一种改扩建公路分区域主动脱水路基结构及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种改扩建公路分区域主动脱水路基结构及施工方法，旧路基与新路基之间通过台阶开挖段拼接，新路基的底部铺设有毛细阻滞层，新路基内间隔铺设多层导电芯吸玄武岩纤维土工织物，导电芯吸玄武岩纤维土工织物的一端嵌入旧路基，分别连接直流电源正极和负极的导电芯吸玄武岩纤维土工织物在竖向上交替布置；新旧路拼接处下部的每两层导电芯吸玄武岩纤维土工织物之间均埋设有时域反射传感器，时域反射传感器与直流电源的控制器通讯连接，用于控制直流电源与对应导电芯吸玄武岩纤维土工织物的连通或断开。本发明专利技术兼具主动脱水和路基加筋复合功能，能够有效防治季冻区改扩建工程中冻融循环作用下产生的冻胀、差异沉降和翻浆冒泥等病害。翻浆冒泥等病害。翻浆冒泥等病害。

【技术实现步骤摘要】
一种改扩建公路分区域主动脱水路基结构及施工方法


[0001]本专利技术属于道路工程
，涉及一种改扩建公路分区域主动脱水路基结构及施工方法。

技术介绍

[0002]随着我国经济的发展，公路的交通量逐年递增，双向四车道高速公路大部分无法适应当前日益增长的交通量，对既有公路的加宽已成必然。传统的公路改扩建工程采用结合部位台阶开挖、土工格栅加筋、路基强夯、超载预压、换填轻质路基填料、软土地区采用桩承式基础等多种方法。季冻区高速公路改扩建工程则面临着更加复杂的条件。一方面，公路本身面临着在冻融循环、大温差与长时间的持续低温作用，这直接制约着路基路面的稳定性与耐久性；另一方面，新旧路基填土的颗粒组成、含水率、土体强度等方面的差异，以及新旧路基下天然地基的性状、固结程度不同。在路基自重、行车荷载以及自然环境作用下，易引发新旧路基之间的差异沉降、翻浆冒泥和空洞等病害，影响行车安全与公路耐久性，也增加了公路运营期的维修养护成本。
[0003]传统的改扩建路基差异沉降控制方法主要以路基路面力学为基础，并未考虑路基冻胀、新旧路基水分迁移等作用对寒区改扩建公路差异沉降的影响。室内试验和实际工程均证明，通过换填粗颗粒土的方法只能减少冻胀，不能消除水分迁移。路基土的强度与变形特性随含水量的升高而大幅降低，水分的迁移与积聚也是导致寒区路基冻胀主要诱因，新旧路基含水量的不同是产生差异沉降的因素之一。因此，如何有效控制季冻区新旧路基的含水量，是防治改扩建公路差异沉降、冻胀、翻浆冒泥等病害亟需解决的关键问题之一。
[0004]新旧路基的差异冻胀是季冻区改扩建工程面临的棘手问题。负温、冻敏性土和水分补给是产生路基冻胀的必要条件，传统的冻胀防治方法（如换填、保温法等）存在运输、施工成本高，稳定性与耐久性较差等问题，无法有效排出路基土中的毛细水，因而无法有效防止路基冻胀。改扩建工程中新旧路基的差异沉降主要由新旧路基填土的含水量、土体强度、固结程度的不同而引起的，大多数情况下旧路基土的含水量高于新路基土。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供一种改扩建公路分区域主动脱水路基结构，兼具主动脱水和路基加筋复合功能，能够有效防治季冻区改扩建工程中冻融循环作用下产生的冻胀、差异沉降和翻浆冒泥等病害。
[0006]本专利技术的另一目的是，提供一种改扩建公路分区域主动脱水路基结构的施工方法。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是，一种改扩建公路分区域主动脱水路基结构，旧路基与新路基之间通过台阶开挖段拼接，新路基的底部铺设有毛细阻滞层，新路基内间隔铺设多层导电芯吸玄武岩纤维土工织物，导电芯吸玄武岩纤维土工织物的一端嵌入旧路基，分别连接直流电源正极和负极的导电芯吸玄武岩纤维土工织物在竖向上交替布置；新旧路拼
接处下部的每两层导电芯吸玄武岩纤维土工织物之间均埋设有时域反射传感器，时域反射传感器与直流电源的控制器通讯连接，用于控制直流电源与对应导电芯吸玄武岩纤维土工织物的连通或断开。
[0008]进一步的，所述导电芯吸玄武岩纤维土工织物通过导电芯吸玄武岩纤维纵横编制得到，导电芯吸玄武岩纤维为芯吸纤维表面涂覆厚度0.1
‑
5μm的碳黑涂层得到，芯吸纤维为连续玄武岩纤维。
[0009]进一步的，所述导电芯吸玄武岩纤维的截面为圆形、十字形、三叶形、H形或T形。
[0010]进一步的，所述导电芯吸玄武岩纤维的直径为5
‑
20μm，导电芯吸玄武岩纤维的抗拉强度2.5
‑
3GPa。
[0011]进一步的，所述导电芯吸玄武岩纤维土工织物伸入旧路基的宽度至少为1.0m，以确保导电芯吸玄武岩纤维从旧路基中吸收水分。
[0012]进一步的，所述导电芯吸玄武岩纤维的电阻率不超过10
‑3Ω
·
m。
[0013]进一步的，相邻两层所述导电芯吸玄武岩纤维土工织物的间距不小于0.3m。
[0014]进一步的，所述毛细阻滞层为砂土或砾石，毛细阻滞层与下方的地基之间铺设有反滤层。
[0015]进一步的，所述旧路基的顶部为旧面层，旧面层预留50
‑
100 cm宽的搭接段。
[0016]一种改扩建公路分区域主动脱水路基结构的施工方法，包括以下步骤：S1，原地面清表，填前碾压；S2，在地基上铺设毛细阻滞层；S3，在毛细阻滞层上铺设新路基、压实，新路基与旧路基的填料保持一致；S4，新路基内铺设导电芯吸玄武岩纤维土工织物，确保导电芯吸玄武岩纤维土工织物的一端至少1m嵌入旧路基，导电芯吸玄武岩纤维土工织物的纤维轴垂直于道路行车方向；S5，旧路基与新路基之间通过台阶开挖段拼接；S6，重复S3
‑
S5步骤，在新路基内间隔铺设多层导电芯吸玄武岩纤维土工织物，分别连接直流电源正极和负极的导电芯吸玄武岩纤维土工织物在竖直方向上交替布置；新旧路拼接处下部的每两层导电芯吸玄武岩纤维土工织物之间均埋设时域反射传感器，时域反射传感器与直流电源的控制器通讯连接，用于控制直流电源与对应导电芯吸玄武岩纤维土工织物的连通或断开；随着路基土含水量降低，导电芯吸玄武岩纤维土工织物的电渗排水效率逐渐降低，当路基土含水量低于阈值时，断开直流电源与对应导电芯吸玄武岩纤维土工织物的连接。
[0017]本专利技术的有益效果是：1.本专利技术实施例提出的路基结构兼具具有电渗排水、芯吸主动脱水和路基加固的三重作用，能够有效防治季冻区改扩建工程中的冻胀、差异沉降和翻浆冒泥等病害。通过导电芯吸玄武岩纤维土工织物克服了传统电渗法采用金属电极存在的表面腐蚀、电势损失的问题；同时，微米级的纤维丝具有较强的表面张力，能起到芯吸作用，从周围土体吸收水分，将电渗迁移到阴极附近的水分及时导出，平衡新旧路基土之间的水分差异并有效阻断路基冻胀的水分补给，有效缓解新旧路基因含水量差异而导致的不均匀冻胀。导电芯吸玄武岩纤维土工织物能够增强新旧路基衔接处抗剪强度，能够有效分散工作区的交通荷载，避免
路基土产生塑性变形，减小新旧路基的沉降差。
[0018]2.根据不同区域含水量传感器反馈的信息，控制该区域电渗排水系统的局部开启与关闭，实现路基各区域水分分布的针对性调节。在某区域含水量较低时，电渗效率也会随之降低，系统自动停止工作，无需人工操作，能够有效解决传统电渗法能耗高的问题，提高了能源的利用效率。此外，导电芯吸玄武岩纤维土工织物既能作为阴极又可作阳极，可通过电极的转换来实现水分的双向迁移。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1a是季冻区改扩建路基病害前示意图。
[0021]图1b是季冻区改扩建路基病害形成后的示意图。
[0022]图2是本专利技术实施例季冻区改扩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改扩建公路分区域主动脱水路基结构，旧路基（4）与新路基（5）之间通过台阶开挖段（15）拼接，其特征在于，新路基（5）的底部铺设有毛细阻滞层（12），新路基（5）内间隔铺设多层导电芯吸玄武岩纤维土工织物（13），导电芯吸玄武岩纤维土工织物（13）的一端嵌入旧路基（4），分别连接直流电源（16）正极和负极的导电芯吸玄武岩纤维土工织物（13）在竖向上交替布置；新旧路拼接处（3）下部的每两层导电芯吸玄武岩纤维土工织物（13）之间均埋设有时域反射传感器（14），时域反射传感器（14）与直流电源（16）的控制器通讯连接，用于控制直流电源（16）与对应导电芯吸玄武岩纤维土工织物（13）的连通或断开。2.根据权利要求1所述一种改扩建公路分区域主动脱水路基结构，其特征在于，所述导电芯吸玄武岩纤维土工织物（13）通过导电芯吸玄武岩纤维纵横编制得到，导电芯吸玄武岩纤维为芯吸纤维（18）表面涂覆厚度0.1
‑
5μm的碳黑涂层（17）得到，芯吸纤维（18）为连续玄武岩纤维。3.根据权利要求1所述一种改扩建公路分区域主动脱水路基结构，其特征在于，所述导电芯吸玄武岩纤维的截面为圆形、十字形、三叶形、H形或T形。4.根据权利要求1所述一种改扩建公路分区域主动脱水路基结构，其特征在于，所述导电芯吸玄武岩纤维的直径为5
‑
20μm，导电芯吸玄武岩纤维的抗拉强度2.5
‑
3GPa。5.根据权利要求1所述一种改扩建公路分区域主动脱水路基结构，其特征在于，所述导电芯吸玄武岩纤维土工织物（13）伸入旧路基（4）的宽度至少为1.0m，以确保导电芯吸玄武岩纤维从旧路基（4）中吸收水分。6.根据权利要求1所述一种改扩建公路分区域主动脱水路基结构，其特征在于，所述导电芯吸玄武岩纤维的电阻率不超过10
‑3Ω
·
m。7.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：林闯，张锋，李展赫，唐康为，赵含，秦卫军，董乃宝，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：