CN105672076B

CN105672076B - 一种隔水路基结构

Info

Publication number: CN105672076B
Application number: CN201610133735.0A
Authority: CN
Inventors: 李植淮; 李连友; 沈兆普; 贾其军; 曾峰; 罗志刚
Original assignee: China Road and Bridge Corp
Current assignee: China Road and Bridge Corp
Priority date: 2016-03-09
Filing date: 2016-03-09
Publication date: 2018-05-25
Anticipated expiration: 2036-03-09
Also published as: CN105672076A

Abstract

本发明提供了一种隔水路基结构，该隔水路基结构包括：黑棉土路基基底；位于所述基底两侧、且与所述基底相连的至少两处第一隔水层；位于所述基底顶部、且与所述至少两处第一隔水层顶部贴合设置的第二隔水层。采用本发明提供的路基隔水结构，能够阻断大气和路基基底中的黑棉土进行水气交换，保证路基基底中的黑棉土不受大气降雨和蒸发的影响，使得路基基底中的黑棉土的含水量保持稳定，从而保证了路基的稳定性。

Description

一种隔水路基结构

技术领域

本发明涉及公路建设领域，特别是涉及一种隔水路基结构。

背景技术

黑棉土在东部非洲广泛分布，是一种在地质过程中形成的多裂隙并且具有显著胀缩特性的特殊土，成分以蒙脱石或蒙脱石/伊利石混层结构为主，并含有少量高岭石、埃洛石。含水量变化剧烈的影响着黑棉土的工程特性，在含水量保持稳定的情况下，黑棉土具有较好的强度和稳定性。随着大气降雨和蒸发，黑棉土表现出反复胀缩的特性，由于黑棉土具有较小的渗透系数，使得路基出现不均匀变形，进一步造成路面结构出现开裂或断裂。

大气降雨时，黑棉土路基边坡外部会剧烈的吸水而发生膨胀变形，内部因没有水的渗入而未发生变形，因此形成路基的不均匀变形而造成路面结构的路肩翘起，严重时路面结构会形成纵向开裂。蒸发时，黑棉土路基边坡外部由于失水而发生收缩，而路基内部土体未发生变形，从而造成路面结构中部拱起而形成基地脱空，在行车荷载的作用下而发生路面断裂病害。因此自然条件下的黑棉土不适宜作为路基填料，一般以弃方处理，这样不仅造成了巨大的经济损失，而且还造成水土流失。

现有技术中，黑棉土路基的处治方式以地基换填为主，主要为换填地基表面1m左右黑棉土为非膨胀土、碎石土或各类无机结合料处治土。换填过的黑棉土不能作为路基填料使用，只能作为弃方处理，这样就会造成巨大的浪费，并伴随着水土流失问题。另外，换填厚度有限，一般为1m，而黑棉土地区大气影响深度一般为3-4m，大气降雨和蒸发还是会影响到换填厚度以下的黑棉土，从而造成处治措施失效。

黑棉土路基的另一种处治方法为路堤包边，其基本思路为以黑棉土为路堤填芯，路堤外部使用3-4m非膨胀土或碎石土进行包边，并取得了一定的效果，但这种方法的应用受到一定的限制，仅限在高路堤中使用。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的隔水路基结构。

基于本发明的一个方面，提供了一种隔水路基结构，包括：

黑棉土路基基底；

位于所述基底两侧、且与所述基底相连的至少两处第一隔水层；

位于所述基底顶部、且与所述至少两处第一隔水层顶部贴合设置的第二隔水层。

可选地，所述至少两处第一隔水层由铺设在所述基底两侧开挖的沟槽内的防渗土工布和回填的级配碎石组成。

可选地，所述至少两处第一隔水层中的级配碎石的加州承载比大于15％。

可选地，所述沟槽的宽度为300mm，深度为2500mm。

可选地，所述防渗土工布的材料的厚度≥2.5mm，断裂强力≥17.5kN/m，断裂伸长率为40～80％，加州承载比顶破强力≥3.0kN，撕破强力≥0.49kN/m。

可选地，所述第二隔水层由级配碎石组成。

可选地，所述第二隔水层中的级配碎石的最大粒径不大于31.5mm，并采用连续级配结构。

可选地，所述第二隔水层中的级配碎石的加州承载比大于15％，压实度不小于98％。

可选地，所述第二隔水层的厚度为300mm。

本发明实施例提供的隔水路基结构，在黑棉土路基基底两侧设置第一隔水层，在黑棉土路基基底顶部设置第二隔水层。其中，第一隔水层阻断路基周边的水渗流到路基范围内，第二隔水层阻断地下水上升到路面结构或路面上的水渗入到路基内部。通过设置的第一隔水层和第二隔水层，阻断了大气和路基基底中的黑棉土进行水气交换，保证路基基底中的黑棉土不受大气降雨和蒸发的影响，使得路基基底中的黑棉土的含水量保持稳定，从而保证了路基的稳定性，避免了由于路基基底中的黑棉土发生吸水膨胀或失水收缩导致路基出现不均匀变形的问题，进而也避免了因路基不均匀变形导致的路面结构开裂或者断裂的问题。另外，本发明实施例提供的隔水路基结构，黑棉土能够作为路基填料，避免了路基表面的黑棉土的换填处治，降低了工程造价，利于水土保持，缓解环境压力。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的隔水路基结构的断面图；

图2示出了根据本发明一个实施例的黑棉土路基6种不同深度处的黑棉土含水量的变化示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的3种不同级配类型对应的CBR测试件的CBR测试结果图；

图4示出了根据本发明一个实施例的4种不同最大控制粒径的级配类型的CBR测试结果图；

图5示出了根据本发明一个实施例的黑棉土路基的湿胀量与黑棉土路基基底压实含水率的关系示意图；

图6示出了根据本发明一个实施例的利用等效位移法计算刚度补偿层厚度的示意图；以及

图7示出了根据本发明一个实施例的隔水路基结构的施工步骤的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种隔水路基结构。图1示出了根据本发明一个实施例的隔水路基结构的断面图。参见图1，该隔水路基结构包括：

黑棉土路基基底11；

位于路基基底11两侧、且与路基基底11相连的至少两处第一隔水层12；

位于路基基底11顶部、且与至少两处第一隔水层12顶部贴合设置的第二隔水层13。

在本发明的一个优选实施例中，参见图1，第一隔水层12至少包括：

沿路基基底两侧开挖的沟槽内壁铺设的防渗土工布121，以及沟槽内回填的级配碎石122。

防渗土工布具有强度高、摩擦系数大、耐穿刺的特点，因此，能够增强由防渗土工布包围的级配碎石的抗拉强度和抗变形能力，进一步增强路基结构的稳定性。在本发明的一个优选实施例中，防渗土工布的材料要求至少包括：

在本发明的一个优选实施例中，沟槽内回填的级配碎石的加州承载比大于15％。其中，加州承载比(California bearing ratio，简称CBR)是一种评定基层材料承载能力的试验方法，承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力进行表征，并采用标准碎石的承载能力为标准，以相对值的百分数表示CBR值。

影响沿路基基底两侧开挖的沟槽的深度的因素主要为大气因素。为了确定黑棉土路基的大气影响深度，本发明实施例中，通过有限元软件(例如，ABAQUS)建立数值模型，分析降雨、蒸发条件下黑棉土路基不同深度处黑棉土含水量随时间的变化。本发明实施例以黑棉土路基深度为0m、0.5m、1.5m、2.5m、3.5m以及4.5m处的黑棉土作为测量对象，对6种不同深度处的黑棉土的含水量进行测量。图2示出了根据本发明一个实施例的黑棉土路基6种不同深度处的黑棉土含水量的变化示意图，其中，示意图中的横坐标轴代表时间，纵坐标轴代表黑棉土的含水量(％)。参见图2，分别由6种不同的标记符号形成6条不同的曲线，该6条曲线分别代表黑棉土路基深度为0.0m、0.5m、1.5m、2.5m、3.5m以及4.5m处的黑棉土的含水量的变化示意图。从图2中得出，黑棉土路基深度为0m、0.5m、1.5m、2.5m处的黑棉土的含水量受大气降雨、蒸发的因素比较明显，而黑棉土路基深度2.5m以下的黑棉土基本不受降雨蒸发的影响，因此，可以确定黑棉土路基中受大气影响的黑棉土深度为2.5m，只要黑棉土路基深度2.5m内的黑棉土的含水量保持稳定，不受大气降雨和蒸发的影响，进而避免了由于路基基底中的黑棉土发生吸水膨胀或失水收缩导致路基出现不均匀变形的问题，进而也避免了因路基不均匀变形导致的路面结构开裂或者断裂的问题。因此，在本发明的一个优选实施例中，沿路基基底两侧开挖的沟槽深度为2.5m，宽度为0.3m。

在本发明的一个优选实施例中，参见图1，第二隔水层由级配碎石131组成。

级配结构的不同对级配碎石的承载能力影响较大，本发明实施例中，以31.5mm为级配碎石的最大控制粒径，列举了3种不同的级配类型A31.5细、A31.5中、A31.5粗，参见表1。其中，采用13种不同规格的方孔筛对级配碎石的级配类型进行区分，具体地，以通过同一规格的方孔筛的级配碎石的质量百分比作为标准，对级配碎石的级配类型进行区分，例如，通过方孔直径为4.75mm的方孔筛的3种不同类型的级配碎石的质量百分比为54％、44％、31％，其中，通过同一规格方孔筛的质量百分比越高的级配碎石，对应的类型为细级配类型。本发明实施例中仅以方孔直径为4.75mm的方孔筛为例进行说明，实际操作中，应采用通过多个规格的方孔筛的质量百分比作为划分标准。

表1

本发明实施例中，采用击实成型法成型3种不同级配类型对应的CBR测试件，并对3种CBR测试件进行CBR测试试验。图3示出了根据本发明的一个实施例的3种不同级配类型对应的CBR测试件的CBR测试结果图，其中，纵坐标代表CBR值。由图3中得出，A31.5粗、A31.5中、A31.5细3种级配类型对应的CBR值分别为110％、185％、50％，级配类型为A31.5中具有较高的承载能力。

本发明实施例中，通过CBR试验还分析了不同最大控制粒径的级配类型的承载能力。图4示出了根据本发明的一个实施例的4种不同最大控制粒径的级配类型的CBR测试结果图，其中，横坐标轴代表最大控制粒径的粒径尺寸(单位：mm)，纵坐标轴代表CBR值。由图4中得出，最大控制粒径的粒径尺寸越大，CBR值越大。然而最大控制粒径的粒径尺寸越大，对级配碎石的施工压实操作越困难。

结合上述两次CBR试验结果和施工压实操作，在本发明的一个优选实施例中，组成第二隔水层的级配碎石的最大控制粒径不大于31.5mm，并采用连续级配结构，级配碎石的加州承载比大于15％，压实度不小于98％。具体地，可选择级配类型为A31.5中的级配碎石组成第二隔水层。

需要补充说明地是，在黑棉土路基基底顶部铺设第二隔水层之前，许对黑棉土路基基底进行压实、整平操作。其中，黑棉土路基基底压实含水量对路基结构的稳定性存在一定影响。

黑棉土路基基底含水量在大气营力和地下水的影响下不断变化，在路基修筑2-3年后将达到平衡状态，根据已有研究，黑棉土路基基底的平衡含水率接近黑棉土的塑限23.5％，由此可知黑棉土路基基底的平衡含水率为23.5％，其中，塑限是指土由可塑状态过渡到半固体状态时的界限含水率。

图5示出了根据本发明一个实施例的黑棉土路基的湿胀量与黑棉土路基基底压实含水率的关系示意图，其中，横坐标轴代表黑棉土基底压实含水率，纵坐标轴代表黑棉土路基的湿胀量(单位：cm)。由图5得出，黑棉土路基的湿胀量随着黑棉土路基基底压实含水率的增加而减少，在黑棉土路基基底压实含水率为16％时，黑棉土路基达到平衡含水率状态时的湿胀量将达到5.5cm；当黑棉土路基压实含水率等于平衡含水率时，黑棉土路基的湿胀量为0。若黑棉土路基压实含水率小于平衡含水率，随着黑棉土路基中的黑棉土含水率的增加，黑棉土吸水膨胀将引起路基不断隆起，会对路基和路面结构产生一定破坏。因此，在本发明的一个优选实施例中，黑棉土路基基底的压实含水率为黑棉土的平衡含水率23.5％。

黑棉土路基基底的压实含水率采用黑棉土的平衡含水率时，黑棉土路基基底的回弹模量只有30MPa，远远不能满足路基基底的回弹模量为80MPa的要求，其中，回弹模量是指路基，路面及筑路材料在荷载作用下产生的应力与其相应的回弹应变的比值。因此，需要在黑棉土路基基底顶部铺设一定厚度的刚度补偿层。本发明实施例中，第二隔水层作为刚度补偿层。

将铺筑了刚度补偿层的黑棉土土路基视为双层弹性体系，并设刚度补偿层的回弹模量为E1，厚度为h，用黑棉土路基基底的回弹模量为E2，则在刚性承载板的垂直荷载作用下，可用双层弹性理论算得黑棉土路基表面的垂直变形L，通过等效位移法确定刚度补偿层的厚度。图6示出了根据本发明一个实施例的利用等效位移法计算刚度补偿层厚度的示意图。其中，图6中左半部分的曲线图的横坐标轴代表刚度补偿层的厚度(单位：cm)，纵坐标轴代表黑棉土路基表面的垂直变形量(单位：0.01mm)，图6中右半部分的曲线图的横坐标轴代表黑棉土路基的回弹模量(单位：MPa)，纵坐标轴代表黑棉土路基表面的垂直变形量(单位：0.01mm)。由图6中右半部分的曲线图看出，为了满足黑棉土路基基底回弹模量为80MPa的要求，黑棉土路基表面承载的最大垂直变形为258.4(0.01mm)，而黑棉土路基基底的回弹模量为30MPa，按位移等效原则，欲将黑棉土路基基底的回弹模量提高至80MPa，从图5中左半部分的曲线图中得出刚度补偿层的厚度为30cm。因此，在本发明的一个优选实施例中，第二隔水层的厚度为30cm。

下面以一个具体实施例进一步说明本发明提供的隔水路基结构。

图7示出了根据本发明一个实施例的隔水路基结构的施工步骤的示意图。参见图7，隔水路基结构的施工步骤至少包括步骤701至步骤704。

步骤701，挖除路基范围内300mm深黑棉土，压实、整平黑棉土路基基底，并且黑棉土路基基底的压实含水率为23.5％，在黑棉土路基两侧路肩处开挖沟槽，沟槽宽300mm，深2500mm，并清理沟内浮土；

步骤702，在黑棉土路基基底的顶部铺设300mm厚级配碎石，形成第二隔水层，其中，组成第二隔水层的级配碎石的最大控制粒径不大于31.5mm，并采用连续级配结构，级配碎石的加州承载比大于15％，压实度不小于98％。

步骤703，在沟槽内沿内壁设防渗土工布，并且沟槽内回填级配碎石至路基上表面处，形成第一隔水层，然后在第一隔水层中填筑贫混凝土至路面底部。

步骤704，在隔水路基上铺筑沥青路面结构。

综上所述，采用本发明提供的隔水路基结构，可以达到如下有益效果：

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims

1.一种隔水路基结构，其特征在于，包括：

黑棉土路基基底；

位于所述基底两侧、且与所述基底相连的至少两处第一隔水层，其中，所述至少两处第一隔水层由铺设在所述基底两侧开挖的沟槽内的防渗土工布和回填的级配碎石组成；所述第一隔水层中还填筑有至路面底部的贫混凝土；

2.根据权利要求1所述的路基结构，其特征在于，所述至少两处第一隔水层中的级配碎石的加州承载比大于15％。

3.根据权利要求1或2所述的路基结构，其特征在于，所述沟槽的宽度为300mm，深度为2500mm。

4.根据权利要求1或2所述的路基结构，其特征在于，所述防渗土工布的材料的厚度≥2.5mm，断裂强力≥17.5kN/m，断裂伸长率为40～80％，加州承载比顶破强力≥3.0kN，撕破强力≥0.49kN/m。

5.根据权利要求1所述的路基结构，其特征在于，所述第二隔水层由级配碎石组成。

6.根据权利要求5所述的路基结构，其特征在于，所述第二隔水层中的级配碎石的最大粒径不大于31.5mm，并采用连续级配结构。

7.根据权利要求5或6所述的路基结构，其特征在于，所述第二隔水层中的级配碎石的加州承载比大于15％，压实度不小于98％。

8.根据权利要求5或6所述的路基结构，其特征在于，所述第二隔水层的厚度为300mm。