东北地区既有线运营经验表明,现有防水封闭层方案已经很难满足高寒地区高速铁路路基防水封闭的需要,这是导致路基冻胀和融沉的一个重要原因。对此,论文依托中国铁路总公司“高寒地区高速铁路路基冻胀综合防治技术试验研究”重大研究课题子课题“沥青混凝土封闭层试验”,通过查阅文献、现场调研、室内试验和数值分析,从原材料选择、配合比设计、路用性能、结构设计、施工工艺与质量控制等几方面开展系统研究,设计出适合于高寒地区高速铁路工程的新型沥青混凝土防水封闭层。论文基于高寒地区高速铁路沥青混凝土防水封闭层实施条件与工作条件,分析得到其应具备良好的防水性、低温抗裂性、高温稳定性、耐候性与整体性、与相邻构造物之间结合紧密、施工便利、易于控制、易维护性等性能,并提出相应的技术要求。通过分析沥青混合料的类型与基本特性,以浇注式和富油密级配沥青混合料为设计蓝本,制定出自密实和半自密实两类沥青混凝土防水封闭层方案。结合东北地区公路工程沥青混凝土应用实例与理论推导,提出我国东北高寒地区沥青胶结料应选用性能优良的改性沥青,且宜满足PG70-34等级要求。对此,本文研发出满足此要求的聚合物改性沥青PmB。利用浇注式和马歇尔设计方法进行自密实和半自密实沥青混合料的级配设计,得到相应的沥青混合料。通过室内试验,检测分析聚合物改性沥青(PmB)自密实与半自密实,及普通沥青(90号)半自密实三种沥青混凝土防水封闭层方案的施工和易性,高、低温性能,防水性能,耐久性,结构性能等关键性能。试验结果表明,聚合物改性沥青自密实与半自密实沥青混凝土均有良好的路用性能,普通沥青半自密实沥青混凝土难以满足高寒地区高铁工程的要求。运用有限元软件ABAQUS分析不同结构厚度、不同温度、不同劲度模量、不同线收缩系数、不同弹性模量对沥青混凝土防水封闭层温度应力的影响,并采用灰关联熵分析法对最大温度应力各影响因素的相对显著程度进行分析。综合考虑防水封闭层性能和经济效益两方面,沥青混凝土防水封闭层厚度宜设计为5cm。结合哈齐客运专线试验段,论文研究了自密实沥青混合料的拌和、运输、摊铺、细部处理等施工工艺,并提出相关技术要求和标准,检测和评价了自密实沥青混凝土防水封闭层试验段的路用性能。自密实沥青混凝土防水封闭层试验段表面较平整、外观密实、表面无渗水,主要路用性能达到或超过设计要求,整体状况良好。结果表明,在路基面设置的沥青混凝土防水封闭层具备防水隔渗功能,预期能对改善高速铁路路基的长期稳定起到一定作用。