CN105793492B - 土工格室与土工格栅路面系统 - Google Patents

Abstract

本公开文件涉及路面系统及其铺设方式，所述路面系统适合铺设于包括加州承载比(CBR)为4以下的常规软弱路基的位置。所述路面系统包括直接置于路基上的第一土工格栅层；置于第一土工格栅层之上的第一颗粒层，所述第一颗粒层的厚度为土工格栅层的网孔距离的0.5倍至20倍；置于第一颗粒层之上的第一土工格室层，其包括土工格室和填充材料；以及置于所述土工格室层之上的覆盖层。如有需要，可在所述覆盖层之下铺设第二土工格室/土工格栅层。如有需要，可在所述覆盖层之上任选地铺设面层。由此得到的路面系统对于铺设于其上的路面提供了长期的支持。

Description

土工格室与土工格栅路面系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年9月30日递交的美国临时专利申请号61/884,231的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开文件涉及适合在软弱路基、天然土壤、膨胀土或寒冷季节容易冻胀的土壤上应用的路面系统。这些路面系统位于路基之上，并且应用于各种应用中，如道路、公园道路、人行道和铁路。这些路面系统尤其适合软弱路基。

在交通运输工程中，路面施工时会铺设多个层。这些层包括路基层、底基层、基层和面层。路基层是天然材料，并作为路面的基础。在路基之上可选择性地铺设底基层。底基层和基层用于承受荷载，并将荷载分散至面层可以接受的水平。根据所需的路面用途，可在基层之上设置其它层，并且该层可以称为摊铺机基层(paver base layer)。面层随后设置在此层之上，面层是位于路面表面上的暴露层。面层(例如)可以是沥青(如公路或停车场)、或混凝土(如人行道)、或道渣(如位于铁轨下方)、或经压实的颗粒材料(土路)。

软弱路基是指水饱和时测量得到的加州承载比(CBR)为4以下的路基，或在更具代表性的情况下，CBR为3以下的路基。软弱路基刚度低且抗荷载能力低。具体的软弱路基包括路基为胀土或为寒冷季节容易冻胀的土壤的路基。冻胀是由于地表以下形成冰，从而引发的土壤向上膨胀。水的存在会导致一些对路面具有极大破坏性的情况发生。首先，水分子可以使土壤颗粒膨胀并降低土壤颗粒之间的凝聚力。其次，水的膨胀会导致土壤膨胀，从而加大对位于上方的路面的向上压力。再次，水在结冰时发生膨胀，并且会因冰的形成而发生硬化，这将会破坏路面。这些在膨胀(例如粘土或土壤的膨胀)过程中产生的向上的应力远远大于交通运输过程中在软路基上所产生的应力。在这样的软弱路基上铺设路面可能会过早的破损。

在路基较弱且路基较浅的众多情况下，会去除该路基并用更强且尺寸上更稳定的颗粒材料来替代。然而，在其他情况中由于以下原因这是不可能的：(a)路基的软土太深；或(b)当地没有更强且尺寸更稳定的颗粒材料，或运输该种材料的成本过高。这些情况的例子可以参见俄罗斯北部的泥炭池塘、德克萨斯州的膨胀土床以及加拿大和西伯利亚的苔沼床。

路面的一个实例如图1所示。该路面包括软弱路基2、碎石基4和面层6。同样，软弱路基可归因于软土、膨胀土或易冻胀的土壤。典型的破损包括车辙(路面上形成的沟槽或车辙)、路面的沥青或混凝土面层开裂、位于道渣上的铁轨变形或错位，以及面层之下的基层泵出。这些破损状况是由于基层和/或底基层因缺乏(1)抗拉强度、(2)刚度(模量)、(3)层与路基之间的界面强度、和/或(4)弯曲力矩(耐弯曲性)从而发生不可逆变形所导致的。

通常用来防止这些破损状况的一种方法包括对路基进行化学改性。将路基与无机粘合剂(如石灰、水泥或飞灰)或有机粘合剂(如聚合物乳液)混合。然而，此方法存在不理想的特征，如：固化慢、在湿冷气候条件下应用时性能差、在潮湿气候条件下无机粘合剂的浸出、聚合物粘合剂成本高、脆性、现场混合困难导致质量下降、冻-融循环过程中抗性差、以及难以获得大面积均匀的路基(如纹理或组成)。

期望的是提供一种铺设于软弱路基、天然土壤、膨胀土或易冻胀土壤之上时具有改进性能的路面系统。还期望的是以经济且易于铺设的方法来建造这样的路面系统。

发明内容

在多个实施方案中公开了一种路面系统以及在CBR为4以下的软弱路基(如膨胀土或易冻胀土壤)之上铺设该路面系统的方法。所述路面系统通常包括路基之上的土工格栅层、第一颗粒层和土工格室层。所述第一颗粒层具有特定的厚度或高度。面层可直接铺设于土工格室层之上，或者在铺设面层之前，在土工格室层之上铺设额外的土工格室或土工格栅加固层。

在一些实施方案中公开了一种路面系统，该路面系统铺设于加州承载比(CBR)为4以下的软弱路基之上，尤其是膨胀土或易冻胀的土壤之上，该路面系统包括：置于路基之上的第一土工格栅层，其由至少一个土工格栅构成，每个土工格栅由交叉的肋部件构成从而形成土工格栅网孔；置于第一土工格栅层之上的第一颗粒层，其包含第一颗粒材料，所述第一颗粒层的平均厚度为土工格栅层的网孔距离的0.5倍至20倍；置于第一颗粒层之上的第一土工格室层，其包括至少一个填充有填充材料的土工格室；以及任选的置于所述第一土工格室层之上的覆盖层(capping layer)，所述覆盖层由经压实的第二颗粒材料制成。

所述路面系统可进一步包括面层，所述面层置于任选的覆盖层之上，或置于第一土工格室层之上，该面层包含颗粒材料、沥青、或混凝土、或道渣。在一些实施方案中，路面系统上会铺设铁路的轨道和枕木。

所述第一颗粒材料可以是砂、砾石或碎石。一般来说，所述第一颗粒材料也会进入到第一土工格栅层的土工格栅网孔中。

填充材料可以是砂、碎石、砂砾或其混合物。

所述任选的覆盖层中的所述第二颗粒材料可以是砂、砾石或碎石。

所述土工格栅的网孔距离可在约10毫米至约500毫米之间，包括在约25毫米至约100毫米之间。

所述第一土工格室层的格室高度在约50毫米至约300毫米之间。所述第一土工格室层的格室尺寸可在约200毫米至约600毫米之间。

至少一种土工格栅可以由聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚酰胺、芳香聚酰胺、碳纤维、织物、金属丝或网、玻璃纤维、纤维增强塑料、多层塑料层压板或聚碳酸酯制成。

在一些实施方案中，所述第一颗粒材料的平均粒径大于所述第一土工格室层中的填充材料的平均粒径。

在一些其他实施方案中，所述路面系统还包括：任选的置于第一土工格室层之上的第二颗粒层；和置于第二颗粒层之上或置于第一土工格室层之上的第二土工格室层或第二土工格栅层；其中覆盖层置于第二土工格室层或第二土工格栅层之上。所述第二颗粒层的厚度可在约1毫米至约300毫米之间。

在一些其它实施方案中，所述路面系统还包括直接置于第一土工格室层之上的第二土工格室层或第二土工格栅层；其中覆盖层置于第二土工格室层或第二土工格栅层之上。

在其它一些设想的实施方案中，在路基和覆盖层之间的任意位置可以铺设土工织物层。如果在地下水位较高、或遭受大雨或洪水、或各层之间细颗粒上下渗透的地方使用所述路面时，这样的层可能尤其有用。

本发明还公开了在加州承载比(CBR)为4以下的软弱路基(如膨胀土或易冻胀的土壤)之上铺设路面系统的方法，包括：在路基之上铺设至少一个土工格栅以形成土工格栅层，每个土工格栅由交叉的肋部件构成，从而形成土工格栅网孔；将足量的第一颗粒材料铺设于所述土工格栅层上，然后压实所述第一颗粒材料，以形成第一颗粒层，所述第一颗粒层的平均厚度在土工格栅层的网孔距离的0.5倍至20倍之间；在所述第一颗粒层上设置至少一个土工格室；利用填充材料填充所述至少一个土工格室，从而形成第一土工格室层；任选地在第一土工格室层之上铺设第二颗粒材料，并压实所述第二颗粒材料，以在所述土工格室层之上形成覆盖层，所述覆盖层的厚度在0至约500毫米之间。任选地，在第一土工格室层之上直接铺设第二土工格栅或土工格室层，或者通过由颗粒材料构成的第二颗粒层将第二土工格栅或土工格室层与第一土工格室层隔开。

所述方法还包括在所述覆盖层之上铺设面层的步骤，所述面层包含沥青、或混凝土、或道渣。所述方法还包括去除土壤以暴露所述软弱路基的步骤。

在一些特定的实施方案中，本方法还包括：在所述土工格室层之上形成第二颗粒层；以及在所述第二颗粒层之上/所述第一土工格室层之上设置其它土工格室或土工格栅，以形成位于所述覆盖层之下的第二土工格室层或第二土工格栅层。所述第二土工格室层或第二土工格栅层可以与第一土工格室层间隔0至约500毫米的距离。

本发明还公开了一种改进的路面系统，其适用于在相对软弱的路基上长期保持性能，所述路面系统从下至上依次包括：CBR低于4的路基；土工格栅，其直接置于路基之上，或结合在颗粒材料层内；置于所述土工格栅之上的颗粒材料层，所述颗粒材料层的厚度在土工格栅网孔距离的0.5倍至20倍之间；土工格室，内部填充有砂、碎石、砂砾、灰、回收利用的沥青路面(RAP)、采石筛分或其混合物；任选的另一颗粒材料层，其上铺设有第二土工格室或第二土工格栅；由经压实的碎石、砂砾或砂构成的覆盖层；以及任选的基于沥青、或混凝土、或道渣的面层。

以下对本公开中的这些和其他非限制性内容进行详细描述。

附图说明

以下是附图的简要说明，用以解释本公开的示例性的实施方案，而不是在于限制本发明。

图1是不包括土工格室层或土工格栅层的常规路面系统的剖视图。

图2是土工格室在展开状态下的透视图。

图3是图2的土工格室中的聚合物带的放大透视图。

图4是土工格栅局部的俯视图。

图5示出了本发明的一种具有土工格栅层和土工格室层的路面系统。

图6示出了另一种路面系统，其具有土工格栅层、第一土工格室层、以及位于第一土工格室层之上的第二土工格室层。

图7示出了另一种路面系统，其具有第一土工格栅层、土工格室层、以及位于土工格室层之上的第二土工格栅层。

图8示出了以路基的CBR为函数计算的常规未加固设计方案中基层厚度(H_SUB-A)，从而获得基层所需的弹性模量(E_V2-T)的图。

具体实施方式

通过参照附图可以更全面的理解本发明公开的部件、方法和装置。出于方便容易理解本发明公开内容的目的，这些附图仅为示意图，其目的并不在于说明装置或部件的相对大小和尺寸，和/或用于定义或限制示例性实施方案的范围。

虽然为了清楚起见以下说明书中使用了具体术语，但是这些术语仅旨在体现附图中所选的用于说明的实施方案的特定结构，而不旨在限定或限制本发明的范围。在以下附图和说明书中，可以理解的是，相同的附图标记指示具有相同功能的组件。

除非上下文另有明确规定，否则本文中的单数形式“一个”、“一种”和“所述”也包括复数指代物。

本申请的说明书和权利要求书中的数值应理解为包括与所限定的数值的差距小于本申请中所描述的常规测量技术会产生的实验误差的值。

本发明的所有范围都包括引入的端点值，并可以单独组合(例如，“从2毫米至10毫米”的范围包括端点2毫米和10毫米以及所有的中间值)。

经过“约”和“基本上”等术语修饰的值可能不限于该特定的精确值。应认为使用修饰词“约”的情况也公开了由两个端点的绝对值所限定的范围。例如，表述“从约2至约4”也公开了“从2至4”的范围。

当本文提到加州承载比(CBR)时，所提供的数值是当层处于水饱和时测量得到的数值。

本申请涉及位于地面的路面系统。本申请还涉及彼此位于其“上”或“之上”或“以上”的不同层。当使用到上述这些词来描述第二层相对于第一层的位置时，第一层与所述第二层相比位于地面的更深处，或者换言之，第二层比第一层更接近表面。并不要求第一层和第二层彼此直接接触；也可以有其它层存在于二者之间。此外，每层都具有长度、宽度、高度/深度/厚度。长度和宽度是指该层在水平维度上的尺寸。术语高度、深度和厚度可以互换使用，其是指该层在垂直维度上的尺寸。

土工格栅已经用于修补如上所述的破损情况。土工格栅可以由聚合物(如涤纶纱线或挤出的聚合物)制成，其以肋和网孔的网状物形式布置，以对土壤进行单轴或双轴拉伸增强作用。土工格栅可以包括能进一步提供化学或机械方面益处的涂层。或者，如Tensar公司所采用的方法，可以通过对板材进行冲压，然后拉伸形成土工格栅。也可以通过激光加热或超声结合的方式将聚酯或聚丙烯的棒或带以格栅图案粘结在一起，从而形成土工格栅。土工格栅通常在机械方面和化学方面耐用，因而它可以铺设于腐蚀性土壤或水环境中。土工格栅是一种没有有效高度的二维结构，且为扁平结构。

也已将土工格室引入到路面系统中以防止破损状况。土工格室(也称为格室加固系统(CCS))是一种有内部填充物的类似“蜂窝”结构的封闭格室阵列。CCS是每个格室内向所有侧壁都具有内力矢量的三维结构，而土工格栅只是二维的。然而，当土工格室用于加固软弱路基上的基层或底基层时，由于内部填充物会从土工格室的底部“流”出并向下沉降至软弱路基，也由于其拉伸强度不够，所以路面仍然可能破损。这会导致基层/底基层和路基之间的模量及拉伸强度出现不期望的差异，并且会导致沿界面方向的拉伸性能变差。

已经有研究将土工格室和土工格栅结合用于常见的路面系统中。例如，一个系统已将土工格栅设置在路基层中，然后将土工格室直接设置在经土工格栅加固的路基层(即底基层)上，并用开挖料填充土工格室。随后对这些层进行压实，然后铺上干净的石料层(高度0.75英寸)。然而，使用具有土工格室覆盖层的土工格栅路基层的系统只能部分地解决前面指出的路面系统破损状况的问题。由于土工格室层刚度高，因此土工格栅加固层受到的张力较低。土工格栅须发生显著变形以有助于实现显著的拉伸增强效果，因而土工格栅无法对系统整体提供明显的加固作用。

因此本申请涉及改进的路面系统，其适合在加州承载比(CBR)为4以下的软弱路基之上、或膨胀土之上、或易冻胀的土壤(即易冻土)之上长期使用。这些土壤可以包括有机粘土、泥炭、苔藓、蒙脱石土壤和膨润土土壤。本发明的路面系统包括土工格栅加固层，其通过颗粒材料层而与土工格室加固层隔开。在原始的土工格室加固层的上面可以设置其他土工格栅层或土工格室层。这样的系统非常适合在路面下方也产生应力(即向上应力)的地点使用。

土工格室(也称为格室加固系统(CCS))是一种三维土工合成产品，其适合于许多岩土工程技术的应用，如预防土壤侵蚀、渠道衬砌、加固挡土墙施工以及支撑路面等。CCS是类似“蜂窝”结构的封闭格室阵列，其填充有填充物，填充物可以是无粘性土、砂、砾石、道渣或任意其它类型的聚集体。CCS在土木工程应用中用于防止侵蚀或提供诸如土壤用挡土墙、沙袋墙或重力墙的替代物，道路、路面和铁路路基的侧向支撑。土工格栅通常是平的(即二维的)并用于平面加固，而CCS是每个格室内向所有侧壁都具有内力矢量的三维结构。CCS也可以为砂、壤土和采石场废料等相对较细的填充物提供有效的加固作用。

图2是土工格室在展开状态下的透视图。土工格室包括多个聚合物带14。相邻的带沿离散物理第一接缝16粘结在一起。所述粘结可通过粘结、缝纫或焊接来进行，但通常是通过焊接进行的。每条聚合物带中位于两条第一接缝16之间的部分形成单独格室20的格室壁18。每个格室20都具有由两条不同的聚合物带构成的格室壁。聚合物带14粘结在一起，从而展开时会由多条带形成蜂窝状图案。例如，外侧带22和内侧带24在第一接缝16处粘结在一起，第一接缝16沿着外侧带22和内侧带24的长度方向以一定的间隔规则排列。一对内侧带24沿第二接缝32粘结在一起。每条第二接缝32位于两条第一接缝16之间。因此，当多条聚合物带14沿着垂直于带面的方向拉伸或展开时，带以正弦波的形式弯曲，以形成土工格室。在两条聚合物带的端部汇合的土工格室边缘处，使端接焊缝26(也被视为接合缝)与端部28之间留有一小段距离，以形成用来稳定两个聚合物带的短尾30。这种土工格室也可以被称为一个部分，尤其是在不可能由单个部分实际覆盖时，其会与其它土工格室结合使用来覆盖更大的面积。

图3是聚合物带14的特写透视图，其示意性地示出了聚合物带14的长度40、高度42和宽度44，以及第一接缝16。沿着所指示的方向测量长度40、高度42和宽度44。当土工格室处于折叠或压缩的状态时测量其长度。在压缩状态下，可以认为每个格室20没有体积，而展开状态是指当土工格室已经展开到其最大的可能容积时的状态。在一些实施方案中，土工格室的高度42在约50毫米(mm)至约300毫米的范围内。土工格室的尺寸(所测量的未折叠状态下接缝之间的距离)可以在约200毫米到约600毫米的范围内。

土工格室可由线性低密度聚乙烯(PE)、中密度聚乙烯(MDPE)和/或高密度聚乙烯(HDPE)制成。下文中术语“HDPE”是指特征为密度大于0.940g/cm³的聚乙烯。术语中密度聚乙烯(MDPE)是指特征为密度大于0.925g/cm³至0.940g/cm³的聚乙烯。术语线性低密度聚乙烯(LLDPE)是指特征为密度为0.91g/cm³至0.925g/cm³的聚乙烯。土工格室也可以由聚丙烯、聚酰胺、聚酯、聚苯乙烯、天然纤维、机织物、聚烯烃与其他聚合物的共混物、聚碳酸酯、纤维增强塑料、织物、或多层塑料层压板制成。用来构造土工格室的带以交错(offset)的方式焊接在一起，焊缝之间的距离在约200毫米至约600毫米的范围内。

土工格室的通常的带壁宽度是1.27毫米(mm)，也可以在0.9毫米至1.7毫米范围内变化。格室壁可以经过穿孔和/或压印。

图4是土工格栅的局部放大俯视图。该土工格栅由肋部件62构成，肋部件62彼此交叉，从而限定了土工格栅网孔64。土工格栅可以由聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚酰胺、芳香聚酰胺(如KEVLAR)、碳纤维、织物、金属丝或网、玻璃纤维、纤维增强塑料(如共混物或合金)、多层塑料层压板或聚碳酸酯制成。如图所示，土工格栅网孔为矩形，但通常土工格栅网孔可以是任意形状，包括方形、三角形、圆形等。可使用任意几何形状。肋部件小于土工格栅面积的50％，换言之，土工格栅的敞开面积大于50％。

每个土工格栅网孔的网孔距离为围绕网孔的肋部件的平均长度。如图所示，例如，在矩形的网孔中，网孔距离为较短的肋部件66和较长的肋部件68的平均长度。在一些实施方案中，土工格栅的网孔距离在约10毫米至约500毫米的范围内，或在约25毫米至约100毫米的范围内。

土工格室和土工格栅可以通过其各自的带和肋部件的垂直厚度来区分。土工格室的高度为至少20毫米，而土工格栅的高度在约0.5毫米至2毫米之间。

图5是本发明的示例性路面系统的剖视图。一般来说，土工格栅加固层通过颗粒材料层与土工格室加固层隔开。

首先，在路基层50上形成土工格栅层60。土工格栅层由至少一个土工格栅构成。需要指出的是，路基可以是天然的路基，也可以经过化学改性(例如用石灰、水泥、聚合物或粉煤灰改性)，或者可以经过物理改性(例如用更稳定的颗粒材料替换)。路基改性的部分的厚度可以在约50毫米到约1000毫米的范围内变化。

接下来，将第一颗粒层70置于土工格栅层60之上。该第一颗粒层包含第一颗粒材料，该第一颗粒材料可以是砂、砾石或碎石。该第一颗粒层的厚度75在土工格栅层的网孔距离的0.5倍至20倍之间。需要指出的是，第一颗粒材料可以落入/进入土工格栅层60的土工格栅网孔中。如有需要，可以对第一颗粒层进行压实。

假设所有土工格栅均相同，土工格栅层的网孔距离通常与构成该土工格栅层的土工格栅的网孔距离相同。当土工格栅层中使用具有不同网孔距离的不同土工格栅时，应当通过每个土工格栅所覆盖的表面积进行加权来计算平均网孔距离，以作为土工格栅层的网孔距离。

接下来，将土工格室层80置于第一颗粒层70之上。该土工格室层由至少一个土工格室82构成，土工格室82填充有填充材料84。该填充材料经过压实以使填充物硬化。示例性的填充材料包括砂、碎石、砂砾及其混合物。如有需要，填充材料也可以包括其他更微细等级的颗粒材料。在这方面，一些实施方案中，第一颗粒层的第一颗粒材料的平均粒径大于填充材料的平均粒径。

为了提高拉伸和剪切力以及土工格室层80的性能，需要将土工格栅层60与第一颗粒层70进行组合。土工格栅层与第一颗粒层的组合提供了：(1)硬而不透水的“底板”，其在压实内填充材料的过程中确保了土工格室层的高硬度；(2)防止细颗粒从路基向上回填至土工格室层的屏障；(3)具有高剪切力的界面；(4)路基与土工格室层之间的机械隔离，其确保土工格室层作为刚性和弹性梁，同时将其应力限制在弹性范围内。

任选地，随后将覆盖层90置于土工格室层80之上。该层由经压实的材料形成，如碎石、砂砾或砂。该层可视为由第二颗粒材料组成。

可在覆盖层90之上任选地设置面层100，覆盖层90分布于土工格室层80之上。所述面层可以包括沥青、或混凝土、或道渣。

这种设计能够允许土工格栅层60变形，因而，土工格栅层可以硬化并加固位于土工格室层80之下的第一颗粒层70。这种构造显著降低了传递到路基50以及传递到路基与底基之间界面处的应力与变形。土工格栅层60及第一颗粒层70通过改进路基50最上层区域的拉伸强度和剪切强度性能，从而还为土工格室层80提供了坚硬的基底。土工格栅层60提高了路基的抗疲劳性，并有助于在使用寿命内减少路面系统内填充物从土工格室层向下的“渗漏”。显然，第一颗粒层70将土工格栅层60与土工格室层80隔开；土工格栅和土工格室在组装时相互不接触。

土工格室层80起到刚性的且很硬的垫层的作用，可以在大面积路面系统上分散应力，并有助于避免局部的过度应力。这些局部的过度应力是导致铺设在软弱路基上的路面系统破损的主要原因。内填充材料可以是砂、砂砾、或碎石或其混合物。

当土工格栅层与土工格室层由第一颗粒层隔开时，在土工格栅层与土工格室层之间产生协同关系。土工格栅层60位于土工格室层80下部一定距离，该距离能确保沿土工格栅层有足够的变形空间，以便给路基提供拉伸硬度，以对抗由路基膨胀产生的应力。本发明的设计方案能够有弹性地吸收大量的机械应力，并具有较高的抗疲劳性。尤其是，本发明的路面系统提高了其对多种机械循环载荷、路基的多种膨胀-收缩情况、以及长期冻融循环的抗性。

不受理论所束缚，据信，在路基之上设置一层或多层土工格栅层并不足以成功地强化路基，因为(1)弯曲力矩不够；以及(2)土工格栅层硬度不够。相似地，在路基之上仅使用一层土工格室层也不会成功，因为(1)拉伸强度不足；(2)内填充物克服由于交通或土壤的膨胀收缩而产生的向上/向下应力的趋势。

本发明也包括在软弱路基之上铺设路面系统的方法。一般来说，去除土壤以暴露软弱路基。接下来，将至少一个土工格栅铺设于路基之上以形成土工格栅层。然后将足量的第一颗粒材料铺设于土工格栅层上以形成第一颗粒层，第一颗粒层的平均厚度在土工格栅层孔径距离的0.5倍至20倍之间。将至少一个土工格室铺设于第一颗粒层之上，然后填入内填充材料以形成土工格室层。将第二颗粒材料铺设于土工格室层之上，然后压实以在土工格室层上形成覆盖层。如有需要，可在覆盖层之上铺设面层。

图6和图7是其他两个实施方案的路面系统的剖视图，该路面系统包括其他层。

如上所述，在图6中，路面系统包括在路基层50之上形成的土工格栅层60、置于土工格栅层60之上的第一颗粒层70、以及置于第一颗粒层70之上的土工格室层80。第一颗粒层70具有厚度75。随后将第二颗粒层110置于土工格室层80上。该第二颗粒层可由与第一颗粒层70相同或与土工格室层的填充物相同的材料制成。第二颗粒层可以认为是由第三颗粒材料制成的(如上所述，覆盖层由第二颗粒材料形成)。第二颗粒层的厚度115可以在约10毫米至约500毫米的范围内。随后将第二土工格室层120置于第二颗粒层110上。与上文所述土工格室层80相同，该第二土工格室层也是由至少一个土工格室构成并填充有填充材料。随后将覆盖层90置于第二土工格室层120之上，在覆盖层90之上可任选地铺设面层100。覆盖层和面层的组成可如图5所示。第二土工格室层120为系统提供额外的拉伸强度，并抵抗粘土膨胀或冻-融循环中可能出现的路基弯曲。

如上文所述，在图7中，路面系统包括在路基层50之上形成的土工格栅层60、置于土工格栅层60之上的第一颗粒层70、置于第一颗粒层70之上的土工格室层80。第一颗粒层70具有厚度75。此外将第二颗粒层110置于土工格室层80之上，其组成如上文所述。第二颗粒层的厚度115可以在从约1毫米至约300毫米的范围内。随后将第二土工格栅层130置于第二颗粒层110上。第二土工格栅层由至少一个土工格栅构成。随后将覆盖层90置于第二土工格栅层130之上，可在覆盖层90之上任选地铺设面层100。覆盖层和面层的组成如图5中所述。用于形成覆盖层的材料可能会落入第二土工格栅层130的网孔中。第二土工格栅层130也为系统提供额外的拉伸强度，并抵抗粘土膨胀或冻-融循环中可能出现的路基弯曲。

在其他设想的实施方案中，在第一土工格室层中的填充物经压实之后，可以将第二土工格栅层或第二土工格室层直接置于第一土工格室层之上。无需第二颗粒层。由此第一土工格室层与第二土工格栅层或与第二土工格室层之间的距离可以根据需要在从几乎为0至约500毫米的范围之内进行调整，以获得想要达到的总路面模量和抗疲劳强度。

此外，根据需要，可以在路面系统中位于路基与系统顶层之间的任意位置处铺设土工织物层(即土工织物层绝不能作为系统的最上层)。土工织物是一种二维可渗透的织物，其可以经过编织的织物或非编织的织物，并用来避免细颗粒流失或渗透至路面表层。土工织物与土工格栅存在明显区别，这是因为土工格栅的网孔足够大，可以允许土壤从土工格栅的一边穿透到另一边，而土工织物不允许土壤透过。土工织物层特别适用于遭受洪水、大雨或地下水位较高的地方。土工织物层可由比重在50克每平方米(g/m²)至3000g/m²之间的织物制成。

将通过以下非限制性的工作实施例对本发明进行进一步说明，应当理解的是，这些实施例此处仅意在解释，而不是对所提到的材料、条件、工艺参数等进行限制。

实施例

铁轨铺设在饱水时CBR为3的膨胀土路基上。铁轨需要定期维护，并且在该路基上行驶的列车需要限制速度。比较常规设计与本发明中描述的替代设计。

图8示出了以路基的CBR为函数而计算的基层厚度(H_SUB-A)，以获得基层所需的弹性模量。例如，若要在路基的CBR为3的情况下得到100kPa的弹性模量，则需要基层的厚度为750毫米。该模量足以满足以色列常规铁路路面的设计需求。

通过使用砂或石灰来巩固路基的最初600毫米，从而获得常规设计。接下来，铺设并压实920毫米碎石，之后铺设并压实300毫米的砾石。之后将道渣和铁路枕木铺设在路面系统之上。

替代的设计方案如下所述。在于具有已知CBR的路基上铺设土工格栅加固层和土工格室加固层的模型路面中，另测量土工格栅加固层和土工格室加固层结合后的模量。压力格室位于土工格栅层之下。在土工格室层的上方，用平板或车轮施加越来越大的压力，直到发生塑性(不可逆)变形。根据压降曲线，反算该层的模量。根据一系列反复荷载之后的塑性变形，评价其对长期应力的“免疫”程度。

在本领域中，可替代的设计方案首先是使路基变平。铺设第一土工格栅层，其上由200毫米厚的碎石层覆盖。其后在碎石层之上铺设第一土工格室层。该第一土工格室层的高度为150毫米，土工格室的接缝之间的距离为330毫米。填充材料为碎石。其后在第一土工格室层之上铺设50毫米厚的第二颗粒层，并铺设与第一土工格室层结构相同的第二土工格室层。其后将道渣和铁路枕木铺设在第二土工格室层之上。

两种设计方案中所需的材料明显不同。常规设计方案需要用600毫米砂或石灰处理，其后还需要1220毫米的颗粒材料。与此相反，替代的设计仅需750毫米的颗粒材料，极大节约了成本。

在以色列对两种设计方案的性能进行了为期一年的研究。常规设计方案发生了塑性变形的现象，且塑形变形随着时间的推移连续增加。其结果是使火车速度减慢，且维修保养间隔缩短。而替代的设计方案采用一个土工格栅层和两个土工格室层，显示出纯弹性性能而未发生不可逆的变形。

应充分意识到，上述公开的变体和其他特征、功能、或替代方案可以组合出许多其他的不同系统或用途。各种可能由本领域技术人员做出的、目前尚未预见到或未预料到的替代方案、修饰、变体或改进也应涵盖在随附的权利要求书中。

Claims (16)

1.一种铺设于加州承载比为4以下的膨胀土或寒冷季节容易冻胀的土壤之上的路面系统，包括：

置于路基之上且由至少一个土工格栅构成的第一土工格栅层，每个所述土工格栅均由交叉的肋部件构成从而形成土工格栅网孔；

置于所述第一土工格栅层之上的第一颗粒层，其包括第一颗粒材料，所述第一颗粒层的平均厚度为所述土工格栅层的网孔距离的0.5倍至20倍；

置于所述第一颗粒层之上的第一土工格室层，其包括至少一个填充有填充材料的土工格室，并且所述第一土工格室层的格室高度在50毫米至300毫米之间；

置于所述第一土工格室层之上的第二土工格室层，所述第二土工格室层包括至少一个填充有填充材料的土工格室，并且所述第二土工格室层的格室高度在50毫米至300毫米之间；

置于所述第二土工格室层之上的覆盖层，所述覆盖层由经压实的第二颗粒材料制成，以及

置于所述覆盖层之上的面层，所述面层包含沥青、或混凝土、或道渣、或颗粒材料，

其中，所述第一颗粒材料的平均粒径大于所述填充材料的平均粒径。

2.如权利要求1所述的路面系统，其中，所述第一颗粒材料是砂、砾石或碎石。

3.如权利要求1所述的路面系统，其中，所述第一颗粒材料也进入到所述第一土工格栅层的所述土工格栅网孔中。

4.如权利要求1所述的路面系统，其中，所述填充材料包含砂、碎石、砂砾、回收利用的沥青路面、采石筛分或其混合物。

5.如权利要求1所述的路面系统，其中，所述覆盖层中的所述第二颗粒材料包含砂、砾石或碎石。

6.如权利要求1所述的路面系统，其中，所述网孔距离在10毫米至500毫米之间。

7.如权利要求1所述的路面系统，其中，所述第一土工格室层的格室尺寸在200毫米至600毫米之间。

8.如权利要求1所述的路面系统，其中，所述至少一种土工格栅由聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚酰胺、芳香聚酰胺、碳纤维、织物、金属丝或网、玻璃纤维、纤维增强塑料、多层塑料层压板或聚碳酸酯制成。

9.如权利要求1所述的路面系统，还包括厚度在1毫米至300毫米之间的由第三颗粒材料制成的第二颗粒层，所述第二颗粒层位于所述第一土工格室层和所述第二土工格室层之间。

10.一种在加州承载比为4以下的膨胀土或寒冷季节容易冻胀的土壤之上铺设路面系统的方法，包括：

在路基之上铺设至少一个土工格栅以形成第一土工格栅层，每个土工格栅由交叉的肋部件构成从而形成土工格栅网孔；

将足量的第一颗粒材料铺设于所述第一土工格栅层上，然后压实所述第一颗粒材料，以形成第一颗粒层，所述第一颗粒层的平均厚度为所述土工格栅层的网孔距离的0.5倍至20倍之间；

在所述第一颗粒层上设置至少一个土工格室；

利用填充材料填充所述至少一个土工格室，从而形成第一土工格室层，其中所述第一土工格室层的格室高度在50毫米至300毫米之间；

将第二土工格室层铺设于所述第一土工格室层之上，其中所述第二土工格室层包括至少一个填充有填充材料的土工格室，并且所述第二土工格室层的格室高度在50毫米至300毫米之间；以及

在所述第二土工格室层之上铺设第二颗粒材料，并压实所述第二颗粒材料，以在所述第二土工格室层之上形成覆盖层，所述覆盖层的厚度在0至500毫米之间；

在所述覆盖层之上铺设沥青、或混凝土、或道渣、或颗粒材料，以在所述覆盖层之上形成面层，

其中，所述第一颗粒材料的平均粒径大于所述填充材料的平均粒径。

11.如权利要求10所述的方法，还包括在所述覆盖层之上铺设面层的步骤，所述面层包含沥青、或混凝土、或道渣、或颗粒材料。

12.根据权利要求10所述的方法，还包括去除土壤以暴露所述加州承载比为4以下的膨胀土或寒冷季节容易冻胀的土壤的步骤。

13.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一颗粒材料和所述第二颗粒材料各自独立地为砂、砾石或碎石。

14.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一颗粒材料也进入到所述第一土工格栅层的所述土工格栅网孔中。

15.如权利要求10所述的方法，其中，所述填充材料包含砂、碎石、砂砾或其混合物。

16.如权利要求10所述的方法，其中，所述第二土工格室层与第一土工格室层的间距在0至500毫米之间。

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