CN107675577A - 一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构及其施工方法 - Google Patents

一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构及其施工方法。所述路基封闭垫层结构具体是先在水泥搅拌桩或刚性桩桩顶铺设底层土工格栅，然后回填碎石土混合料，并压实后形成一层或多层碎石土层；所述碎石土层的总厚度不小于50cm，渗透系数不大于9×10‑4cm/s；所述碎石土混合料是采用碎石和黏性土按照1：1～1.5:1的比例混合，且每层碎石土层的压实度不小于94％。本发明仅通过碎石土配比优化和压实参数控制，实现了垫层结构水密性，能够大幅降低由于地下水侵害而引起的道路路基结构损害，尽可能的发挥材料性能，发挥快速高效的施工优势，充分利用级配碎石土的防水性能和三向土工格栅的整体抗拉性能。

Description

一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种软弱土地区路基垫层设计施工技术，特别是一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构及其施工方法，属于土木工程学科中的道路路基工程的加固处理领域。
背景技术
随着我国道路里程的迅猛增长，我国沿海、沿江地区的道路运营里程及道路网密度得到了进一步增长。沿海、沿江区域软弱土分布范围很广、地下水位很高，道路路基通常处于软弱土、高地下水位区域，在路面荷载作用下路基会出现较大的沉降与不均匀沉降变形；另一方面，在高地下水位作用下，路基强度会降低，发生浸水沉陷；从而导致路基路面结构体的劣化变形，降低路基运营寿命。软弱土地区普遍面临地下水位高、路基承载力低、需要进行换填或加固处理的问题。传统道路路基加固中并未有效考虑高地下水的侵蚀作用，导致我国高地下水位地区的路基普遍存在泡水软化病害，严重威胁着各等级道路路基的运营安全。
发明内容
本发明针对高地下水位地区道路路基地下水侵蚀软化病害，设计了一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构及其施工方法。该路基封闭垫层结构能有效抵御地下水侵蚀对道路路基结构的破坏，发挥垫层结构的材料效能，提高施工质量，满足道路路基对地下水侵蚀的封闭性防护要求。
本发明提供的技术方案：所述一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构，其特征在于：包括依次铺设在水泥搅拌桩或刚性桩桩顶的底层土工格栅和铺设在底层土工格栅上的一层或多层碎石土层，当碎石土层设有多层时，两相邻碎石土层之间设有土工格栅垫层；所述碎石土层的总厚度不小于50cm；每层碎石土层是采用碎石和黏性土按照1：1～1.5:1的比例混合均匀后压实形成的，其每层碎石土层的压实度不小于94％。
本发明提供的较优的技术方案：所述路基封闭垫层结构的渗透系数不大于9×10- 4cm/s。
本发明提供的较优的技术方案：所述碎石土层设有两层，其中下层碎石土层的厚度为25-30cm。
本发明提供的较优的技术方案：所述碎石土层中的碎石最大粒径为30mm，其黏性土采用塑性指数10-26、含水率15％-25％，黏粒含量75％-100％的粉质黏土或黏土。
本发明提供的一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构的施工方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)首先进行土、石材料准备与分选：土质材料选择塑性指数10-26、含水率15％-25％，黏粒含量75％-100％的粉质黏土或黏土；石质材料选择粒径小于或等于30mm的级配碎石；然后按照碎石：土＝1:1～1.5:1的配比将碎石、土现场拌和均匀，形成土夹石混合料；
(2)取步骤(1)中拌和均匀的土夹石混合料进行重型击实试验，得到土夹石混合料的最佳含水率与最大干密度；
(3)软弱土地基清理至预定标高后，打设水泥土搅拌桩或刚性桩，养护期满后，在养护期满的水泥土搅拌桩或刚性桩桩顶铺设底层土工格栅，然后在底层土工格栅上铺设步骤(1)中配制的土夹石混合料，并针对回填的土夹石混合料进行碾压形成碎石土层，并检测碎石土层的干密度，并通过干密度与步骤(2)中的最大干密度计算其压实度，当压实度大于等于94％时，停止碾压完成第一层碎石土层的施工；
(4)第一层碎石土层压实后，在第一层碎石土层上铺设第二层土工格栅，再次回填步骤(1)中配制的土夹石混合料，并针对回填的土夹石混合料进行碾压形成第二层碎石土层，并通过灌水或灌砂法检测第二层碎石土层的干密度，控制碎石土层碾压后的最终压实度不小于94％；
(5)重复步骤(4)致使碎石土层的总厚度不小于50cm时，停止垫层的施工，然后进行注水试验检测其渗透系数，通过注水试验检测其渗透系数小于或等于9×10-4cm/s时，则封闭垫层施工满足要求，完成施工；如检测渗透系数大于9×10-4cm/s时，则增加碾压遍数或更换大吨位碾压设备，再次进行碾压，确保垫层最终渗透系数达到设计要求。
本发明提供的较优的技术方案：所述每层碎石土层的虚铺厚度为35-40cm，压实后厚度为25-30cm。
本发明提供的较优的技术方案：所述步骤(3)和步骤(4)中针对每层碎石土层回填的土夹石混合料进行碾压过程是先采用8～10T压路机静压碾压，再采用14～20T压路机振动碾压，碾压时混合料含水率控制在步骤(2)中试验得到的土夹石混合料的最佳含水率±2％范围内，碾压完成后采用灌水或灌砂法检测现场碎石土层的干密度，从而控制其压实度达到94％时，完成该层碎石土层的压实过程。
本发明提供的较优的技术方案：所述步骤(5)中渗透系数是使用步骤(1)中的土夹石混合料在最佳含水量±2％范围内进行碾压后得到的压实度为94％的土夹石混合料试样，先通过室内常水头渗透试验得到，现场施工完毕后通过注水试验检测、验证。
本发明的是根据传统垫层结构的基本组成及功效，提出将透水性的桩顶垫层结构通过垫层碎石土级配优化和压实填筑方法，增强垫层结构的水密性，改变原透水垫层结构的填筑方式，实现道路路基垫层结构的封闭性，保证上层道路路基结构层的稳定。
本发明的路基封闭垫层结构通过级配碎石土的压实填筑，使得桩顶垫层结构具备优异的水封闭性，同时，通过两层三向土工格栅增加垫层结构的整体性和变形协调能力，在不大幅增加工程材料和工程费用的基础上，仅通过碎石土垫层级配优化和压实度指标控制，实现了垫层结构对地下水侵蚀的防御作用。该路基封闭垫层结构并不需要额外增加结构措施，仅通过碎石土配比优化和压实参数控制，实现了垫层结构水密性，能够大幅降低由于地下水侵害而引起的道路路基结构损害，尽可能的发挥材料性能，发挥快速高效的施工优势，充分利用级配碎石土的防水性能和三向土工格栅的整体抗拉性能。具有节能、环保、优质、高效，性价比突出的特点，工程化应用前景十分广阔。
附图说明
图1是本发明一种公路路基封闭垫层结构的示意图；
具体实施方式
以下参照附图及具体实施例对本发明的一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构做进一步说明。下述实施例仅用于说明本发明而并非对本发明具体应用的限制。
如图1所述的一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构，其特征在于：包括依次铺设在水泥搅拌桩或刚性桩1桩顶的底层土工格栅2和铺设在底层土工格栅2上的一层或多层碎石土层3，当碎石土层3设有多层时，两相邻碎石土层3之间设有土工格栅垫层4；所述碎石土层3的总厚度不小于50cm；每层碎石土层3是采用碎石和黏性土按照1：1～1.5:1的比例混合均匀后压实形成的，其每层碎石土层3的压实度不小于94％。所述路基封闭垫层结构的渗透系数不大于9×10-4cm/s。所述碎石土层3设有两层，其中下层碎石土层3的厚度为25-30cm。所述碎石土层3中的碎石最大粒径为30mm，其黏性土采用塑性指数10-26、含水率15％-25％，黏粒含量75％-100％的粉质黏土或黏土。
土夹石混合料的配比实验：申请人按碎石：土＝2.3:1，1.5:1，1:1，0.7:1等4种配比配制成不同的土夹石混合料，并分别针对不同配比配制的土夹石混合料按相同压实度制备试样(压实度均为94％)进行常水头渗透试验试验，测得渗透系数分别为9.5×10-4cm/s，8.5×10-4cm/s，8.1×10-4cm/s，7.3×10-4cm/s。若碎石：土配比选用2.3:1，垫层渗透系数太大，不具备封水效果，同时碎石含量高，造价高；若碎石：土配比选用0.7:1，碎石含量小于50％，垫层强度低，故确定最佳配比为1:1～1.5:1。
实施例中提供的一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构的施工方法，具体步骤如下：
(1)首先进行土、石材料准备与分选：土质材料选择塑性指数10-26、含水率15％-25％，黏粒含量75％-100％的粉质黏土或黏土；石质材料选择粒径小于或等于30mm的级配碎石；然后按照碎石：土＝1:1～1.5:1的配比将碎石、土现场拌和均匀，形成土夹石混合料；
(2)室内击实试验和渗透系数试验：取拌和均匀的土夹石混合料约30kg，先进行重型击实试验，得到土夹石混合料的最佳含水率与最大干密度；并根据最佳含水率与最大干密度结果，在室内制备含水率为最佳含水率±2％范围内、压实度为94％(即干密度为最大干密度的0.94倍)的土夹石混合料试样，试样直径10cm、高度30cm，将该试样进行常水头渗透试验，测定土夹石混合料的渗透系数小于9×10-4cm/s；
(3)软弱土地基清理至预定标高后，打设水泥土搅拌桩或刚性桩，养护期满后，在养护期满的水泥土搅拌桩或刚性桩桩顶铺设底层土工格栅，然后在底层土工格栅上铺设步骤(1)中配制的土夹石混合料，土夹石混合料铺设厚度为40cm，检测土夹石混合料的含水率，使其控制在步骤(2)中检测的得到的最佳含水率±2％范围内，然后开始进行碾压，首先采用8～10T压路机静压2-3遍，然后再采用14～20T压路机振动碾压2-3遍，并在碾压完成后通过灌水或灌砂法检测碎石土层的干密度，通过干密度与步骤(2)中的最大干密度计算其压实度，当压实度大于等于94％时，停止碾压完成第一层碎石土层的施工，第一层碎石土层压实厚度为30cm左右；
(4)第一层碎石土层压实后，在第一层碎石土层上铺设第二层土工格栅，再次回填步骤(1)中配制的土夹石混合料，第二层土夹石混合料铺设厚度为30cm，检测土夹石混合料的含水率，使其控制在步骤(2)中检测的得到的最佳含水率±2％范围内，然后开始进行碾压，首先采用8～10T压路机静压2-3遍，然后再采用14～20T压路机振动碾压2-3遍，并在碾压完成后通过灌水或灌砂法检测碎石土层的干密度，控制碎石土层碾压后的最终压实度不小于94％，第二层碎石土层压实后两层碎石土层的总厚度大于50cm，完成封闭垫层结构的施工；
(5)然后进行钻孔常水头注水试验检测其渗透系数，通过注水试验检测其渗透系数小于或等于9×10-4cm/s时，则封闭垫层施工满足要求，完成施工；如检测渗透系数大于9×10-4cm/s时，则增加碾压遍数或更换大吨位碾压设备，再次进行碾压，确保垫层最终渗透系数达到设计要求。
本发明通过垫层结构参数优化和控制，实现了道路垫层材料性能利用的最大化，能最大程度的降低高地下水位地区道路路基的加固处理费用，发挥快速高效的施工优势，节能、环保、优质、高效，性价比突出，工程化应用前景广阔。
综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构，其特征在于：包括依次铺设在水泥搅拌桩或刚性桩(1)桩顶的底层土工格栅(2)和铺设在底层土工格栅(2)上的一层或多层碎石土层(3)，当碎石土层(3)设有多层时，两相邻碎石土层(3)之间设有土工格栅垫层(4)；所述碎石土层(3)的总厚度不小于50cm；每层碎石土层(3)是采用碎石和黏性土按照1：1～1.5:1的比例混合均匀后压实形成的，其每层碎石土层(3)的压实度不小于94％。
2.根据权利要求1所述的一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构，其特征在于：所述路基封闭垫层结构的渗透系数不大于9×10-4cm/s。
3.根据权利要求1或2所述的一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构，其特征在于：所述碎石土层(3)设有两层，其中下层碎石土层(3)的厚度为25-30cm。
4.根据权利要求1或2所述的一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构，其特征在于：所述碎石土层(3)中的碎石最大粒径为30mm，其黏性土采用塑性指数10-26、含水率15％-25％，黏粒含量75％-100％的粉质黏土或黏土。
5.一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构的施工方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)首先进行土、石材料准备与分选：土质材料选择塑性指数10-26、含水率15％-25％，黏粒含量75％-100％的粉质黏土或黏土；石质材料选择粒径小于或等于30mm的级配碎石；然后按照碎石：土＝1:1～1.5:1的配比将碎石、土现场拌和均匀，形成土夹石混合料；
(2)取步骤(1)中拌和均匀的土夹石混合料进行重型击实试验，得到土夹石混合料的最佳含水率与最大干密度；
(3)软弱土地基清理至预定标高后，打设水泥土搅拌桩或刚性桩，养护期满后，在养护期满的水泥土搅拌桩或刚性桩桩顶铺设底层土工格栅，然后在底层土工格栅上铺设步骤(1)中配制的土夹石混合料，并针对回填的土夹石混合料进行碾压形成碎石土层，并检测碎石土层的干密度，并通过干密度与步骤(2)中的最大干密度计算其压实度，当压实度大于等于94％时，停止碾压完成第一层碎石土层的施工；
(4)第一层碎石土层压实后，在第一层碎石土层上铺设第二层土工格栅，再次回填步骤(1)中配制的土夹石混合料，并针对回填的土夹石混合料进行碾压形成第二层碎石土层，并检测第二层碎石土层的干密度，控制碎石土层碾压后的最终压实度不小于94％；
(5)重复步骤(4)致使碎石土层的总厚度不小于50cm时，停止垫层的施工，然后进行注水试验检测其渗透系数，通过注水试验检测其渗透系数小于或等于9×10-4cm/s时，则封闭垫层施工满足要求，完成施工；如检测渗透系数大于9×10-4cm/s时，则增加碾压遍数或更换大吨位碾压设备，再次进行碾压，确保垫层最终渗透系数达到设计要求。
6.根据权利要求5所述的一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构的施工方法，其特征在于：所述每层碎石土层的虚铺厚度为35-40cm，压实后厚度为25-30cm。
7.根据权利要求5所述的一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构的施工方法，其特征在于：所述步骤(3)和步骤(4)中针对每层碎石土层回填的土夹石混合料进行碾压过程是先采用8～10T压路机静压碾压，再采用14～20T压路机振动碾压，碾压时混合料含水率控制在步骤(2)中试验得到的土夹石混合料的最佳含水率±2％范围内，碾压完成后采用灌水或灌砂法检测现场碎石土层的干密度，从而控制其压实度达到94％时，完成该层碎石土层的压实过程。
8.根据权利要求5所述的一种软弱土地区道路路基封闭垫层结构的施工方法，其特征在于：所述步骤(5)中渗透系数是使用步骤(1)中的土夹石混合料在最佳含水量±2％范围内进行碾压后得到的压实度为94％的土夹石混合料试样，进行常水头渗透试验得到的。
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