CN105297571B - 一种泥岩填方路基结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泥岩填方路基结构及其施工方法。泥岩发育地区填筑路基时，在土基中设置汇水槽，在土基的表面铺设有不透水层，在不透水层上填筑泥岩层，在泥岩层上填筑封水调平层，在下路堤上填筑调平验收层，路床填筑改良土层。本发明采用“破碎机+推土机+羊足碾+分层振压+冲击补压”的组合压实方法，通过控制泥岩颗粒大小和均匀度，提升路基整体稳定性和强度，减少路基的不均匀沉降；避免了泥岩遇水软化、泥化现象；在保证工程质量的同时，使得改良土路床满足相关验收标准。实践证明，本发明在泥岩路基施工中具有较好的技术效果。

Description

一种泥岩填方路基结构及其施工方法

技术领域

本发明属于路基加固施工技术领域，特别涉及一种泥岩填方路基结构及其施工方法。

背景技术

泥岩是一种介于硬岩与土体之间的材料，主要矿物成分为高岭石、伊利石、蒙脱石、绢云母等，具有抗压强度低、易风化、遇水易软化、崩解、膨胀、填筑密实度对含水量敏感等特点，在我国范围内广泛分布。泥岩亲水性强，当水渗入时，细小颗粒的吸附水膜便会增厚，引起岩石体积的膨胀，这种膨胀是不均匀的，使得岩石内产生不均匀应力，导致岩石颗粒的碎裂。在公路工程建设中较为常见，是岩质较软、水稳性较差的天然筑路材料，直接利用泥岩填料填筑路基，容易引起诸多工程地质问题，对公路修建极其不利，影响施工质量，增加工程造价。

泥岩填料施工所存在的主要问题包括：

一是泥岩颗粒均匀度差，超粒径颗粒所占比例大，将其作为路基填料，不仅影响到路堤分层填筑厚度，而且对压实质量构成严重威胁；

二是泥岩是不同风化程度的颗粒掺杂在一起，很难区分，非填土路基亦非填石路基，也不完全等同于土石混填路基，施工方法并不能完全相互适应；

三是遇水软化问题，在降雨后，泥岩路基大面积软化、湿化、泥化现象明显，不能满足质量要求，需要将路基翻开、晾晒、回填，再重新碾压后才能继续填筑路基结构，这一情况极大地影响了工程施工进度，增加工程造价；

四是路基的防排水问题，在地下水丰沛地区，流动的地下水会对泥岩路基填料造成冲刷，同时因地下水浸润路基，发生毛细现象，路基承载能力降低，产生竖向沉降，容易发生因基底失稳产生的横向滑移；

五是实际施工中，若直接将泥岩填筑至路床底面，即填筑至路堤顶面，经常会遇到路床无论采用何种改良土填筑，如何增加碾压吨位和遍数，路床压实度都难以达到工程质量的要求。

路基承受着土体自重和路面结构的重力，是公路的承重主体。路基结构直接暴露在大气之中，经受着自然环境因素的影响，路基结构的强度、刚度及稳定性，很大程度上取决于路基的湿度变化，通过降雨、地面积水和地下水侵入，使路基产生各种不稳定状态。坚固的路基，不仅是路面强度和稳定性的重要保证，而且能为延长路面使用寿命创造有利条件。

随着高速公路在泥岩地区的大规模兴建，使得深入了解不同特性的泥岩路用性能显得尤为重要，对于泥岩段路基稳定技术的研究也就显得越发紧迫。目前，针对泥岩基本物理性质和工程特性的研究较多，但对物理性质和路用性能分级的泥岩填料处治和施工方案的研究存在明显滞后。

现有技术中的泥岩路基施工处理方式有三种：一是不考虑其施工工艺及强度，按一般石料填筑处理；二是按一般软土路基来处理，比如进行全部换填处理；三是按照土石混填来处理。然而这些方式都存在适用性、施工质量难以控制等问题，按填石处理易造成施工质量验收不合格，后期出现路基路面的大规模损坏，带来巨大的安全隐患；换填材料又增加工程造价，延长工期，破坏生态环境。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种泥岩填方路基结构及其施工方法，其可操作性强，能很大程度地减少水对泥岩路基的破坏，控制泥岩颗粒大小和均匀度，提高泥岩路基整体质量。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

一种泥岩填方路基结构包括在土基1中构筑汇水槽2，在土基1的表面铺设有不透水层3，在不透水层3上依次构筑下路堤4、上路堤5、路床6以及路面结构层7；在路基两侧分别构筑粘土护坡8；

所述汇水槽2是在土基1中沿道路中线构筑；

所述不透水层3是松铺的低液限粘土填筑层，或是厚度不小于0.8 mm的防水板；

所述下路堤4的结构形式是：在分三层填筑的泥岩层4a上覆盖封水调平层4b构筑而成；

所述上路堤5是指路面结构层以下80～150cm范围内的路基填方部分，所述上路堤5为二层以上的低液限粘土填筑构成调平验收层；

所述路床6是指路面结构层以下80cm范围内的路基部分，所述路床6为二层以上的改良土填筑构成；

所述路面结构层7是由水泥稳定碎石基层与沥青面层构成；

所述粘土护坡8是在路基两侧构筑水平宽为150～200cm的粘土坡。

优化的泥岩填方路基结构数据如下：

所述汇水槽的埋深低于地下水位线150cm，宽度为50～60cm的纵向排水设施；

不透水层3的低液限粘土填筑层的松铺厚度为20～35cm，所述防水板为HDPE防水板，拉伸强度不小于17 MPa、直角撕裂强度不小于110 N/mm；

下路堤4的泥岩层4a是分三层填筑，每层泥岩层4a的松铺厚度为30～45cm，所述封水调平层4b是覆盖在泥岩层4a上的松铺厚度为20～35cm的低液限粘土填筑层；

上路堤5的每层低液限粘土的松铺厚度为30～40cm；

所述路床6的每层改良土的松铺厚度为30～45cm；

所述路面结构层7的总厚度为70～80cm；

每侧粘土护坡8的坡度为1:1.5～1:1.75，中部的变坡处设置平台，平台的宽度为2m。

一种泥岩填方路基结构的施工具体操作步骤如下：

步骤1：沿道路中线在土基1中构筑汇水槽2，在汇水槽2中填筑碎砾石构成透水层，底部设置多孔预制混凝土管将水汇集后排出；

步骤2：在土基1的顶面进行清平碾压，检测压实度不低于90%，在压实后的土基表面铺设不透水层3，不透水层3选用低液限粘土时，采用25t钢轮振动压路机振动碾压2～3遍；不透水层3选用防水板时，防水板之间平整搭接并焊接成与土基1等宽的整体，搭接宽度为8～10 cm，两端收口部位嵌入地面的凹槽内，封土压紧密实；

步骤3：利用破碎机对泥岩进行在破碎，在不透水层3上分三层填筑破碎的泥岩，逐层采用推土机耙压2～3遍，剔除直径超过25cm的颗粒，再利用羊足碾进一步分解泥岩颗粒，再采用25t钢轮振动压路机，速度控制在2～3km/h，碾压4～5遍，检测压实度不小于93%，形成泥岩层4a；

步骤4：在泥岩层4a上填筑封水调平层4b，封水调平层4b采用25t钢轮振动压路机碾压2～3遍，之后采用冲击压路机进行冲击补压，检测压实度不小于93%；

步骤5：当下路堤4为一层基本构筑层的结构形式时，即已完成下路堤的施工，进入步骤6；当下路堤4为多层基本构筑层的结构形式时，按设定的基本构筑层的层数重复步骤3和步骤4，直至完成下路堤4的施工后进入步骤6；

步骤6：在下路堤4上分2～3层填筑低液限粘土，逐层采用25t钢轮振动压路机振动碾压3～4遍，检测压实度不小于94%，完成上路堤5的施工；

步骤7：在上路堤5上分2～3层填筑改良土，逐层采用25t钢轮振动压路机碾压4～5遍，检测压实度不小于96%，完成路床6的施工；

步骤8：按常规的施工方法完成粘土护坡8的施工。

优化的工艺条件如下：

所述冲击压路机是指三边形25KJCYZ25型双轮冲击压路机，行驶路线为沿椭圆绕圈行驶，直至覆盖整个路基，行驶速度为10～12km/h，冲击碾压5遍后改变冲压方向，一共冲击碾压15～20遍。

所述羊足碾的行驶速度为2～3km/h，每层碾压2～3遍，控制泥岩粒径不大于20cm。

所述改良土是在泥岩中掺入石灰，掺入石灰的量按重量百分比是改良土的6%～7%；所述改良土或是在泥岩中掺入水泥，掺入水泥的量按重量百分比是改良土的4%～5%。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明在土基上铺筑不透水层，有效防止了地下水或毛细水对上部路基的侵害；其汇水槽的构筑有效降低了土基地下水位，使得路基基底长年处于干燥状态；其路基两侧构筑粘土护坡，最大程度地减少水对泥岩路基边坡的破坏。

2、本发明在下路堤中采用多层铺筑基本构筑层的结构形式，其多层基本构筑层中交替填筑泥岩层和封水调平层，实现了多道防水，更好地控制了泥岩遇水软化和泥化的不良现象。

3、本发明分多层填筑低液限粘土形成上路堤，以其作为调平验收层，在保证工程质量的同时，解决了在泥岩路堤上直接填筑改良土作为路床压实度不能满足要求的问题。

4、本发明施工方法中采用破碎机、推土机和羊足碾的综合施工，对泥岩进行破碎，有效控制了泥岩颗粒大小和均匀度，提升了路基整体稳定性和强度。

5、本发明施工方法中通过分层填筑振压和冲击补压，其施工便捷，有效提高了路基的单层及整体强度和压实度，减少路基的不均匀沉降，延长路基整体寿命。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明中下路堤结构示意图。

图中标号：1土基，2汇水槽，3不透水层，4下路堤，4a泥岩层，4b封水调平层，5上路堤，6路床，7路面结构层，8粘土护坡。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地描述。

实施例1

以下以安徽省北沿江高速公路的实施为例具体说明本发明。

北沿江高速公路位于长江北岸江淮丘陵地形区，地质勘查表明：公路沿线分布的软岩主要为泥岩，K12～K17段泥岩与砂岩、砾岩等岩层交互发育，K24～K31段普遍发育泥岩，高速公路地域位置年均降水量为1000～1200mm。

参见图1，设计的泥岩填方路基结构包括在土基1中构筑汇水槽2，在土基1的表面铺设有不透水层3，在不透水层3上依次构筑下路堤4、上路堤5、路床6以及路面结构层7；在路基两侧分别构筑粘土护坡8；

汇水槽2是在土基1中沿道路中线构筑；汇水槽的埋深低于地下水位线150cm，宽度为50cm的纵向排水设施；

不透水层3是松铺的低液限粘土填筑层，低液限粘土填筑层的松铺厚度为30cm。

参见图2，下路堤4的结构形式是：在分三层填筑的泥岩层4a上覆盖封水调平层4b构筑而成。泥岩层4a分三层填筑，每层松铺厚度为35cm；封水调平层4b是覆盖在泥岩层4a上的松铺厚度为30cm的低液限粘土填筑层。

上路堤5是指路面结构层以下80～150cm范围内的路基填方部分，所述上路堤5为二层低液限粘土填筑构成调平验收层；每层低液限粘土的松铺厚度为35cm。

所述路床6是指路面结构层以下80cm范围内的路基部分，所述路床6为二层改良土填筑构成；每层改良土的松铺厚度为40cm。

所述路面结构层7是由水泥稳定碎石基层与沥青面层构成，路面结构层7的总厚度为80cm所述粘土护坡8是在路基两侧构筑水平宽为180cm的粘土坡，粘土护坡8的坡度为1:1.5，中部的变坡处设置平台，平台的宽度为2 m。

本实施例的施工中所作的主要施工机械设备表如下：

为了保证泥岩路基的施工质量，解决路基填料大规模取土，泥岩施工超粒径颗粒较多、非填土路基亦非填石路基、遇水软化、路基的防排水等不利问题。对泥岩填筑路基采取“破碎机+推土机+羊足碾”的工艺破碎泥岩；“分层填筑振压+冲击补压”的施工工艺交替填筑泥岩和封水调平层；在上路堤设置调平验收层；降雨来临前，在泥岩表层铺设低液限粘土以及路基基体两侧填筑粘土护坡的施工方法，已通过公路建设指挥部和监理单位的审核及鉴定，路基填筑质量完全能达到设计和技术规范要求。

具体的施工操作步骤如下：

步骤1：沿道路中线在土基1中构筑汇水槽2，在汇水槽2中填筑碎砾石构成透水层，底部设置多孔预制混凝土管将水汇集后排出；

步骤2：在土基1的顶面进行清平碾压，检测压实度不低于90%，在压实后的土基表面铺设不透水层3，不透水层3选用低液限粘土时，采用25t钢轮振动压路机振动碾压2～3遍；不透水层3选用防水板时，防水板之间平整搭接并焊接成与土基1等宽的整体，搭接宽度为8～10 cm，两端收口部位嵌入地面的凹槽内，封土压紧密实；

步骤3：利用破碎机对泥岩进行在破碎，在不透水层3上分三层填筑破碎的泥岩，逐层采用推土机耙压2～3遍，剔除直径超过25cm的颗粒，再利用羊足碾进一步分解泥岩颗粒，再采用25t钢轮振动压路机，速度控制在2～3km/h，碾压4～5遍，检测压实度不小于93%，形成泥岩层4a；

步骤4：在泥岩层4a上填筑封水调平层4b，封水调平层4b采用25t钢轮振动压路机碾压2～3遍，之后采用冲击压路机进行冲击补压，检测压实度不小于93%；

步骤5：当下路堤4为一层基本构筑层的结构形式时，即已完成下路堤的施工，进入步骤6；当下路堤4为多层基本构筑层的结构形式时，按设定的基本构筑层的层数重复步骤3和步骤4，直至完成下路堤4的施工后进入步骤6；

步骤6：在下路堤4上分2～3层填筑低液限粘土，逐层采用25t钢轮振动压路机振动碾压3～4遍，检测压实度不小于94%，完成上路堤5的施工；

步骤7：在上路堤5上分2～3层填筑改良土，逐层采用25t钢轮振动压路机碾压4～5遍，检测压实度不小于96%，完成路床6的施工；

步骤8：最后，按常规的施工方法完成粘土护坡8的施工。

对传统施工方案和本发明两种方案开展现场压实度检测，参考《公路路基施工技术规范》（JTGF10-2006）土质路堤压实度标准，发现传统施工方案下路床、上路床压实度均达不到96%，提高振动碾压遍数到8次以上，压实度仍然不合格，平均只有92%左右。本发明中，下路床压实度≥96%，上路床压实度≥98%，冲击碾压15遍后，泥岩路基回弹模量平均值增加了13.2MPa，压实度平均增长了1.2%。

此施工方法克服了远距调运借方土的困难，采用机械化施工工艺和关键技术，加快了施工进度，节约工期90余天；直接利用泥岩总工程量82万方，节约工程造价3250万元。将泥岩变废为宝，减小环境污染，达到绿色化和文明化施工并举的效果。

实施例2

本实施例的不透水层3是厚度不小于0.8 mm的防水板，防水板为HDPE防水板，拉伸强度不小于17 MPa、直角撕裂强度不小于110 N/mm。

其它结构同实施例1。

施工操作方法同实施例1。

Claims (6)

1.一种泥岩填方路基结构，其特征在于：所述路基结构包括在土基(1)中构筑汇水槽(2)，在土基(1)的表面铺设有不透水层(3)，在不透水层(3)上依次构筑下路堤(4)、上路堤(5)、路床(6)以及路面结构层(7)；在路基两侧分别构筑粘土护坡(8)；

所述汇水槽(2)是在土基(1)中沿道路中线构筑；

所述不透水层(3)是松铺的低液限粘土填筑层，或是厚度不小于0.8mm的防水板；

所述下路堤(4)的结构形式是：在分三层填筑的泥岩层(4a)上覆盖封水调平层(4b)构筑而成；

所述上路堤(5)是指路面结构层以下80～150cm范围内的路基填方部分，所述上路堤(5)为二层以上的低液限粘土填筑构成调平验收层；

所述路床(6)是指路面结构层以下80cm范围内的路基部分，所述路床(6)为二层以上的改良土填筑构成；

所述路面结构层(7)是由水泥稳定碎石基层与沥青面层构成；

所述粘土护坡(8)是在路基两侧构筑水平宽为150～200cm的粘土坡。

2.根据权利要求1所述的一种泥岩填方路基结构，其特征在于：

所述汇水槽的埋深低于地下水位线150cm，宽度为50～60cm；

不透水层(3)的低液限粘土填筑层的松铺厚度为20～35cm，所述防水板为HDPE防水板，拉伸强度不小于17MPa、直角撕裂强度不小于110N/mm；

下路堤(4)的泥岩层(4a)是分三层填筑，每层泥岩层(4a)的松铺厚度为30～45cm，所述封水调平层(4b)是覆盖在泥岩层(4a)上的松铺厚度为20～35cm的低液限粘土填筑层；

上路堤(5)的每层低液限粘土的松铺厚度为30～40cm；

所述路床(6)的每层改良土的松铺厚度为30～45cm；

所述路面结构层(7)的总厚度为70～80cm；

每侧粘土护坡(8)的坡度为1:1.5～1:1.75，中部的变坡处设置平台，平台的宽度为2m。

3.根据权利要求1所述的一种泥岩填方路基结构的施工方法，其特征在于按如下步骤进行：

步骤1：沿道路中线在土基(1)中构筑汇水槽(2)，在汇水槽(2)中填筑碎砾石构成透水层，底部设置多孔预制混凝土管将水汇集后排出；

步骤2：在土基(1)的顶面进行清平碾压，检测压实度不低于90％，在压实后的土基表面铺设不透水层(3)，不透水层(3)选用低液限粘土时，采用25t钢轮振动压路机振动碾压2～3遍；不透水层(3)选用防水板时，防水板之间平整搭接并焊接成与土基(1)等宽的整体，搭接宽度为8～10cm，两端收口部位嵌入地面的凹槽内，封土压紧密实；

步骤3：利用破碎机对泥岩进行破碎，在不透水层(3)上分三层填筑破碎的泥岩，逐层采用推土机耙压2～3遍，剔除直径超过25cm的颗粒，再利用羊足碾进一步分解泥岩颗粒，再采用25t钢轮振动压路机，速度控制在2～3km/h，碾压4～5遍，检测压实度不小于93％，形成泥岩层(4a)；

步骤4：在泥岩层(4a)上填筑封水调平层(4b)，封水调平层(4b)采用25t钢轮振动压路机碾压2～3遍，之后采用冲击压路机进行冲击补压，检测压实度不小于93％；

步骤5：当下路堤(4)为一层基本构筑层的结构形式时，即已完成下路堤的施工，进入步骤6；当下路堤(4)为多层基本构筑层的结构形式时，按设定的基本构筑层的层数重复步骤3和步骤4，直至完成下路堤(4)的施工后进入步骤6；

步骤6：在下路堤(4)上分2～3层填筑低液限粘土，逐层采用25t钢轮振动压路机振动碾压3～4遍，检测压实度不小于94％，完成上路堤(5)的施工；

步骤7：在上路堤(5)上分2～3层填筑改良土，逐层采用25t钢轮振动压路机碾压4～5遍，检测压实度不小于96％，完成路床(6)的施工；

步骤8：按常规的施工方法完成粘土护坡(8)的施工。

4.根据权利要求3所述的施工方法，其特征在于：所述冲击压路机是指三边形25KJCYZ25型双轮冲击压路机，行驶路线为沿椭圆绕圈行驶，直至覆盖整个路基，行驶速度为10～12km/h，冲击碾压5遍后改变冲压方向，一共冲击碾压15～20遍。

5.根据权利要求3所述的施工方法，其特征在于：所述羊足碾的行驶速度为2～3km/h，每层碾压2～3遍，控制泥岩粒径不大于20cm。

6.根据权利要求3所述的施工方法，其特征在于：所述改良土是在泥岩中掺入石灰，掺入石灰的量按重量百分比是改良土的6％～7％；所述改良土或是在泥岩中掺入水泥，掺入水泥的量按重量百分比是改良土的4％～5％。