CN103498396B - 利用废旧轮胎片体配合加筋处理路基的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用废旧轮胎片体配合加筋处理路基的方法，1)将废旧轮胎回收并切片，对实际工程路基用土取样，掺入废旧轮胎回收切片，并进行固结排水的三轴压缩试验；根据其抗剪强度结果决定最佳配比，依此对路基填土进行改造；2)在平整压实的场地上安装土工格栅，其主要受力方向垂直于路堤轴线方向，用插钉及土石压重固定，使格栅在土中为绷直受力状态；3)当格栅铺设定位后，应及时填土覆盖，裸露时间不得超时48小时，4)在加筋土工程中，一定要作好排水处理，必要时，应设置土工布。该方法能够改善路基透水性能；通过增大土体内摩擦角，提高抗剪强度；减轻土体自重，使得地基不均匀沉降问题得到缓解，减小挡墙土压力，优化路基结构。

Description

利用废旧轮胎片体配合加筋处理路基的方法

技术领域

本发明涉及一种土木工程技术，尤其是一种利用废旧轮胎片体配合加筋处理路基的方法。

背景技术

目前，汽车工业蓬勃发展的今天，废旧轮胎污染问题正越来越严重地威胁着人类生存的环境。作为最大轮胎生产国及消费国之一，我国每年报废轮胎数量达2.5亿之多。其传统处理方式诸如：焚烧、填埋、堆存、土法炼油等不仅造成了大量资源浪费，也带来了环境污染、消防安全、疾病传播等诸多社会问题。

另一方面，道路工程中，裸露在大气中的路基，经受着土体自重、行车荷载及各种偶然因素的共同作用，造成路基本身沉缩及地基不均匀沉降，引起标高、边坡坡度的改变，严重时将危及路基的整体性及稳定性，产生边坡滑塌等道路病害。造成这些状况的原因除设计、施工的缺陷外，很大一部分是由于受现有路基材料性能所限。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种利用废旧轮胎片体配合加筋处理路基的方法，该方法能够改善路基透水性能；通过增大土体内摩擦角，提高抗剪强度；同时减轻了土体自重，使得地基不均匀沉降问题得到缓解，同时，减小挡墙土压力，优化路基结构。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种利用废旧轮胎片体配合加筋处理路基的方法，包括：

1)将回收后的废旧轮胎去筋处理，使用轮胎切割机对轮胎进行循环切片，循环次数应使所得片体的平均当量直径达到30cm，将该片体与普通路基土按体积比1:1的比例混合，作为新型路基填土；

2)在平整压实的场地上安装土工格栅，其主要受力方向垂直于路堤轴线方向，铺设要平整，无皱折，尽量张紧；用插钉及土石压重固定，铺设的格栅主要受力方向是通长无接头，幅与幅之间的连接通过人工绑扎搭接，搭接宽度不小于10cm；根据路堤基本设计资料决定铺设层数，层与层之间应错缝；大面积铺设后，要整体调整其平直度；当填盖一层土后，未碾压前，应再次用人工或机具张紧格栅，力度要均匀，使格栅在土中为绷直受力状态；

3)当格栅铺设定位后，应及时填土覆盖，裸露时间不得超时48小时，亦可采取边铺设边回填的流水作业法；先在两端摊铺填料，将格栅固定，再向中部推进；碾压的顺序是先两侧后中间；碾压时压轮不能直接与筋材接触，未压实的加筋体不允许车辆在上面行驶，以免筋材错位；分层压实厚度为20-30cm；压实度必须达到设计规范要求；

4)在加筋土工程中，一定要作好排水处理；要做好护脚，防冲刷；在土体内要设置滤、排水措施，必要时，应设置土工布。

本发明的有益效果是，考虑到橡胶材料具有寿命长、重量轻、透水性强、防冻、抗震性能好等工程特性，本发明提出采用废旧轮胎片体作为一种轻型路基填料，辅之以加筋处理的新型路基处理方法。该方法能够改善路基透水性能；通过增大土体内摩擦角，提高抗剪强度；同时减轻了土体自重，使得地基不均匀沉降问题得到缓解。该片体作为挡墙回填土填料时时，能显著减小主动土压力，优化路基结构。此外，不同于现有的橡胶胶粉应用技术，对轮胎片体的直接土工利用更具有施工工艺简单，生产、维修成本低廉等优点，具备更为广阔的发展与应用前景。

附图说明

图1是本发明均匀布筋示意图；

图2是实施例2中某梁桥重力式桥台台后填土构造示意图；

其中1.刚体旋转机构，2.对数螺旋滑裂面，3.土工格栅，4.复合体填土。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

工作原理

(1)本发明涉及的路基为废旧轮胎片体—土工格栅—土三相复合体。其中，废旧轮胎片体采用长宽尺寸为50-300mm片状粗块，密度约为1.3g/cm³，属于轻质填料，复合体路基平均密度较普通路基大幅减小，使地基所受压力降低。根据无侧向变形条件下土层压缩量公式计算地基固结沉降量（式2）：

$S=\frac{1}{E_s}\mathrm{\ΔpH}---\left(2\right)$

式中S——土层压缩量（m）；

E_s——压缩模量（kPa）；

Δp——压力增量（kPa）；

H——土层高度（m）。

由于作用于地基上的压力增量Δp值减小，从而有效限制了地基固结沉降。

对于地基的瞬时沉降有如下公式（式3）：

$S_d=\mathrm{\ω}\frac{p_o\·B}{E_u}(1-{\mathrm{\μ}}^2)---\left(3\right)$

式中：S_d——瞬时沉降量（m）；

ω——沉降系数，与受荷面形状有关；

p_o——基底附加应力（kPa）；

μ--土的泊松比；

E_u——不排水变形模量（kPa），根据不排水抗剪强度C_u和E_u的经验关系式求得。

当路基平均重量减小，基底附加应力p_o减小，瞬时沉降量也随之降低。

此外，由广义胡克定律推出式2中压缩系数E_s与固体材料的变形模量E有如下近似关系（式4）：

$E_s=E{(1-\frac{2{\mathrm{\μ}}^2}{1-\mathrm{\μ}})}^{-1}---\left(4\right)$

式中：μ——土的泊松比。

因大尺寸的废旧轮胎片体材料的加入，路基土体的变形模量E得到了极大提升，相应压缩模量E_s增大，相同荷载条件下路基本身压缩量也得以减小。

(2)土工格栅作为加筋材料，在该复合体中不仅能起到固定片体相对位置的作用，同时也对路基稳定性具有直接和间接的加强。本发明涉及路基采用均匀布筋形式，土体破坏机构为刚体旋转机构1，破坏面为对数螺旋滑裂面2，其结构如图1所示：

图中n为筋材层数，其竖向间距s=H/n,定义布筋密度k₀为单位高度土体内筋材的抗拉强度，即：

k₀=T/s    (5)

建立外力做功与土体能量耗散方程，通过极限分析方法，计算得到均匀布筋形式下加筋土边坡临界高度H_cr如下：

式中：c——粘聚力（kPa）；

——内摩擦角（°）；

γ——土的重度（kN/m³）；

A——H/r₀；r₀为对数螺旋滑裂面与路基上表面交点处半径值；

$f_2=\frac{1}{6}\frac{L}{r_0}(2\cos {\mathrm{\θ}}_0-\frac{L}{r_0})\sin {\mathrm{\θ}}_0;$

加筋对临界高度H_cr影响如表1所示。

表1加筋对路基临界高度的影响

可见相对于普通路基，加筋土路基临界高度增大，路基稳定性增强，并且布筋密度越大，这种增强作用越显著。同时，式6表明，由于废旧轮胎片体降低了土体平均重度γ，复合体路基的临界高度H_cr值增大，从而进一步提高了路基稳定性。

(3)作为挡墙及桥台台后填土时，不计荷载引起的应力，复合体作用于构造物形心的主动土压力E_α可根据粘性土朗肯主动土压力公式（式7）计算：

$E_{\text{\α}}=\frac{1}{2}\mathrm{\γ}{H}^2{K}_{\mathrm{\α}}-2\mathrm{cH}\sqrt{K_{\mathrm{\α}}}---\left(7\right)$

式中：γ——土的重度（kN/m³）；

H——填土高度（m）；

K_α——朗肯理论的主动土压力系数，为土体内摩擦角；

c——粘聚力（kPa）。

复合体较普通路基填土重度减小，内摩擦角和粘聚力均增大，由式7关系推得挡墙主动土压力减小。

(4)此外，大尺寸的废旧轮胎片体改变了土的级配，其效果是使土体渗透系数增大，减少路基积水，从而进一步减小饱和土体的平均重度，有效限制了地基沉降效应并增强了路基稳定性。在温润季冻地区，低湿度路基能有效缓解路面翻浆及冻胀问题。

实施例1：

某重力式挡墙后回填土采用废旧轮胎片体加筋复合材料，填土高度5m，废旧轮胎片体占材料总体体积比率约为50%，天然橡胶与原土体平均重度之比约为1:17，路基土体自重减少约45%。受土体自重减少和内摩擦角增大的双重影响，无外部荷载情况下，朗肯土压力理论的重力式挡墙主动土压力降低约58%。填土经分层压实，分层厚度30cm，压实度大于95%，实测CBR值达60%。平均渗透系数2mm/s，具有高渗透性。土工格栅沿竖向均匀分布，幅间绑扎搭接，搭接宽度20cm，层间错缝布置。通过原位十字板剪切试验所得的复合体平均抗剪强度达260kPa。

实施例2：

某四跨混凝土梁桥的重力式桥台台后填土采用废旧轮胎片体加筋复合材料，其构造如图2所示。其中均布土工格栅3和由废旧轮胎片体和土组成的复合体填土4。

废旧轮胎片体占材料总体体积比率约为40%，天然橡胶与原土体平均重度之比约为1:17，路基土体自重减少约35%。填土经分层压实，分层厚度30cm，压实度大于95%，平均渗透系数1.5mm/s，具有高渗透性。天然地基为粉质粘土，塑性指数为12，不计桥台基底附加应力，复合体填土4引起的地基沉降约为2.5cm，小于由式2和式3估算得到的普通填土地基总沉降理论值。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.一种利用废旧轮胎片体配合加筋处理路基的方法，其特征是，包括：

1))将回收后的废旧轮胎去筋处理，使用轮胎切割机对轮胎进行循环切片，循环次数应使所得片体的平均当量直径达到30cm，将该片体与普通路基土按体积比1:1的比例混合，作为新型路基填土；

2)在平整压实的场地上安装土工格栅，其主要受力方向垂直于路堤轴线方向，铺设要平整，无皱折，尽量张紧；用插钉及土石压重固定，铺设的格栅主要受力方向是通长无接头，幅与幅之间的连接通过人工绑扎搭接，搭接宽度不小于10cm；根据路堤基本设计资料决定铺设层数，层与层之间应错缝；大面积铺设后，要整体调整其平直度；当填盖一层土后，未碾压前，应再次用人工或机具张紧格栅，力度要均匀，使格栅在土中为绷直受力状态；

3)当格栅铺设定位后，应及时填土覆盖，裸露时间不得超时48小时，亦可采取边铺设边回填的流水作业法；先在两端摊铺填料，将格栅固定，再向中部推进；碾压的顺序是先两侧后中间；碾压时压轮不能直接与筋材接触，未压实的加筋体不允许车辆在上面行驶，以免筋材错位；分层压实厚度为20-30cm；压实度必须达到设计规范要求；

4)在加筋土工程中，一定要作好排水处理；要做好护脚，防冲刷；在土体内要设置滤、排水措施，必要时，应设置土工布。