一种防治高寒山区沟谷段软土路基冻融病害的路基结构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种防治高寒山区沟谷段软土路基冻融病害的路基结构。其结构特征是在坚硬土层置有碎石挤密桩，碎石挤密桩之间填有夯实土层，碎石挤密桩上部为级配碎石和砂复合褥垫层，级配碎石和砂复合褥垫层上部为碎石换填层，碎石换填层表面依次铺设水泥稳定砂砾基层和沥青混凝土面层，沥青混凝土面层坡脚两侧筑有渗沟和排水沟，并在渗沟底部、两侧包裹复合土工膜，排水沟两侧铺设复合土工膜，本实用新型专利技术不但显著提高地基承载力、减少沉降、增强路基稳定性，而且具有良好的降温效果和隔水效果，该结构防治了高寒山区沟谷段软土路基冻融病害的发生，确保了高寒山区软土路基安全稳定地运营。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种路基结构，具体是指一种防治高寒山区沟谷段软土路基冻融病害的路基结构。
技术介绍
软土指天然含水率高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩性高的细粒土，一般分布在我国北方江河、海边和湖泊地区松散沉积层等类似地质条件的地区，而这些地区基本处于无冻融影响或影响十分微弱的区域，因此常用的软土地基处理方法中都不需考虑冻融循环作用的影响。实际上，工程上将淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土、冲填土、杂填土和饱和含水粘性土等统称为软土，而这些土细颗粒含量高，是冻胀敏感性很强的土体，在冻结过程、尤其在有丰富水源补给的条件下极易发生冻胀，而在融化期，由于其内大量冰的融化，导致土体产生剧烈的沉陷，从而对工程造成严重危害。寒冷地区的公路建设经验和研究结果表明：在季节冻土区，尤其是深季节冻土区，在寒冬季节负温的影响下，一方面地表土层中孔隙水冻结成冰，体积膨胀（膨胀系数为9％）；另一方面，在降温冻结过程中，下部未冻土层中的水分源源不断地向上部冻结区迁移、聚集，并冻结成冰透镜体，出现大幅度隆胀，其总冻胀变形量变化在10～30cm不等，甚至可超过40cm。如此大的冻胀变形，会对公路产生极大的破坏，这也是季节冻土区公路工程病害的主要原因。寒冬季节路基中冻结聚冰后发生冻胀，路面高低不平，发生龟裂，但车辆仍可低速行驶。然至翌年春暖时令，表层路基中冰晶开始融化，土中孔隙水因基底冻结无法迅速排出，使地基土软化，承载力大大减小，甚至完全丧失。在车辆振动荷载作用下，产生翻浆冒泥现象，严重影响城乡交通。一般地，在软土地基上修筑公路最突出的问题是“稳定”和“沉降”，山区软土也不例外，同样具有压缩沉降量大、排水固结慢、地基稳定性差的特点，而且山谷软土地带一般地下水丰富，地基过湿、排水困难。所以，高寒山区沟谷段的软土路基同时面临着软土的“失稳”、“沉陷”和“冻害”三重问题。如何解决好高寒山区沟谷段软土路基的这三重问题，保证路基的长期稳定、确保公路安全运营就成为亟待解决的关键科学问题。我国研究人员在大量软土变形机理研究和工程实践总结基础上，提出了多种软土地基处理方法。这些处理措施包括：绕避、结构调整、挖除不良土体、地基处理。地基处理的目的是利用夯实、置换、排水固结、加筋和热力学以及复合地基等方法对地基土进行加固。但是在软土地基公路修筑过程中，很少有人同时考虑软土的“失稳”、“沉陷”和“冻害”三重问题以及相关的防治措施。因此，随着西部大开发的深入推进，高寒山区沟谷段软土路基的“失稳”、“沉陷”和“冻害”的三重问题是未来西部、西南部公路工程建设面临的突出问题，其一方面涉及土体加固技术，同时又涉及路基防冻融灾害工程措施的研究。因此急需相关研究和工程技术来解决这些问题。
技术实现思路
针对高寒山区沟谷段软土路基面临的“失稳”、“沉陷”和“冻害”的三重问题，本技术提供了一种防治高寒山区沟谷段软土路基冻融病害的路基结构。这种路基结构利用碎石换填层、级配碎石和砂复合褥垫层碎石挤密桩、排水沟、渗沟及复合土工膜结合使用的方法有效地增大路基的整体稳定性、提高路基承载力和减少路基沉降量、加速路基土排水固结，减小高寒山区沟谷段软土路基冻结深度，隔断地表水向路基渗流，从而减小路基的沉陷和冻胀变形。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种防治高寒山区沟谷段软土路基冻融病害的路基结构，是由沥青混凝土面层、水泥稳定砂砾基层、碎石换填层、级配碎石和砂复合褥垫层、碎石挤密桩、夯实土层、坚硬土层、渗沟、排水沟以及复合土工膜构成。在坚硬土层置有碎石挤密桩，碎石挤密桩之间填有夯实土层，碎石挤密桩上部为碎石和砂复合褥垫层，碎石和砂复合褥垫层上部为碎石换填层，碎石换填层表面依次铺设水泥稳定砂砾基层和沥青混凝土面层，沥青混凝土面层坡脚两侧筑有渗沟和排水沟，并在渗沟底部、两侧包裹复合土工膜，排水沟两侧铺设复合土工膜，渗沟底部设渗水管，渗沟及排水沟积水排至小里程处涵洞内。本技术的优点和产生的有益效果是：1、本技术由于采用了抗压强度高、降温效果好且排水固结作用明显的碎石换填层、碎石和砂复合褥垫层以及碎石挤密桩，显著地增大路基稳定性、提高了地基承载力、减小路基不均匀沉降，同时减小了路基的冻结深度，减小了冻胀变形。避免由于车载作用发生较大的变形引起路基、路面的反射裂缝，避免冻融循环作用引起的道路冻害，保证道路的安全稳定，为高寒山区沟谷段软基公路的运营和维护节省了大量的人力物力。2、本技术设计排水沟和渗沟，排出了路基坡脚积水等地表水，防止地表水向路基内部迁移，减小了路基冻胀变形的可能性，确保了路基的安全稳定。3、本技术中用到的主要材料是隧道弃渣，随着山区公路的大规模修建，不可避免的产生大量隧道弃渣，这些隧道弃渣如果随意丢弃将造成大量的水土流失和生态破坏。本技术将隧道弃渣作为筑路材料，不但使料尽其用，而且节约成本，做到隧道弃渣的资源化利用和合理优化配置，达到经济效益、社会效益和环境效益的协调统一。4、本技术结构简单，运输、施工都很方便，有利于广泛推广使用，具有较好的应用前景。附图说明图1是本技术横向剖面示意图，图2是图1的级配碎石和砂复合褥垫层中砂里铺设的双向土工格栅示意图。具体实施方式如图1所示，一种防治高寒山区沟谷段软土路基冻融病害的路基结构，是由沥青混凝土面层1、水泥稳定砂砾基层2、碎石换填层3、50cm厚的级配碎石和砂复合褥垫层4、碎石挤密桩5、排水沟8、渗沟9和复合土工膜10构成。在坚硬土层7置有碎石挤密桩5，桩径0.8～1.2m，间距小于3m。碎石挤密桩5之间填有夯实土层6，碾压密实。碎石挤密桩5上部为级配碎石和砂复合褥垫层4，砂里铺设双向土工格栅11。级配碎石和砂复合褥垫层4上部铺设碎石换填层3，碎石分层回填，分层压实，碎石换填层3的厚度为2m，碾压至规定的压实度且保持规定的横坡坡度确保路基本体内部水分沿着坡度向外迁移；在压实碎石换填层3表面依次铺设水泥稳定砂砾基层2和沥青混凝土面层1，路层面保持碎石换填层表面横坡坡度和路面坡度相同，碎石换填层3上部依次铺设水泥稳定砂砾基层2和沥青混凝土面层1，沥青混凝土面层1路基坡脚两侧筑有渗沟8和排水沟9，并在渗沟8底部、两侧包裹复合土工膜10，排水沟9两侧铺设复合土工膜10，渗沟8底部设渗水管，渗沟8及排水沟9积水排至小里程处涵洞内。该路基利用碎石换填层3、级配碎石和砂复合褥垫层4以及置于褥垫层下的碎石挤密桩5使土体强度得到提高，以达到提高地基承载力、削弱或控制路基的不均匀沉降、增大软弱土的整体稳定性的目的，该路基结构加固路基的效果主要来源于以下三种作用：一是置换作用，即地基的原软弱土被较高强度的碎石层和碎石挤密桩体置换而使地基强度产生增大的效应；二是挤密作用，因施工成桩过程中，桩周之间填土受到挤压力而使桩周土强度产生增大的效应；三是加速排水作用，水泥稳定砂砾基层2和沥青混凝土面层1路基坡脚两侧筑有渗沟8和排水沟9，渗沟及排水沟积水排至小里程处涵洞内，保护沥青混凝土面层1不受水的侵蚀，延长路基的使用寿命，从而提高地基承载能力。该路基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防治高寒山区沟谷段软土路基冻融病害的路基结构，是由沥青混凝土面层（1）、水泥稳定砂砾基层（2）、碎石换填层（3）、级配碎石和砂复合褥垫层（4）、碎石挤密桩（5）、夯实土层（6）、坚硬土层（7）、渗沟（8）、排水沟（9）以及复合土工膜（10）构成，其特征是在坚硬土层（7）置有碎石挤密桩（5），碎石挤密桩（5）之间填有夯实土层（6），碎石挤密桩（5）上部为级配碎石和砂复合褥垫层（4），砂中间加双向土工格栅（11），级配碎石和砂复合褥垫层（4）上部为碎石换填层（3），碎石换填层（3）表面依次铺设水泥稳定砂砾基层（2）和沥青混凝土面层（1），沥青混凝土面层（1）坡脚两侧筑有渗沟（8）和排水沟（9），并在渗沟（8）底部、两侧包裹复合土工膜（10），排水沟（9）两侧铺设复合土工膜（10）渗沟（8）底部设渗水管，渗沟（8）及排水沟（9）积水排至涵洞内。

【技术特征摘要】
1.一种防治高寒山区沟谷段软土路基冻融病害的路基结构，是由沥青混凝土面层（1）、水泥稳定砂砾基层（2）、碎石换填层（3）、级配碎石和砂复合褥垫层（4）、碎石挤密桩（5）、夯实土层（6）、坚硬土层（7）、渗沟（8）、排水沟（9）以及复合土工膜（10）构成，其特征是在坚硬土层（7）置有碎石挤密桩（5），碎石挤密桩（5）之间填有夯实土层（6），碎石挤密桩（5）上部为级配碎石和砂复合褥垫...

【专利技术属性】
技术研发人员：祁伟，牛富俊，牛永红，武立波，冯文杰，张以群，何爱妮，
申请(专利权)人：甘肃路桥建设集团有限公司，中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，
类型：新型
国别省市：甘肃;62