CN106638545B - 包芯法改良加固的膨胀土路堤结构及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包芯法改良加固的膨胀土路堤结构及施工方法，所述结构从上至下依次包括基床表层、基床底层、路基本体，路基本体由膨胀土填筑区域和改良土填筑区域间隔分布组成；路基本体两侧边坡设置有防溜滑格栅，基床表层、基床底层底部以及路基本体中膨胀土填筑区域底部均设横向排水坡，膨胀土填筑区域的横向排水坡内埋设斜向泄水孔，斜向泄水孔周围设置有反滤层。本发明克服膨胀土不能用路堤填筑的技术偏见，使得膨胀土地区路堤填筑施工后质量满足要求，而且可大大减少改良费用、简化施工工艺流程，便于大规模施工连续填筑，达到技术合理、费用经济的目的，具有广阔的推广应用价值。

Description

包芯法改良加固的膨胀土路堤结构及施工方法
技术领域
本发明涉及铁路路基工程领域，具体地指一种包芯法改良加固的膨胀土路堤结构及施工方法。
背景技术
工程界常称膨胀土为灾害性土，其主要特性有：胀缩牲、裂隙性、超固结性，这三种特性复杂的共同作用使得其的工程性质极差，常常对各类工程建设造成巨大的危害，且其危害往往具多发性、反复性和长期潜在性。
我国是膨胀土分布最广的国家之一，尤其是在长江与黄河的中下游，以及南部沿海和西南地区，膨胀土最为发育，分布最为普遍。以正在新建的蒙华铁路为例，其线路在三门峡至荆门段共分布膨胀土约211.3km，占线路总长约45.5％；其中强膨胀土约34.8km、中等膨胀土约109.8km、弱膨胀土约66.7km。三荆段膨胀土地段路基长度约155.83km，约占路基全长的63.3％。沿线膨胀土分布广泛，其中邓州至襄阳约120km范围内无优质填料可取，不可避免利用膨胀土填料，膨胀土改良土填方约1581万方。
在全国膨胀土地区已修建的公路与铁路，路基普遍产生下沉外挤，基床翻浆冒泥，边坡冲蚀溜塌、塌滑与滑坡等严重病害，有的滑坡不仅造成路基成片破坏，甚至连同路基防护加固工程也一起毁坏，严重影响行车安全。每年因整治膨胀土地区路基病害，花费的投资均在5亿元以上，而且各种膨胀土路基的新生病害还在不断发生。
通常情况下膨胀土分别区域修建铁路多采用桥梁形式通过。当受到某些条件限制，必须采用路基形式时，由于膨胀土的区域性分布，不可避免的要使用部分膨胀性较弱的填料来进行路基填筑施工，若路基全部直接采用膨胀土填料施工则很容易发生上述病害，所以目前采用膨胀土填筑路基多将其进行化学改良后填筑，改良剂的选择多为石灰或水泥，按照室内试验配合比确定改良剂的掺量进行试验段填筑，试验合格后推广全线使用，但改良土填筑存在施工工艺复杂、合格填料产量低不便于连续填筑、施工质量不易控制的困难，因此路基设计必须采用特殊的结构形式，从而达到既消除膨胀土填筑的不利特性，保证路基安全又能简化路基施工工艺，提高经济效益。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种包芯法改良加固的膨胀土路堤结构及施工方法，以解决采用部分膨胀土填筑路基的质量问题，本发明不仅可以使得采用膨胀土填筑路基施工后满足质量要求，还可大大减少膨胀土改良处理费用，达到技术合理、费用经济的目的，且路堤填高越大，则越能体现出该路基结构的经济性。
为实现上述目的，本发明一种包芯法改良加固的膨胀土路堤结构，从上至下依次包括基床表层、基床底层、路基本体，其特殊之处在于，所述基床表层的两侧设置有护肩，所述基床底层的顶部两侧设置有上镶边，所述路基本体的底部两侧设置有下镶边，所述下镶边的底部设置有支撑护脚，所述路基本体由膨胀土填筑区域和改良土填筑区域组成，所述改良土填筑区域将膨胀土填筑区域包裹于路基本体中心；所述路基本体两侧边坡设置有穿过改良土填筑区域并伸入膨胀土填筑区域的防溜滑格栅，所述防溜滑格栅上下分层布置，所述路基本体中由膨胀土填筑区域至改良土填筑区域向外设横向排水坡，所述横向排水坡内埋设斜向泄水孔，所述斜向泄水孔周围设置有反滤层。
进一步地，所述路基本体的膨胀土填筑区域上部设置有防变形加筋层，所述膨胀土填筑区域的底部设置有隔水垫层。防变形加筋层设置于路基本体中膨胀土填筑区域上部，防止整体失稳变形。隔水垫层使膨胀土填筑区域的渗水保持在膨胀土填筑区域中通过斜向泄水孔排出而不进入下方改良土填筑区域引起基床灾害。
更进一步地，所述基床底层中采用AB填料填筑或者改良土填筑，采用改良土填筑时，在基床底层的顶部设置隔水垫层；采用AB填料填筑时，在基床底层的底部设置隔水垫层。如果基床底层填筑改良土，路基本体的顶层一般为膨胀土，费用比较经济；如果基床底层填筑AB组填料，路基本体的顶层应该为改良土防止产生基床病害。
更进一步地，所述隔水垫层为中粗砂垫层，并在中粗砂垫层中部夹一层复合土工膜或者毛细排水板。
更进一步地，所述防溜滑格栅由双向土工格栅水平铺设，外侧边缘为回折结构。。
更进一步地，所述路基本体中由膨胀土填筑区域至改良土填筑区域向外的横向排水坡的倾斜率为4％。
更进一步地，所述路基本体中的横向排水坡，所述横向排水坡沿路基本体的垂直高度分层铺设。
一种根据上述夹层法改良加固的膨胀土路堤结构的施工方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：1)制作改良土；2)检测地基承载力；3)分层填筑路基本体；4)填筑基床底层；5)填筑基床表层；其中步骤3)的具体步骤包括：
31)将路基本体底部1～2层铺设改良土填筑区域，上部铺设一层隔水垫层；
32)在所述隔水垫层上，对路基本体两侧用改良土、中间用膨胀土分开摊铺，统一碾压，形成改良土填筑区域包裹膨胀土填筑区域；
33)由膨胀土填筑区域至改良土填筑区域向外铺设横向排水坡，埋设斜向泄水孔；
34)在所述路基本体顶部1～2层铺设改良土填筑区域，从而将膨胀土填筑区域完全封闭在改良土填筑区域内部；
35)在路基本体两侧边坡沿垂直高度等间隔铺设防溜滑格栅。
优选地，所述步骤4)采用AB填料填筑或者改良土填筑，采用AB填料填筑时，在所述基床底层底部铺设0.1m厚的中粗砂垫层，并在所述中粗砂垫层中部夹一层复合土工膜，形成隔水垫层；采用改良土填筑时，则在所述基床底层顶部铺设隔水垫层。
优选地，填筑膨胀土填筑区域时，需对土料的膨胀性指标按规定的批次进行化验，确保土料的膨胀性浅势等级不得为强膨胀，只能采用弱、中膨胀土直接进行路基填筑；雨季施工时，在降雨来临前完成改良土填筑区域填筑即达到防水效果；当采用石灰改良路拌法施工时，将膨胀土摊铺在路基填筑面上，洒上石灰作为晾晒场地，待其含水率降低至合适范围后进行路拌法施工。
本发明提供的一种包芯法改良加固的膨胀土路堤结构及施工方法，其核心点在于其核心点在于路基本体两侧、顶面及底层均采用隔水填料处理，内部采用膨胀土直接填筑的结构形式。采用隔水填料处理路基两侧可防止外界环境对内部膨胀土填料含水率的影响，防止其产生胀缩变形和开裂，保证了路基质量，同时大幅减少改良土的使用量，提高了施工效率和经济效益。
本发明提出的一种包芯法改良加固的膨胀土路堤结构及施工方法具有以下几方面的优点：
(1)本发明应用于膨胀土地区路堤填筑工程，相比于常规的膨胀土地区缺乏优质填料情况下全部采用改良土来填筑路堤的设计形式，采用所述的路堤结构形式填筑路堤可大大减少改良土的数量、改良剂材料成本、施工工序及施工时间，从而降低了工程费用，提高了经济效益。
(2)采用边坡部位填筑改良土，改良土填料较好的水稳性来有效避免通常膨胀土路基可能产生的边坡溜塌、提高其抗冲蚀能力。改良土填筑区域将路堤内部膨胀土填筑区域与外界环境隔开，隔绝了大气中的水分对膨胀土填料的影响，使其含水率基本保持稳定，保证了膨胀土填料的强度和稳定，满足了路基的安全质量要求。
(3)相较以往全部采用改良土填筑结构形式，由于改良土填筑施工工序复杂、工效慢，不利于大规模施工连续填筑，采用所述结构形式填筑路堤能够大大减少改良土使用量，且不受雨季影响，满足了大规模施工连续填筑要求。
(4)当路基填筑采用石灰改良路拌法施工时，可将膨胀土洒上石灰摊铺在路基填筑面上，将其作为临时晾晒场地使用，待膨胀土含水率降低至合适范围后进行路拌法施工，在一定程度上可解决大规模连续填筑时膨胀土填料缺乏晾晒场地的问题，保证了施工的连续性。
(5)路基本体顶部采用三向土工格栅拉通铺设，且在膨胀土填筑层底部埋设斜向泄水孔，保持路基内部填料含水率稳定，采取这些措施可有效防止路基边坡开裂、溜塌。
我国膨胀土分布广泛，本发明克服膨胀土不能用路堤填筑的技术偏见，不仅使得膨胀土地区路堤填筑施工后质量满足要求，而且可大大减少改良费用、简化施工工艺流程，便于大规模施工连续填筑，达到技术合理、费用经济的目的，具有广阔的推广应用价值。
附图说明
图1为本发明包芯法改良加固的膨胀土路堤结构第一种实施方式的结构示意图；
图2为本发明包芯法改良加固的膨胀土路堤结构第二种实施方式的结构示意图；
图3为本发明包芯法改良加固的膨胀土路堤结构第三种实施方式的结构示意图；
图4为本发明包芯法改良加固的膨胀土路堤结构第四种实施方式的结构示意图；
图5为图1～图4中防溜滑格栅外边回折结构形式；
图6为图1～图4中斜向泄水孔细部结构形式。
图中：基床表层1，基床底层2，路基本体3，隔水垫层4，膨胀土填筑区域5，改良土填筑区域6，防溜滑格栅7，斜向泄水孔8，防变形加筋层9，支撑护脚10，反滤层11，护肩12，上镶边13，下镶边14。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
本发明一种包芯法改良加固的膨胀土路堤结构，第一个实施例如图1、图5、图6所示，膨胀土路堤结构的路基面形状为三角形路拱，从上至下依次包括基床表层1、基床底层2、路基本体3。基床表层1厚0.6m，填筑A组填料(砂类土除外)。基床底层2厚1.9m，填筑改良土。基床底层2的顶部设置有隔水垫层4。隔水垫层4为0.1m厚的中粗砂垫层，并在中粗砂垫层中部夹一层的复合土工膜或者毛细排水板。隔水垫层4的铺设位置根据基床底层的填料不同有所区别。
基床表层1的两侧设置有护肩12，基床底层2的顶部两侧设置有上镶边13，路基本体3的底部两侧设置有下镶边14，下镶边14的底部设置有支撑护脚10。
路基本体3由膨胀土填筑区域5和改良土填筑区域6组成，改良土填筑区域6将膨胀土填筑区域5包裹于路基本体3中心。膨胀土填筑区域5底部也设置有隔水垫层4。隔水垫层4为0.1m厚的中粗砂垫层，并在中粗砂垫层中部夹一层的复合土工膜或者毛细排水板。
基床表层1和基床底层2的底部、路基本体3中由膨胀土填筑区域5至改良土填筑区域6向外均在两侧设倾斜率为4％的横向排水坡。路基本体3中的横向排水坡内埋设斜向泄水孔8。斜向泄水孔8采用pvc管，管壁需留有泄水孔，在埋入路基部分需设置反滤层11，反滤层11可采用碎石或砂砾石加砂，外部采用土工编织物进行包裹。
路基本体3两侧边坡设置有穿过改良土填筑区域6并伸入膨胀土填筑区域5的防溜滑格栅7以对路堤边坡进行加筋补强措施，每间隔0.6m高上下分层铺设防溜滑格栅7，防溜滑格栅7一般采用双向一层土工格栅水平铺设，宽度应大于改良土包边横向宽度，防溜滑格栅7外侧边缘采用回折方式，回折长度应根据《铁路路基土工合成材料应用设计规范》进行计算。防溜滑格栅7双向抗拉强度不小于25kN/m。也可采用单向土工格栅，抗拉强度不小于25kN/m，抗拉强度方向应沿路基断面横向铺设。
本发明的第二个实施例如图2所示，与第一个实施例的区别在于：基床底层2填筑AB填料，隔水垫层4设置于基础底层2的底部、基础底层2与路基本体3之间。
本发明的第三个实施例如图3所示，与第一个实施例的区别在于：路基本体3中膨胀土填筑区域5上部靠近改良土填筑区域6设置防变形加筋层9，防变形加筋层9采用三向土工格栅，1～2层三向土工格栅满铺基床底层2，三向抗拉强度不小于110kN/m。
本发明的第四个实施例如图4所示，与第二个实施例的区别在于：路基本体3中膨胀土填筑区域5上部靠近改良土填筑区域6设置防变形加筋层9，防变形加筋层9一般采用三向土工格栅，1～2层三向土工格栅满铺基床底层2，三向抗拉强度不小于110kN/m。
基于上述包芯法改良加固的膨胀土路堤结构的施工方法，包括如下步骤：
1)制作改良土。结合施工地区具体情况，通过室内试验确定改良土的改良方案及配合比，一般采用水泥或石灰作为改良剂对膨胀土进行改良。
2)检测地基承载力。对承载力不够的地段进行地基加固处理。
3)分层填筑路基本体，路基本体3填筑时，每层的压实厚度不超过30cm。
31)将路基本体3底部1～2层铺设改良土填筑区域6，上部铺设一层0.1m厚中粗砂垫层，垫层中间夹一层复合土工膜，形成隔水垫层4。
32)在隔水垫层4上，对路基本体3两侧用改良土、中间用膨胀土分开摊铺，统一碾压，形成改良土填筑区域6包裹膨胀土填筑区域5。
填筑改良土区域6时，边坡部位进行了隔水处理，处理方法可以就地取材，使用膨胀土改良，或使用其它隔水性填料，利用隔水性填料较好的水稳性来有效避免通常膨胀土路基可能产生的边坡溜塌、提高其抗冲蚀能力。采取隔水处理后，路堤内部膨胀土与外界环境隔开，隔绝了大气中的水分对膨胀土填料的影响，使其含水率基本保持稳定，保证了膨胀土填料的强度和稳定，满足了路基的安全质量要求。
填筑膨胀土填筑区域5时，需对土料的膨胀性指标按规定的批次进行化验，确保土料的膨胀性浅势等级不得为强膨胀，只能采用弱、中膨胀土直接进行路基填筑；雨季施工时，在降雨来临前完成改良土填筑区域6填筑即达到防水效果；当采用石灰改良路拌法施工时，将膨胀土摊铺在路基填筑面上，洒上石灰作为晾晒场地，待其含水率降低至合适范围后进行路拌法施工。
33)在膨胀土填筑区域5底部两侧设置倾斜率为4％的横向排水坡，并在排水坡中埋设斜向泄水孔8。
34)在路基本体3顶部1～2层铺设改良土填筑区域6，从而将膨胀土填筑区域5完全封闭在改良土填筑区域6内部。
膨胀土填筑区域5两侧的改良土填筑区域6的改良土包边宽度按照如下公式计算
Dmax＝dmax/λ
式中，L—包边宽度；Dmax—改良土大气剧烈影响深度；m—边坡坡率；dmax—膨胀土大气剧烈影响深度；λ—改良后膨胀土大气影响折减系数，一般取3～4。
35)路基本体3的边坡采用防溜滑格栅7对膨胀土路堤边坡进行加筋补强，每间隔0.6m高铺设双向一层土工格栅，各层土工合成材料之间的间距不宜小于每一层填筑层的最小厚度，且不宜大于1m，防溜滑格栅7的宽度应大于改良土包边横向宽度，防溜滑格栅7外侧边缘采用回折方式，回折长度应根据《铁路路基土工合成材料应用设计规范》进行计算。双向土工格栅的双向抗拉强度不小于25kN/m。也可采用单向土工格栅，抗拉强度不小于25kN/m，抗拉强度方向应沿路基断面横向铺设。
36)在膨胀土填筑区域5上部靠近改良土区域6满铺1～2层防变形加筋层9。防变形加筋层9采用三向土工格栅，1～2层三向土工格栅满铺基床底层2，三向抗拉强度不小于110kN/m。
4)分层填筑基床底层2，基床底层2填筑时，每层的压实厚度不超过30cm。若基床底层2采用非改良土的AB组填料填筑，则在基床底层2的底部铺设0.1m厚的中粗砂垫层，垫层中部夹一层复合土工膜形成隔水垫层4；若基床底层2采用改良土填筑，则在基床底层2顶部铺设隔水垫层4。
5)填筑基床表层1。
由于改良土施工工艺复杂、施工质量要求高，采用上述路基结构形式可大幅减少施工过程中改良土的使用量，便于大规模施工连续填筑，从而达到在保证路基质量的前提下提高路基填筑的施工工效的目的。上述路基结构适用于膨胀土地区填高大于3m以上的路堤填筑地段，且路堤填高越大，则越能体现出该路基结构的经济性。
其它未详细说明的部分均为现有技术。

Claims (7)

1.一种包芯法改良加固的膨胀土路堤结构，从上至下依次包括基床表层(1)、基床底层(2)、路基本体(3)，其特征在于：所述基床表层(1)的两侧设置有护肩(12)，所述基床底层(2)的顶部两侧设置有上镶边(13)，所述路基本体(3)的底部两侧设置有下镶边(14)，所述下镶边(14)的底部设置有支撑护脚(10)，所述路基本体(3)由膨胀土填筑区域(5)和改良土填筑区域(6)组成，所述改良土填筑区域(6)将膨胀土填筑区域(5)包裹于路基本体(3)中心；所述路基本体(3)两侧边坡设置有穿过改良土填筑区域(6)并伸入膨胀土填筑区域(5)的防溜滑格栅(7)，所述防溜滑格栅(7)上下分层布置，所述路基本体(3)中由膨胀土填筑区域(5)至改良土填筑区域(6)向外设横向排水坡，所述横向排水坡内埋设斜向泄水孔(8)，所述斜向泄水孔(8)周围设置有反滤层(11)；所述路基本体(3)的膨胀土填筑区域(5)上部设置有防变形加筋层(9)，所述膨胀土填筑区域(5)的底部设置有隔水垫层(4)；所述基床底层(2)中采用AB填料填筑或者改良土填筑，采用改良土填筑时，在基床底层(2)的顶部设置隔水垫层(4)；采用AB填料填筑时，在基床底层(2)的底部设置隔水垫层(4)；所述路基本体(3)中由膨胀土填筑区域(5)至改良土填筑区域(6)向外的横向排水坡的倾斜率为4％。
2.根据权利要求1所述的包芯法改良加固的膨胀土路堤结构，其特征在于：所述隔水垫层(4)为中粗砂垫层，并在中粗砂垫层中部夹一层复合土工膜。
3.根据权利要求1所述的包芯法改良加固的膨胀土路堤结构，其特征在于：所述防溜滑格栅(7)由双向土工格栅水平铺设，外侧边缘为回折结构。
4.根据权利要求1所述的包芯法改良加固的膨胀土路堤结构，其特征在于：所述路基本体(3)中的横向排水坡，所述横向排水坡沿路基本体(3)的垂直高度分层铺设。
5.一种根据权利要求1～4中任一权利要求所述的包芯法改良加固的膨胀土路堤结构的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：1)制作改良土；2)检测地基承载力；3)分层填筑路基本体(3)；4)填筑基床底层(2)；5)填筑基床表层(1)；其中步骤3)的具体步骤包括：
31)将路基本体(3)底部1～2层铺设改良土填筑区域(6)，上部铺设一层隔水垫层(4)；
32)在所述隔水垫层(4)上，对路基本体(3)两侧用改良土、中间用膨胀土分开摊铺，统一碾压，形成改良土填筑区域(6)包裹膨胀土填筑区域(5)；
33)由膨胀土填筑区域(5)至改良土填筑区域(6)向外铺设横向排水坡，埋设斜向泄水孔(8)；
34)在所述路基本体(3)顶部1～2层铺设改良土填筑区域(6)，从而将膨胀土填筑区域(5)完全封闭在改良土填筑区域(6)内部；
35)在路基本体(3)两侧边坡沿垂直高度等间隔铺设防溜滑格栅(7)。
6.根据权利要求5所述的包芯法改良加固的膨胀土路堤结构的施工方法，其特征在于：所述步骤4)采用AB填料填筑或者改良土填筑，采用AB填料填筑时，在所述基床底层(2)底部铺设0.1m厚的中粗砂垫层，并在所述中粗砂垫层中部夹一层复合土工膜，形成隔水垫层(4)；采用改良土填筑时，则在所述基床底层(2)顶部铺设隔水垫层(4)。
7.根据权利要求5所述的包芯法改良加固的膨胀土路堤结构的施工方法，其特征在于：填筑膨胀土填筑区域(5)时，需对土料的膨胀性指标按规定的批次进行化验，确保土料的膨胀性浅势等级不得为强膨胀，只能采用弱、中膨胀土直接进行路基填筑；雨季施工时，在降雨来临前完成改良土填筑区域(6)填筑即达到防水效果；当采用石灰改良路拌法施工时，将膨胀土摊铺在路基填筑面上，洒上石灰作为晾晒场地，待其含水率降低至合适范围后进行路拌法施工。
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