接用作道床兩種形式。無(wú)砟軌道由預(yù)制混凝土軌道板、無(wú)收縮水泥基灌漿料填充層和瀝青混凝土道床組成，通過(guò)預(yù)制板內(nèi)設(shè)置的緩沖裝置和剪力鍵提供限位［7］。瀝青混凝土道床按表面層、中間層和底基層分三層設(shè)置，其厚度推薦采用300 mm，表面層、中間層和底基層厚度分別為50、100、150 mm，對(duì)應(yīng)瀝青混凝土的骨料最大公稱粒徑分別為13、20、25 mm。根據(jù)對(duì)列車荷載的影響，路基結(jié)構(gòu)可分為基床表層和基床底層，其設(shè)計(jì)厚度通常大于3.0 m?；脖韺討?yīng)保證Ev2≥80 MPa（Ev2為靜態(tài)2 次變形模量），Ev2/Ev1＜2.3（Ev1為靜態(tài)1 次變形模量），壓實(shí)系數(shù)K≥0.95；基床底層應(yīng)保證Ev2≥60 MPa，Ev2/Ev1＜2.7，K≥0.90［6］。

1.2 中國(guó)全斷面瀝青混凝土防水封閉結(jié)構(gòu)

鑒于瀝青混凝土良好的黏彈性和抗?jié)B性，中國(guó)提出在鐵路路基基床頂部全斷面鋪設(shè)瀝青混凝土進(jìn)行路基防水封閉的方案，如圖2 所示。全斷面瀝青混凝土防水封閉結(jié)構(gòu)可等厚度代替基床表層級(jí)配碎石，其設(shè)計(jì)厚度通常為80 ～150 mm。當(dāng)全斷面瀝青混凝土防水封閉結(jié)構(gòu)厚度小于100 mm 時(shí)，采用單層設(shè)計(jì)，且選用骨料最大粒徑為13、16 mm 的瀝青混凝土；反之，則采用雙層設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)瀝青混凝土的骨料最大粒徑可選擇16、20、25 mm。軌道與路基結(jié)構(gòu)仍按TB 10621—2014《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)，未設(shè)置任何限位裝置［8］。

圖2 中國(guó)全斷面瀝青混凝土防水封閉結(jié)構(gòu)典型橫斷面

中韓兩國(guó)在瀝青混凝土及其下臥層之間設(shè)置透層乳化瀝青，在多層設(shè)置的瀝青混凝土層間灑布黏層瀝青［9］。韓國(guó)將瀝青混凝土視為軌道結(jié)構(gòu)的一部分，代替有砟道床的部分底砟或用作無(wú)砟軌道的底座基礎(chǔ)，而中國(guó)則將全斷面瀝青混凝土防水封閉結(jié)構(gòu)與級(jí)配碎石共同視為基床表層的組成部分。

2 材料性能

瀝青混凝土是主要由瀝青膠結(jié)料（石油瀝青、改性瀝青）、礦料（粗骨料、細(xì)骨料和礦粉）和外加劑（抗剝離劑、抗老化劑等）組成的復(fù)合材料。作為具有空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多相分散體系，瀝青混凝土的力學(xué)強(qiáng)度主要由礦質(zhì)顆粒之間的內(nèi)摩阻力和嵌擠力、瀝青膠結(jié)料之間的黏結(jié)力以及瀝青膠結(jié)料與礦料之間的黏結(jié)力共同構(gòu)成，并根據(jù)組成材料質(zhì)量的差異和各組分比例的不同，表現(xiàn)出不同的力學(xué)性能。

2.1 瀝青膠結(jié)料

韓國(guó)為滿足夏季高溫條件下瀝青混凝土的強(qiáng)度使用要求，選用苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（Styrene‐Butadiene‐Styrene，SBS）對(duì)石油瀝青進(jìn)行改性，并利用美國(guó)公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃（Strategic Highway Research Program，SHRP）的性能等級(jí)（Performance Grade，PG）對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)價(jià)［6］。SHRP 的 PG 分級(jí)體系規(guī)定，利用動(dòng)態(tài)剪切流變儀試驗(yàn)測(cè)量的車轍因子來(lái)表征瀝青膠結(jié)料在高溫下的剛度或抗變形能力，未老化和旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(yàn)后瀝青膠結(jié)料的車轍因子分別不低于1.0 kPa 和2.2 kPa 時(shí)所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)溫度為高溫等級(jí)；利用彎曲梁流變儀試驗(yàn)測(cè)量的蠕變速率m和蠕變勁度模量S來(lái)表征瀝青膠結(jié)料在低溫下的抗開(kāi)裂能力，壓力老化容器試驗(yàn)后瀝青膠結(jié)料60 s 的m≥ 0.3 且S≤ 300 MPa 時(shí)所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)溫度為低溫等級(jí)［10-11］。在韓國(guó)瀝青混凝土多層結(jié)構(gòu)中，面層選用SBS 改性瀝青，簡(jiǎn)稱Railpahlt‐A；中間層和基層則選用普通基質(zhì)瀝青，簡(jiǎn)稱Railpahlt。

中國(guó)四季分明且氣候跨度大，在采用SBS 對(duì)瀝青進(jìn)行改性的基礎(chǔ)上，引入橡膠粉（Crumb Rubber，CR）對(duì)瀝青膠結(jié)料進(jìn)行復(fù)合改性。SBS+CR復(fù)合改性技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：①提高了復(fù)合改性瀝青的高溫抗變形、低溫抗開(kāi)裂、抗疲勞開(kāi)裂等性能；②橡膠粉中的碳黑具有紫外光屏蔽劑的作用，提高復(fù)合改性瀝青的耐熱氧老化和抗紫外線老化性能；③橡膠粉可部分代替瀝青，且實(shí)現(xiàn)廢舊橡膠粉的再利用，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。中國(guó)采用針入度分級(jí)體系評(píng)價(jià)瀝青膠結(jié)料的性能。為便于對(duì)比分析，采用針入度分級(jí)和SHRP 的PG 分級(jí)體系共同評(píng)價(jià)中韓兩國(guó)常用瀝青膠結(jié)料性能，結(jié)果見(jiàn)表1。可知，SBS+CR 復(fù)合改性瀝青具有較高的針入度和軟化點(diǎn)，較低的黏度，說(shuō)明其具有更優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性與施工和易性［12］?；跍\度裂解技術(shù)摻加的橡膠粉，使得復(fù)合改性瀝青提高了兩個(gè)低溫等級(jí)，可滿足-34 ℃條件下的使用要求。

表1 中國(guó)與韓國(guó)鐵路瀝青混凝土用瀝青膠結(jié)料性能對(duì)比

2.2 礦料

韓國(guó)對(duì)于礦料選擇沒(méi)有明確限制，石灰?guī)r、玄武巖、花崗巖等均可使用，并控制其表面密度、吸水率、磨耗值等。中國(guó)從保證骨料與瀝青膠結(jié)料黏附性的角度，明確規(guī)定細(xì)骨料不應(yīng)使用與瀝青黏附性很差的天然砂、石屑或使用花崗巖、石英巖等酸性石料破碎的機(jī)制砂，同時(shí)對(duì)骨料的顆粒級(jí)配、潔凈程度、強(qiáng)度與堅(jiān)固性等均做出明確規(guī)定［12］。

2.3 配合比設(shè)計(jì)

目前主流的瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)方法分為三類：①經(jīng)驗(yàn)法，如Marshall 設(shè)計(jì)方法；②基于某些性能（模量和抗疲勞），如法國(guó)EME 設(shè)計(jì)方法；③基于路用性能，如Superpave設(shè)計(jì)方法［13］。

無(wú)論哪種設(shè)計(jì)方法，體積分析是瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在鐵路瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)方面，韓國(guó)采用Marshall 設(shè)計(jì)方法，并提出了馬歇爾穩(wěn)定度（Marshall Stability，MS）、流值（Flow，F(xiàn)L）、礦料間隙率（Voids in Mineral Aggregate，VMA）、瀝青飽和度（Voids Filled with Asphalt，VFA）等體積參數(shù)技術(shù)要求。韓國(guó)最佳瀝青用量條件下Marshall 試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。中國(guó)則綜合了Marshall 和Superpave 設(shè)計(jì)方法，即利用馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)體系確定瀝青混凝土的最佳瀝青用量，并未提出馬歇爾體積參數(shù)的技術(shù)要求，最終以瀝青混凝土的使用性能作為最終評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。

表2 韓國(guó)最佳瀝青用量條件下Marshall試驗(yàn)結(jié)果

在礦料級(jí)配方面，考慮瀝青混凝土的防水功能，韓國(guó)與中國(guó)均選用連續(xù)密級(jí)配。按照骨料最大公稱粒徑劃分，韓國(guó)主要選用AC‐13、AC‐16 以及 AC‐20 三種級(jí)配，中國(guó)則選用TC‐16、TC‐20和TC‐25。以中韓兩國(guó)共同推薦使用的骨料公稱最大粒徑為16 mm 的礦料級(jí)配進(jìn)行對(duì)比分析，見(jiàn)圖3。可知，韓國(guó)常用的礦料級(jí)配均在中國(guó)TC‐16 級(jí)配上下限范圍內(nèi)，且在TC‐16級(jí)配中值之上，級(jí)配偏細(xì)［12，14］。此外，中韓兩國(guó)鐵路瀝青混凝土常用的最佳瀝青用量大多集中在4.3% ～5.6%［15］。

圖3 中韓兩國(guó)骨料公稱粒徑為16 mm的礦料級(jí)配對(duì)比

2.4 瀝青混凝土性能

鐵路瀝青混凝土結(jié)構(gòu)不僅受上部軌道結(jié)構(gòu)傳遞的列車荷載作用，還受水分、溫度等環(huán)境因素耦合作用。因此，瀝青混凝土的性能要求主要包括功能性要求和結(jié)構(gòu)性要求，其中功能性要求包括防水抗?jié)B性、抗水損害性能、低溫抗開(kāi)裂性能等，結(jié)構(gòu)性要求包括高溫穩(wěn)定性、承載能力、界面安全性等。區(qū)別于韓國(guó)，中國(guó)全斷面瀝青混凝土主要適用于寒冷、嚴(yán)寒、多雨地區(qū)，膨脹巖土、濕陷性黃土等特殊土地段的高速鐵路路基的防水封閉。鑒于中國(guó)高速鐵路規(guī)劃覆蓋南北全域，結(jié)合工程應(yīng)用特點(diǎn)和可操作性，按照近30年極端最低氣溫T30將中國(guó)分為嚴(yán)寒區(qū)（T30＜-37.0 ℃）、寒區(qū)（-37.0 ℃ ≤T30＜-21.5 ℃）、冷區(qū)（-21.5 ℃≤T30≤-9.0 °C）和溫區(qū)（T30＞-9 ℃）四個(gè)分區(qū)，不同氣候分區(qū)下瀝青混凝土的性能要求不同［16］。中韓兩國(guó)鐵路瀝青混凝土性能指標(biāo)體系與技術(shù)要求對(duì)比情況見(jiàn)表3。

表3 中韓鐵路瀝青混凝土性能指標(biāo)體系與技術(shù)要求對(duì)比

2.4.1 防水抗?jié)B性能

瀝青混凝土本身應(yīng)致密不透水，利于表面水在自然狀態(tài)快速排入邊溝或線間集水井。韓國(guó)利用美國(guó)佛羅里達(dá)州運(yùn)輸部開(kāi)發(fā)的滲透儀測(cè)量瀝青混凝土的滲透系數(shù)，并提出不透水瀝青混凝土的滲透系數(shù)應(yīng)不超過(guò)0.1 cm/s。同時(shí)發(fā)現(xiàn)瀝青混凝土的滲透性主要受空隙率及其分布的影響，并規(guī)定面層、中間層和基層瀝青混凝土的設(shè)計(jì)空隙率分別為1%～3%、2%～4%、3% ～5%，工程選用瀝青混凝土的空隙率大多集中在3.5%～4.0%［18］。基于達(dá)西定律，在建立滲透系數(shù)與瀝青混凝土空隙率關(guān)系的基礎(chǔ)上，中國(guó)以劃分高速鐵路基床表層Ⅰ型和Ⅱ型級(jí)配碎石的滲透系數(shù)10-6m/s為不透水的限值，確定瀝青混凝土的空隙率不應(yīng)超過(guò)4%［19］。

2.4.2 抗水損害性能

韓國(guó)通過(guò)測(cè)試干燥和浸水狀態(tài)下瀝青混凝土的間接拉伸強(qiáng)度比來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混凝土的水穩(wěn)定性，并規(guī)定浸水殘留強(qiáng)度比的最小值為80%［20］。中國(guó)考慮了瀝青混凝土浸水和凍融兩種服役環(huán)境，分別采用浸水殘留強(qiáng)度比和抗凍殘留強(qiáng)度比進(jìn)行表征，其限值分別為85%和80%。

2.4.3 低溫抗開(kāi)裂性能

韓國(guó)主要按照工程所在地的低溫設(shè)計(jì)溫度選取對(duì)應(yīng)的瀝青膠結(jié)料，瀝青膠結(jié)料主要根據(jù)其低溫等級(jí)確定，并從瀝青混凝土的層面提出相應(yīng)的指標(biāo)。經(jīng)廣泛調(diào)研，低溫開(kāi)裂是中國(guó)北方地區(qū)瀝青路面主要病害類型之一。中國(guó)在提出瀝青膠結(jié)料低溫柔性指標(biāo)的同時(shí)，根據(jù)不同氣候分區(qū)，提出低溫彎拉強(qiáng)度和低溫彎曲應(yīng)變兩個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)瀝青混凝土的低溫性能。此外，考慮到有砟軌道瀝青混凝土結(jié)構(gòu)受到道砟的覆蓋，其工作溫度較為溫和，故有砟軌道瀝青混凝土的低溫彎曲應(yīng)變限值較小。

2.4.4 高溫抗變形性能

韓國(guó)將瀝青混凝土試件水浴加熱至60 ℃，測(cè)試其馬歇爾穩(wěn)定度，參考德國(guó)鐵路（不小于8 kN）和日本鐵路（不小于5 kN）的技術(shù)要求，韓國(guó)規(guī)定鐵路瀝青混凝土的馬歇爾穩(wěn)定度應(yīng)不小于7.5 kN［20］。中國(guó)同樣采用60 ℃的試驗(yàn)溫度，加載輪以壓強(qiáng)0.7 MPa 往復(fù)運(yùn)行，以60 min 和45 min 時(shí)瀝青混凝土變形量的差值來(lái)評(píng)價(jià)高溫抗變形性能。相比于有砟軌道，中國(guó)對(duì)無(wú)砟軌道變形控制更嚴(yán)格，故在相同氣候分區(qū)無(wú)砟軌道瀝青混凝土的高溫變形允許值較小。

2.4.5 承載能力

瀝青混凝土的彈性模量隨溫度的升高而降低。韓國(guó)規(guī)定瀝青混凝土的彈性模量需滿足日本《鐵路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（土工結(jié)構(gòu)）》中的規(guī)定［17］。中國(guó)采用彈性模量和抗壓強(qiáng)度雙指標(biāo)進(jìn)行控制，以保證瀝青混凝土的承載能力滿足要求，并規(guī)定20 ℃彈性模量不小于1 000 MPa，抗壓強(qiáng)度不小于4 MPa。

2.4.6 界面安全性

韓國(guó)在寬軌枕或預(yù)制軌道板與瀝青混凝土結(jié)構(gòu)之間設(shè)置水平限位裝置，以保證軌道結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性。中國(guó)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)足尺推板試驗(yàn)、室內(nèi)直剪試驗(yàn)等手段，發(fā)現(xiàn)在級(jí)配良好狀態(tài)下瀝青混凝土-無(wú)砟軌道的界面強(qiáng)度高于級(jí)配碎石-無(wú)砟軌道，故無(wú)砟軌道可在不設(shè)置限位裝置的情況下直接鋪設(shè)于瀝青混凝土的表面［21］。為保證瀝青混凝土表面的粗糙程度，規(guī)定在配合比設(shè)計(jì)階段無(wú)砟軌道-瀝青混凝土的綜合摩擦因數(shù)應(yīng)不小于0.6，在實(shí)體質(zhì)量驗(yàn)收階段瀝青混凝土的構(gòu)造深度應(yīng)不小于0.55 mm。

2.4.7 其他

除上述性能要求外，韓國(guó)還利用四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混凝土的抗疲勞性能，通常工程選用的瀝青混凝土的疲勞允許作用次數(shù)在40 萬(wàn)～60 萬(wàn)次。中國(guó)并未提出瀝青混凝土疲勞性能要求，原因如下：①中國(guó)瀝青混凝土結(jié)構(gòu)代替基床表層，瀝青混凝土所承受的彎拉應(yīng)變?cè)?0×10-6之內(nèi)，其應(yīng)力環(huán)境優(yōu)于韓國(guó)；②中國(guó)鐵路按照低空隙率、高瀝青用量的原則配制瀝青混凝土，加之選用高黏彈的改性瀝青，使得瀝青混凝土自然具有很高的疲勞壽命；③中國(guó)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)已考慮底層彎拉損傷，并進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)算［22］。此外，中國(guó)部分無(wú)砟軌道底座采用長(zhǎng)大單元結(jié)構(gòu)，在單元式底座伸縮縫處存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，為保證該位置瀝青混凝土的抗拉性能，提出適用于不同氣候分區(qū)的表層被動(dòng)拉伸作用次數(shù)［12，23］。

3 有益效果評(píng)價(jià)

KRRI 建立了室內(nèi)足尺模型試驗(yàn)裝置，加載裝置通過(guò)鋼軌進(jìn)行逐級(jí)加載，靜態(tài)荷載由0 至200 kN，以20 kN 為步距逐級(jí)施加，測(cè)試瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層下方基床的應(yīng)力水平，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4?？芍弘S著瀝青混凝土厚度的增加，基床頂面的應(yīng)力水平降低，瀝青混凝土厚度大于50 cm 時(shí)基床表面的壓應(yīng)力顯著降低至10 kPa 以下；增加瀝青混凝土厚度帶來(lái)的基床應(yīng)力減小效果逐步減弱。

圖4 不同靜荷載時(shí)基床頂面壓應(yīng)力測(cè)試結(jié)果（KRRI）

根據(jù)韓國(guó)鐵路設(shè)計(jì)指南和手冊(cè)中的規(guī)定，基床表面允許壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)133 kPa，該限值按照式（1）計(jì)算確定。值得注意，當(dāng)靜荷載超過(guò)160 kN 且瀝青混凝土厚度小于20 cm 時(shí)，基床頂面壓應(yīng)力會(huì)超過(guò)容許限值要求。

式 中 ：δallow為 路 基 表 面 允 許 壓 應(yīng) 力 ，kN/m2；Ev2取120 MPa；N為循環(huán)荷載作用次數(shù)，取200萬(wàn)次。

依托京張（北京—張家口）高速鐵路實(shí)車動(dòng)態(tài)檢測(cè)，采用CRH380AJ‐0203 綜合檢測(cè)列車對(duì)動(dòng)車組通過(guò)有砟軌道時(shí)的動(dòng)力參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，列車運(yùn)行速度由180 km/h 逐級(jí)提升至385 km/h，有砟軌道和路基動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表4?？芍簽r青混凝土段內(nèi)的各項(xiàng)測(cè)試參數(shù)均小于標(biāo)準(zhǔn)路基段，說(shuō)明設(shè)置瀝青混凝土結(jié)構(gòu)后列車運(yùn)行穩(wěn)定性、軌道結(jié)構(gòu)剛度、軌道結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定性、軌道結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性、路基結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)均得到明顯改善。這主要是由于瀝青混凝土的彈性模量遠(yuǎn)高于級(jí)配碎石，采用10 cm 厚瀝青混凝土結(jié)構(gòu)代替等厚度基床表層級(jí)配碎石，可為軌道結(jié)構(gòu)提供更好的支撐，并吸收與分散了列車荷載的傳遞，改善了基床的受力狀態(tài)；加之瀝青混凝土屬于黏彈性材料，降低了軌道與路基結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。

表4 京張高速鐵路有砟軌道區(qū)段實(shí)車動(dòng)態(tài)檢測(cè)結(jié)果

基于上述對(duì)比分析，雖然中韓兩國(guó)在鐵路瀝青混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用層位存在明顯差異，但瀝青混凝土結(jié)構(gòu)帶來(lái)的有益效果基本相同［24-25］，主要可概括為以下三點(diǎn)：①作為防水層，防止雨水滲入，降低路基強(qiáng)度的下降與軟化風(fēng)險(xiǎn)；②作為強(qiáng)化層，通過(guò)分散列車荷載提高軌道與路基結(jié)構(gòu)承載能力；③作為隔離層，瀝青混凝土整體性強(qiáng)，可阻止泥漿與水分遷移，避免路基翻漿冒泥、凍脹等病害，降低運(yùn)維成本。

4 結(jié)論

1）韓國(guó)利用瀝青混凝土代替有砟軌道底砟或作為無(wú)砟軌道底座，并在軌道與瀝青混凝土結(jié)構(gòu)之間設(shè)置限位裝置，以滿足韓國(guó)鐵路提速運(yùn)營(yíng)要求；中國(guó)則采用瀝青混凝土代替部分基床表層級(jí)配碎石，以充分發(fā)揮瀝青混凝土防水性好、彈性好等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合兩國(guó)工程實(shí)踐，后續(xù)可從基于瀝青混凝土結(jié)構(gòu)的軌道與路基結(jié)構(gòu)優(yōu)化與性能提升開(kāi)展研究。

2）盡管中韓兩國(guó)采用不同方法進(jìn)行瀝青混凝土的配合比設(shè)計(jì)，但兩國(guó)均選用連續(xù)密實(shí)級(jí)配的類型，且礦料級(jí)配沒(méi)有明顯區(qū)別；在性能指標(biāo)方面，兩國(guó)均從防水抗?jié)B、抗水損害、低溫抗開(kāi)裂、高溫抗變形等方面提出相應(yīng)的指標(biāo)體系，但在技術(shù)要求上差異較大。總體來(lái)說(shuō)，中國(guó)氣候跨度大，加之配合比設(shè)計(jì)階段更關(guān)注瀝青混凝土的使用性能，瀝青混凝土性能的技術(shù)要求高于韓國(guó)。

3）韓國(guó)鐵路瀝青混凝土結(jié)構(gòu)推薦采用30 cm 厚的多層體系，考慮表面層受列車和環(huán)境影響最為顯著，故選用改性瀝青，其他結(jié)構(gòu)層則選用普通基質(zhì)瀝青。該設(shè)計(jì)思路為完善中國(guó)鐵路瀝青混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)體系提供了新思路，為提升鐵路瀝青混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性研究指明了方向，同時(shí)也將促進(jìn)兩國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的相互借鑒與融合。

4）雖然中韓兩國(guó)在瀝青混凝土結(jié)構(gòu)形式、材料性能方面存在明顯差異，但由瀝青混凝土結(jié)構(gòu)帶來(lái)的有益效果基本相同，瀝青混凝土結(jié)構(gòu)可作為防水層、強(qiáng)化層和隔離層，提升軌道與路基結(jié)構(gòu)的服役品質(zhì)。