一种膨胀土复合路基结构型式及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种膨胀土复合路基结构型式及其施工方法，膨胀土复合路基结构型式包括底部隔离层，膨胀土填芯区，边部加筋与防渗区，土工格室防护区，上路堤，路床，路面结构层。本发明专利技术的膨胀土复合路基可形成封闭的隔水或阻水系统，避免外界水分入渗膨胀土填芯区，保证膨胀土填芯区湿度稳定，保障膨胀土路基的长期性能稳定，同时，该路基结构型式不仅可最大限度利用沿线膨胀土作为路基填料，也可弥补周边无可用包边土源和化学改良污染环境的弊端，符合生态环保理念。

【技术实现步骤摘要】
一种膨胀土复合路基结构型式及其施工方法
本专利技术涉及一种膨胀土复合路基结构型式及其施工方法，属于公路路基领域。
技术介绍
膨胀土是一种富含强亲水性黏土矿物的特殊土，遇水膨胀、失水收缩，工程性质较差，在我国分布广泛。在我国高等级公路修建初期多采用掺水泥、石灰、矿渣混合料等对膨胀土进行化学改性处治，这对施工机械、工艺要求高，环保性差，且造成工程成本大幅增加。上世纪90年代中后期，基于保湿防渗基本原则，开始采用非膨胀性黏土/砾石土包盖(含互层)、土工格栅/土工格网边部加筋、土工布加固等物理改良方法的路基结构形式，在云南楚大高速、湖北宜黄一级公路、广西水南路与南友路、湖南常张路等得到成功应用。然而，一些膨胀土地区缺少包边土源，远距离运输大大增加工程造价。加筋法多需要采用CMA溶液进行深度1m的坡面喷播改良，施工复杂。土工布多进行全断面铺设，对大气环境显著影响范围考虑不足，造成工程费用增加。研究成果表明，干湿循环是影响膨胀土路基性能的关键因素，膨胀土路基的干湿循环影响深度仅为2m。膨胀土路基坡面防护多采用植草防护和骨架防护，但植草防护的耐冲刷性差，骨架防护易松动、脱空等。而土工格室是一种新型的高强度三维立体土工合成材料，耐久性、整体性和抗冲刷性好，立面加固效果优异，且绿化效果更佳。因此，膨胀土路基型式设计有必要应根据路基湿度影响因素及其影响程度、路基周边填料以及各防护措施优异性等综合确定。
技术实现思路
本专利技术旨在解决膨胀土作为路基填料的合理利用问题，考虑大气环境影响与显著影响深度，基于保湿防渗基本原则，提出一种加筋膨胀土和土工格室生态防护的复合路基结构型式及其施工方法。本专利技术的技术方案是：一种膨胀土复合路基结构型式，包括底部隔离层，膨胀土填芯区，边部加筋与防渗区，土工格室防护区，上路堤，路床，路面结构层。优选地，底部隔离层位于地基上方，用于防止地下水位上升或毛细水作用引起的水分向膨胀土填芯区迁移；膨胀土填芯区位于底部隔离层上方；上路堤位于膨胀土填芯区上方；路床位于上路堤上方；边部加筋与包边防渗区位于路基两侧边坡；土工格室防护区为膨胀土路基边坡坡面满铺土工格室。优选地，膨胀土填芯区包含第一土工格栅和第一复合土工布，第三土工格栅和第三复合土工布，膨胀土；边部加筋与包边防渗区包含第二土工格栅和第二复合土工布；其中，第一土工格栅和第一复合土工布依次满铺于底部隔离层上方并反包；在第一复合土工布上方填筑膨胀土，每填筑1～2m(4-8层)的膨胀土后于路基两侧依次铺设第二土工格栅和第二复合土工布并反包，直至填筑至膨胀土填芯区设计高程；在膨胀土填芯区设计高程处再依次满铺第三土工格栅和第三复合土工布。优选地，底部隔离层为孔隙率大、水稳性好的材料：砂砾、开山石渣、碎石土，填筑厚度不应小于50cm；膨胀土填芯区的填筑高度不超过8m，坡率为1:1.5～1:1.75；边部加筋与包边防渗区采用第二土工格栅和第二复合土工布将膨胀土填芯区的两侧反包其内，用于阻止降雨和边坡径流通过两侧边坡入渗膨胀土填芯区；边部加筋与包边防渗区的宽度不小于3.0m，反包宽度不小于1.0m；土工格室防护区采用钩形铆桩或U型钢筋锚固，固定间距1m左右，格室空间内填充种植土；上路堤可采用一般路基填料；路床宜采用硬质、中硬质的水稳性好的粗粒料：砂砾、碎石，也可采用级配好的材料：碎石土、砾石土。优选地，第一土工格栅、第二土工格栅、第三土工格栅选用双向塑料土工格栅；第一土工格栅满铺在底部隔离层之上，第二土工格栅铺设在边部加筋与防渗区和反包路基边坡坡面，第三土工格栅满铺在膨胀土填芯区顶面之上；第一复合土工布、第二复合土工布、第三复合土工布选用两布一膜的复合土工膜；第一复合土工布铺设在第一土工格栅之上，与膨胀土填芯区最下部相连；第二复合土工布铺设在第二土工格栅之上；第三复合土工布铺设在第三土工格栅之上，与上路堤相连；膨胀土复合路基结构型式适用于弱膨胀土和中膨胀土，不适用于强膨胀土。优选地，第一土工格栅、第二土工格栅、第三土工格栅张拉铺设时采用U形钉固定于下部填筑层之上；第一土工格栅的端部与该层第二土工格栅的适当位置用连接棒连接，张拉紧格栅并固定；下层第二土工格栅的端部与该层第二土工格栅的适当位置用连接棒连接，张拉紧格栅并固定；第三土工格栅的适当位置与下层反包的第二土工格栅端部用连接棒连接，张拉紧格栅并固定；第一土工格栅、第二土工格栅、第三土工格栅与第一复合土工布、第二复合土工布、第三复合土工布反包铺设完两天内应对路基边坡进行临时覆盖，避免裸露暴晒。优选地，在距第一土工格栅、第一复合土工布和第三土工格栅、第三复合土工布30cm以内的填料最大粒径不宜大于10cm，该填料为：砂砾、开山石渣、碎石土、砾石土；在对第一土工格栅、第一复合土工布、第二土工格栅、第二复合土工布、第三土工格栅、第三复合土工布形成的土工合成材料上第一层填料摊铺时，应采用倒车方式上料，不得直接在土工合成材料上碾压。一种膨胀土复合路基结构型式施工方法，包括如下步骤：步骤一，土工试验；试验内容包括天然含水率、液塑限、颗粒级配、最大干密度与最佳含水率、CBR与CBR膨胀量、自由膨胀率、标准吸湿含水率；步骤二，膨胀土工程性质评价，判定膨胀土等级，确定膨胀土是否可用；如适用，进入下一个步骤；不适用，舍弃；步骤三，测量放线；步骤四，根据设计要求对地基进行处理；步骤五，底部隔离层施工；步骤六，第一土工格栅及第一复合土工布铺设；步骤七，第一层膨胀土上料和摊铺；步骤八，碾压含水率检测；对膨胀土含水率进行检测，符合要求进行下一步骤的碾压；不满足要求的，进行翻松晾晒或洒水湿润；步骤九，根据试验路段确定的施工工艺进行碾压，并通过压实标准进行检测；对于不满足要求压实标准检测的，明确原因，并进行针对性措施；步骤十，膨胀土填筑及第二土工格栅和第二复合土工布铺设；步骤十一，第三土工格栅和第三复合土工布铺设；步骤十二，上路堤施工，具体为：在第三复合土工布的上方第一层路基上料采用后退式上料方式上料、摊铺，碾压成型；步骤十三，路床施工，按相关规范要求逐层碾压至路床顶面高程；步骤十四，进行路基交工验收；步骤十五，进行路面结构层施工。优选地，步骤一中的土工试验，其中CBR应测试不同含水率膨胀土试样的CBR，绘制CBR与含水率的关系曲线，根据膨胀土填芯区的CBR≥3％的要求，确定膨胀土填芯区的适用含水率范围；根据确定的适用碾压含水率范围，结合膨胀土击实曲线，确定该含水率范围内膨胀土填芯区的压实度。优选地，步骤五到步骤十一具体为：首先在处理好的地基填筑一层厚度不小于50cm的孔隙率大、水稳性好的材料：砂砾、开山石渣、碎石土，在其上依次满铺第一土工格栅和第一复合土工布，并预留一定长度的反包段；采用后退式的上料方式进行第一层膨胀土的上料，按照试验路段确定的松铺厚度、方格网面积和自卸车装载量将适量的膨胀土卸载到方格网内，并用推土机摊铺平整，根据试验路段确定的施工工艺进行碾压和压实标准本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种膨胀土复合路基结构型式，包括底部隔离层(2)，膨胀土填芯区(3)，边部加筋与防渗区(4)，土工格室防护区(5)，上路堤(6)，路床(7)，路面结构层(8)。/n

【技术特征摘要】
1.一种膨胀土复合路基结构型式，包括底部隔离层(2)，膨胀土填芯区(3)，边部加筋与防渗区(4)，土工格室防护区(5)，上路堤(6)，路床(7)，路面结构层(8)。


2.根据权利要求1所述的膨胀土复合路基结构型式，其特征在于，所述底部隔离层(2)位于地基(1)上方，用于防止地下水位上升或毛细水作用引起的水分向膨胀土填芯区(3)迁移；所述膨胀土填芯区(3)位于底部隔离层(2)上方；所述上路堤(6)位于膨胀土填芯区(3)上方；所述路床(7)位于上路堤(6)上方；所述边部加筋与包边防渗区(4)位于路基两侧边坡；所述土工格室防护区(5)为膨胀土路基边坡坡面满铺土工格室。


3.根据权利要求1或2所述的膨胀土复合路基结构型式，其特征在于，所述膨胀土填芯区(3)包含第一土工格栅(9)和第一复合土工布(10)，第三土工格栅(13)和第三复合土工布(14)，膨胀土；所述边部加筋与包边防渗区(4)包含第二土工格栅(11)和第二复合土工布(12)；其中，第一土工格栅(9)和第一复合土工布(10)依次满铺于所述底部隔离层(2)上方并反包；在第一复合土工布(10)上方填筑膨胀土，每填筑1～2m(4-8层)的膨胀土后于路基两侧依次铺设第二土工格栅(11)和第二复合土工布(12)并反包，直至填筑至膨胀土填芯区(3)设计高程；在膨胀土填芯区(3)设计高程处再依次满铺第三土工格栅(13)和第三复合土工布(14)。


4.根据权利要求1或2所述的膨胀土复合路基结构型式，其特征在于，所述底部隔离层(2)为孔隙率大、水稳性好的材料：砂砾、开山石渣、碎石土，填筑厚度不应小于50cm；所述膨胀土填芯区(3)的填筑高度不超过8m，坡率为1:1.5～1:1.75；所述边部加筋与包边防渗区(4)采用第二土工格栅(11)和第二复合土工布(12)将膨胀土填芯区(3)的两侧反包其内，用于阻止降雨和边坡径流通过两侧边坡入渗膨胀土填芯区(3)；所述边部加筋与包边防渗区(4)的宽度不小于3.0m，反包宽度不小于1.0m；所述土工格室防护区(5)采用钩形铆桩或U型钢筋锚固，固定间距1m左右，格室空间内填充种植土；所述上路堤(6)可采用一般路基填料；所述路床(7)宜采用硬质、中硬质的水稳性好的粗粒料：砂砾、碎石，也可采用级配好的材料：碎石土、砾石土。


5.根据权利要求3所述的膨胀土复合路基结构型式，其特征在于，第一土工格栅(9)、第二土工格栅(11)、第三土工格栅(13)选用双向塑料土工格栅；第一土工格栅(9)满铺在底部隔离层(2)之上，第二土工格栅(11)铺设在边部加筋与防渗区(4)和反包路基边坡坡面，第三土工格栅(13)满铺在膨胀土填芯区(3)顶面之上；第一复合土工布(10)、第二复合土工布(12)、第三复合土工布(14)选用两布一膜的复合土工膜；第一复合土工布(10)铺设在第一土工格栅(9)之上，与膨胀土填芯区(3)最下部相连；第二复合土工布(12)铺设在第二土工格栅(11)之上；第三复合土工布(14)铺设在第三土工格栅(13)之上，与上路堤(6)相连；膨胀土复合路基结构型式适用于弱膨胀土和中膨胀土，不适用于强膨胀土。


6.根据权利要求3所述的膨胀土复合路基结构型式，其特征在于，第一土工格栅(9)、第二土工格栅(11)、第三土工格栅(13)张拉铺设时采用U形钉(15)固定于下部填筑层之上；第一土工格栅(9)的端部与该层第二土工格栅(11)的适当位置用连接棒(16)连接，张拉紧格栅并固定；下层第二土工格栅(11)的端部与该层第二土工格栅(11)的适当位置用连接棒(16)连接，张拉紧格栅并固定；第三土工格栅(13)的适当位置与下层反包的第二土工格栅(11)端部用连接棒(16)连接，张拉紧格栅并固定；第一土工格栅(9)、第二土工格栅(11)、第三土工格栅(13)与第一复合土工布(10)、第二复合土工布(12)、第三复合土工布(14)反包铺设完两天内应对路基边坡进行临时覆盖，避免裸露暴晒。


7.根据权利要求3所述的膨胀土复合路基结构型式，其特征在于，在距第一土工格栅(9)、第一复合土工布(10)和第三土...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋常军，吴立坚，卞晓琳，李鹏，李生汀，韩志杰，
申请(专利权)人：交通运输部公路科学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11