CN106522192B - 土体加固纤维、路基以及构筑路基的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了土体加固纤维、路基以及构筑路基的方法。该土体加固纤维包括线状的纤维本体和间隔式设在所述纤维本体上的多个珠体。在素土中加入本发明的土体加固纤维并构筑成路基后，路基的边坡具有高的整体稳定性，从而能够抵抗雨水的冲刷。

Description

土体加固纤维、路基以及构筑路基的方法

技术领域

本发明涉及土木工程领域，特别是涉及一种用于加固土体的纤维。本发明还涉及由这种加固后的土体构筑的路基以及构筑该路基的方法。

背景技术

通常，铁路、公路，特别是高速铁路、高速公路的路堤、路堑的路基边坡在雨水冲刷下，非常容易出现滑坡、溜坍等病害。在植被发育较差的西北地区，这种情况更为严重，甚至会导致高速铁路、公路的路基本体发生损坏，严重影响车辆的运行安全性。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种土体加固纤维。在素土中加入本发明的土体加固纤维并构筑成路基后，路基的边坡具有高的整体稳定性，从而能够抵抗雨水的冲刷。

根据本发明的第一方面的土体加固纤维包括线状的纤维本体和间隔式设在纤维本体上的多个珠体。

在将这种土体加固纤维与素土均匀地混合到一起形成纤维土后，土体加固纤维以无规则分布在素土的土颗粒之间的间隙内。彼此交错的土体加固纤维可通过珠体相互勾结在一起而在素土内形成结实的三维网络，从而将素土颗粒网结起来，并且约束了素土颗粒在外力下的移动。在将纤维土经密实而构筑成路基之后，素土颗粒与土体加固纤维形成的三维网络之间更加紧密地结合在一起。这样，即使路基受到雨水的冲刷，土体加固纤维形成的三维网络能够将素土颗粒紧密地团聚在一起而防止素土颗粒发生位移，进而防止路基被雨水冲坏，保证路基的整体稳定性。

在一个实施例中，纤维本体包括主杆和与主杆相连的分支，在主杆和分支上均间隔式设置有多个珠体。这种土体加固纤维在素土内部更加易于形成三维网络，并且三维网络的结构也更加复杂，从而能更有利地将素土颗粒团聚在一起，进一步提高了路基的抗雨水冲刷能力。

在一个实施例中，纤维本体的端部延伸到最外侧的珠体的之外。意外发现，这种结构可防止土体加固纤维在最外侧的珠体处产生应力集中，从而在这种结构的土体加固纤维制备纤维土时，发生断裂的纤维本体的量大幅降低。这样，可进一步提高路基的抗雨水冲刷能力。

在一个实施例中，在主杆和分支的连接处设置有一个珠体。这样，珠体对主杆和分支连接起到保护和加强的作用，可防止在大的拉力下主杆与分支断裂开。

在一个优选的实施例中，纤维本体与多个珠体通过注塑一体成型。例如，可使用聚酯、聚丙烯等材料注塑而成。在这种情况下，设置在主杆和分支处的较大直径的珠体显著地提高了主杆和分支的连接强度，防止分支在拉力下被从主杆上撕裂下来。

在一个实施例中，纤维本体的直径在10μm到500μm之间，优选在80μm到200μm之间；珠体的直径在1mm到3mm，优选为2mm。珠体的直径显著地大于纤维本体的直径，这使得多条土体加固纤维可非常容易地通过搭接和相互绊在一起的珠体稳定地连接在一起，从而在素土内形成三维网络。

在一个实施例中，纤维本体的长度在2cm到6cm之间，优选为4cm；多个珠体之间的间隔为1cm。经研究发现，在路基施工中使用的素土通常含有重量含量最少为30％的等效粒径在1到10mm之间的细颗粒。这些细颗粒填充在粗颗粒之间的间隙内。在粗颗粒运动时，这些细颗粒也同时滚动或运动，从而减小粗颗粒的运动阻力。由此，在外力作用下，例如雨水冲刷，由素土构成的构筑物会由于粗颗粒和细颗粒的运动而被破坏。然而，本发明的土体加固纤维的珠体之间的距离大于或等于细颗粒等效粒径，因此土体加固纤维以及其形成的三维网络能够极大地阻碍细颗粒的滚动或运动，从而造成粗颗粒的运动阻力非常大，甚至不发生运动。这样，根据本发明的土体加固纤维就能极大地增强由含有土体加固纤维的纤维土构筑成的路基的抗雨水冲刷性。

还意外发现，过长(例如长度大于6cm)的纤维本体会导致难以将纤维土(或路基)压实；而过短(例如长度小于2cm)的纤维本体难以相互搭接形成三维网络，从而在这两种情况下难以提高路基的抗雨水冲刷能力。

根据本发明第二方面的路基，由包含根据上文所述的土体加固纤维的纤维土构筑而成，在纤维土中，土体加固纤维的重量含量在2-5‰。意外发现，当纤维土中的土体加固纤维的重量含量高于5‰时，难以将纤维土密实到很高的程度，继而也难以提高路基的抗雨水冲刷性。当纤维土中的土体加固纤维的重量含量小于2‰时，纤维之间难以相互搭接形成三维网络，继而也难以提高路基的抗雨水冲刷性。

根据本发明第三方面的构筑路基的方法，包括以下步骤，步骤一：分层地铺设平行地分散开的土体加固纤维和素土，得到层叠体；步骤二：向层叠体中加水并进行搅拌，形成纤维土；步骤三：将纤维土密实而构筑成路基。

应理解的是，在本申请中使用的用语“平行”并不能按照其数学含义来理解，实际上是指各个土体加固纤维呈大体平行状态，允许小部分地交叉。在本方法中，土体加固纤维以平行分散开的状态来铺设，可有助于土体加固纤维与素土均匀地混合到一起，而不是很多土体加固纤维团聚到一起形成团聚体。团聚体不会提高路基的抗雨水冲刷能力，而且会极大地破坏路基的密度程度，进而极大地降低路基的强度。

在一个实施例中，在步骤一中，层叠体的底层和顶层为素土。这样，在搅拌过程中，可防止土体加固纤维缠绕在搅拌器上而导致土体加固纤维不能均匀地分散到素土内。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在纤维土内，多个土体加固纤维会形成结实的三维网络，从而抑制土颗粒的运动，进而提高路基的抗雨水冲刷能力。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性地显示了根据本发明的土体加固纤维的第一实施例；

图2示意性地显示了根据本发明的土体加固纤维的第二实施例；

图3示意性地显示了根据本发明的土体加固纤维的第三实施例；

图4示意性地显示了使用图1所示的土体加固纤维形成的纤维土；以及

图5示意性地显示了使用图2所示的土体加固纤维形成的纤维土。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1示意性地显示了根据本发明的土体加固纤维10的第一实施例。如图1所示，土体加固纤维10包括线状的纤维本体1和间隔式设在纤维本体1上的多个珠体2。

在将土体加固纤维10与素土50混合到一起形成纤维土后(如图4所示)，多个纤维本体1可相互搭接在一起，并且不同土体加固纤维10的珠体2可相互绊在一起而形成三维网络。三维网络可以使土颗粒51难以移动，在宏观上就表现为土颗粒之间的黏聚力更强。在使用纤维网土构筑成路基后，路基(或其他构筑物)的土颗粒难以移动，从而提高路基的防雨水冲刷能力。

还发现，当路基在寒冷条件下发生冻胀时，土体加固纤维10形成的三维网络能够抑制土体开裂，进而保持路基的强度。另外，由于路基的抗雨水冲刷能力很好，就无需将路基边坡面构造成不透水的护坡面，这就提高了路基的透气性并且由此便于渗水、排水和水的蒸发，进而有助于提高路基的抗冻胀能力。经试验发现，使用上述纤维土构造成的压实体在发生10％(以体积计)的冻胀量时，其强度仍然能满足要求。

此外，路基(或其他构筑物)在冻融循环条件下，土颗粒会进一步破碎，使得多个土体加固纤维10能够产生更多的搭接或交织点，进而形成更加复杂和结实的三维网络，并由此进一步提高了土颗粒之间的黏聚力。

在一个实施例中，纤维本体1的端部11延伸到最外侧的珠体的之外。意外发现，可防止土体加固纤维10在珠体处产生应力集中，进而防止在制备纤维土时，土体加固纤维10发生断裂。

在一个实施例中，纤维本体1的直径在10μm到500μm之间，优选在80μm到200μm之间。珠体2的直径在1mm到3mm，优选为2mm。珠体2的直径与纤维本体1的直径相差如此之大，可使得一条土体加固纤维的珠体2与另一条土体加固纤维的纤维本体1牢固地结合在一起，而不会容易的滑脱，从而形成三维网络。

经研究发现，在路基施工中使用的素土50通常含有重量含量最少为30％的等效粒径在1到10mm之间的细颗粒。这些细颗粒有助于粗颗粒的运动，从而极大地影响着由素土构筑的路基或其他构筑物的结构稳定性。由此，在一个实施例中，将土体加固纤维10构造为：纤维本体1的长度在2cm到6cm之间，优选为4cm；多个珠体2之间的间隔为1cm。这样，在一条土体加固纤维10上至少存在有两个珠体2。珠体2之间的距离大于或等于细颗粒的粒径或等效粒径，由此土体加固纤维10形成的三维网络上的珠体2可以卡住很多细颗粒，并因此对细颗粒和粗颗粒运动施加了很大的阻力，进而提高了路基或其他构筑物的结构稳定性。

图2和3分别显示了土体加固纤维10的其他实施例。例如，图2所示的土体加固纤维10的纤维本体包括主杆21和一个分支22。在主杆21和分支22都设有珠体2。图3所示的土体加固纤维10的纤维本体包括主杆30和两个分支31、32。在主杆21和分支31、32都设有珠体2。应理解的是，在图2和3所示的实施例中，主杆、分支以及珠体与图1所示的相应结构完全相同，这里不再赘述。由于图2和3所示的土体加固纤维10的结构比图1所示的土体加固纤维10的结构更加复杂，因此其能够在纤维土内形成更为复杂的三维网络(如图5所示)，并进一步提高由纤维土构筑成的路基或其他构筑物的稳定性。

还应注意的是，在图2和3所示的实施例中，在主杆和分支处设置了珠体2，以提高主杆和分支的连接强度。

在一个优选的实施例中，纤维本体1与多个珠体2通过注塑一体成型。例如，可使用聚酯、聚丙烯等材料注塑而成。这使得土体加固纤维10更加结实。

为了能将纤维土压实以构筑成路基，纤维土中的土体加固纤维10的重量含量在2-5‰。这是由于，当土体加固纤维10的重量含量高于5‰时，难以将纤维土密实到很高的程度，继而也难以提高路基的抗雨水冲刷性。当土体加固纤维10的重量含量小于2‰时，土体加固纤维10之间难以相互搭接形成三维网络，继而也难以提高路基的抗雨水冲刷性。

可通过下面方法来构筑路基，步骤一：分层地铺设平行地分散开的土体加固纤维10和素土，得到层叠体。步骤二：向层叠体中加水并进行搅拌，形成纤维土。步骤三：将纤维土密实而构筑成路基。

在构筑过程中，施工人员可根据实际情况控制土体加固纤维10的量和所加的水的量。

优选地，在步骤一中，层叠体的底层和顶层为素土。这样，在搅拌过程中，可防止土体加固纤维缠绕在搅拌器上而导致土体加固纤维不能均匀地分散到素土内。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (12)

1.土体加固纤维，所述土体加固纤维能与素土混合到一起形成纤维土，所述土体加固纤维包括：

线状的纤维本体，和

间隔式设在所述纤维本体上的多个珠体。

2.根据权利要求1所述的土体加固纤维，其特征在于，所述纤维本体包括主杆和与所述主杆相连的分支，

在所述主杆和分支上均间隔式设置有多个珠体。

3.根据权利要求2所述的土体加固纤维，其特征在于，在所述主杆和分支的连接处设置有一个珠体。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的土体加固纤维，其特征在于，所述纤维本体的端部延伸到最外侧的珠体之外。

5.根据权利要求1所述的土体加固纤维，其特征在于，所述纤维本体的直径在10μm到500μm之间；

所述珠体的直径在1mm到3mm。

6.根据权利要求5所述的土体加固纤维，其特征在于，所述纤维本体的直径在80μm到200μm之间；

所述珠体的直径为2mm。

7.根据权利要求1所述的土体加固纤维，其特征在于，所述纤维本体的长度在2cm到6cm之间，

多个珠体之间的间隔为1cm。

8.根据权利要求7所述的土体加固纤维，其特征在于，所述纤维本体的长度为4cm。

9.根据权利要求1所述的土体加固纤维，其特征在于，所述纤维本体与所述多个珠体通过注塑一体成型。

10.路基，其由包含根据权利要求1到9中任一项所述的土体加固纤维的纤维土构筑而成，在所述纤维土中，所述土体加固纤维的重量含量在2-5‰。

11.一种构筑根据权利要求10所述的路基的方法，包括以下步骤，

步骤一：分层地铺设平行地分散开的土体加固纤维和素土，得到层叠体；

步骤二：向所述层叠体中加水并进行搅拌，形成纤维土；

步骤三：将所述纤维土密实而构筑成所述路基。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述层叠体的底层和顶层为素土。