CN107747261A - 一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构及施工方法 - Google Patents

一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构及施工方法,可用于解决软土地区修筑公路路基的冻胀和沉降的问题,本结构主要由防水层、碎石层、轻质混凝土层、路面结构层和回填土坡层为主体结构组成,本发明不仅可利用轻质混凝材料的低导热、抗冻和轻质等特性,且可利用碎石层作为排水层,防水土工布作为隔水层,形成整体结构,保证在低温作用时具有良好的抗冻融能力,且轻质混凝土层和路面结构层形成良好的整体受力结构层,降低附加应力,减弱沉降问题。

Description

一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构及施工方法
技术领域
本发明涉及公路路基结构问题,特别针对软土地区存在冻胀的问题,提供一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构及施工方法。
背景技术
随着社会的发展和国家规划的不断完善,全国公路修筑的总里程在不断增加,公路网也在不断的完善,不可避允的将遇到在软土地质的季节性冻土区修筑公路的情况,软土地质的活动层内年都会发生着季节冻结或融化,对于软土地质的公路路基结构不仅存在抗冻性差的问题;且由于路基材料密度大,存在沉降大的问题。
故如何解决软土地质的公路路基结构存在抗冻性差的问题,对于本领域技术人员来说很有现实意义。
发明内容
为了克服现有软土地质的公路路基结构存在抗冻性差的问题,本发明提供一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构,能够有效的保护软土地区季节性冻土区公路路基,且施工容易。
本发明提供一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构的施工方法,能够有效的保护软土地区季节性冻土区公路路基,且施工容易。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案:
一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构,包括由下至上依次设置的防水层、碎石层、轻质混凝土层、路面结构层和回填土坡层。
本发明不仅可利用轻质混凝土层的低导热、抗冻和轻质等特性,且可利用碎石层作为排水层,防水土工布作为防水层,形成整体结构,保证在低温作用时具有良好的抗冻融能力,且轻质混凝土层和路面结构层形成良好的整体受力结构层,降低附加应力,减弱沉降问题。
进一步地,所述防水土工布的宽度和轻质混凝土层底部的宽度相同。
进一步地,所述碎石层的厚度为4-6cm,碎石的粒径小于等于0.5cm。
进一步地,所述轻质混凝土层的截面为凸字形,轻质混凝土层两侧设有台阶,所述台阶距离路面结构层底部30cm,台阶宽度大于等于40cm。
进一步地,所述路面结构层总厚度大于等于25cm。
进一步地,所述轻质混凝土层两侧有回填土坡层,所述回填土坡层的厚度大于等于30cm。
本发明还提供一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构的施工方法,包括如下步骤:
步骤1:铺设防水层,对开挖底面采用防水土工布全面铺设,;
步骤2:在防水层上铺设碎石层,采用粒径不大于0.5cm的开级配碎石进行铺设,铺设厚度为5cm;
步骤3:在碎石层上浇筑轻质混凝土层,将水泥、水、防水剂、纤维和发泡剂按一定的比例混合制成混凝土浆,将混凝土浆采用分层、分区的方式浇筑;
步骤4:在轻质混凝土层上铺设路面结构层,路面结构层分为两层,下层为基层,上层为面层,基层采用水泥稳定土摊铺在轻质混凝土层上并进行碾压,面层采用沥青混凝土摊铺在面层上并进行碾压,路面结构层总厚度不小于25cm;
步骤5:轻质混凝土层两侧的回填土施工,采用粒径不大于5cm的碎石进行小型机械铺设,渗透系数不大于2.4×10-2cm×s-1
本发明不仅可利用轻质混凝材料的低导热、抗冻和轻质等特性,且可利用碎石层作为排水层,防水土工布作为隔水层,形成整体结构,保证在低温作用时具有良好的抗冻融能力,且轻质混凝土层和路面结构层形成良好的整体受力结构层,降低附加应力,减弱沉降问题。
进一步地,所述步骤3中浇筑的轻质混凝土层截面呈凸字形,轻质混凝土层两侧设有台阶,所述台阶距离路面结构层底部30cm,台阶宽度大于等于40cm,干密度不高于600kg/m3,分层浇筑时每层厚度约为0.6-0.8m,分区大小约为10-15m*10-15m。
进一步地,所述步骤3中混凝土浆中各组分的重量份如下:水泥450份、水315份、防水剂0.5份,纤维2.0份,发泡剂0.3份。
本发明的有益效果如下:
本发明不仅可利用轻质混凝材料的低导热、抗冻和轻质等特性,且可利用碎石层作为排水层,防水土工布作为隔水层,起到隔水作用,降低对路基结构下部的地基土含水量的变化,保证在低温作用时具有良好的抗冻融能力,且轻质混凝土层和路面结构层形成良好的整体受力结构层,降低附加应力,减弱沉降问题。
附图说明
图1是本发明一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构及施工方法;
附图标记:1-防水层,2-碎石层,3-轻质混凝土层,4-路面结构层,5-回填土坡层。
具体实施方式
为了本技术领域的人员更好的理解本发明,下面结合附图和以下实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1:
如图1所示,一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构,包括由下至上依次设置的防水层1和碎石层2,所述防水层1由防水土工布构成,防水层1起到隔水作用,降低对路基结构下部的地基土含水量的变化,因为含水量的变化会改变土颗粒间的作用力,会发生一定的变形;所述碎石层2的厚度为5cm,碎石的粒径不大于0.5cm,碎石层2起到了排水的作用,当温度升高,冰雪融化或者有降雨时,路基内所产生的水会通过碎石层2渗透到防水土工布上,由于防水土工布防水,所以水会通过防水土工布上碎石层2的两侧流走,不会渗透到路基下,不改变防水土工布下方土层的含水量,基本保证轻质混凝土层3结构较低的含水量,当温度降低时不产生冻融损伤;防水土工布还具有防刺入的能力,保证碎石层2的碎石棱角不会将防水土工布刺破,当防水土工布需进行拼接时,采用具有防水作用的粘合剂进行拼接。所述碎石层2上依次设置有轻质混凝土层3和路面结构层4,所述轻质混凝土层3截面为凸字形,轻质混凝土层3两侧为台阶,台阶距离路面层底部30cm,台阶宽度不小于40cm,所述台阶为轻质混凝土层3预留的富余值,保证了主体结构不受影响,轻质混凝土层3凸字形中间突出的部分和路面结构层4宽度相同,所述轻质混凝土层3由混凝土浆浇筑而成,混凝土浆里面有发泡剂,有很多气泡,硬化后形成具有一定比例闭孔结构的多孔材料轻质混凝土层3,质量轻、抗冻性好,且轻质混凝土层3中间突出的部分和路面结构层4形成整体结构层,起到板体性,可降低地基附加应力,减弱附加沉降。特别在软土地质地区,可弱化复合地基处理或不进行处理;
由于含水量低于浸水饱和状态,导热系数低,冻胀线上移,设置的厚度降低,所以混凝土层深度设置要超过冻胀线。所以轻质混凝土层3底部位于冻胀线以下。所述路面结构层4总厚度结合交通量计算设计年限内的累计当量轴次交通量和路面设计弯沉值,计算得到结构层厚度,而后验算路面结构的弯拉应力。轻质混凝土材料弹性模量高、强度高,可起到很好的基础作用,当路面结构层4厚度不小于25cm可保证要求。所以保证路面层厚度,防止上部车辆荷载对路面结构层4下部的轻质混凝土层3产生影响,造成轻质混凝土层3含水量增高,对于多孔结构轻质混凝土层3,受到的车辆荷载超过一定值时,开孔结构层内的气体会摆脱束缚,排出轻质混凝土,造成轻质混凝土含水量增高,最高可达真空饱和状态,使轻质结构层受到车辆动荷载的影响低,进一步使含水量低于浸水饱和状态,具有良好的抗冻性。
所述轻质混凝土层3两侧有回填土坡层5,所述回填土坡层5的厚度不小于30cm,回填土坡层5采用具有一定抗冻性的碎石填料填筑,渗透系数不大于2.4×10-2cm×s-1,防止轻质混凝土直接受到雨水冲刷,阳光直射,具有防止冻害等作用。
实施例2:
如图1所示,一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构,包括由下至上依次设置的防水层1和碎石层2,所述防水层1由防水土工布构成,防水层1起到隔水作用,降低对路基结构下部的地基土含水量的变化,因为含水量的变化会改变土颗粒间的作用力,会发生一定的变形;所述碎石层2的厚度为4cm,碎石的粒径不大于0.5cm,碎石层2起到了排水的作用,当温度升高,冰雪融化或者有降雨时,路基内所产生的水会通过碎石层2渗透到防水土工布上,由于防水土工布防水,所以水会通过防水土工布上碎石层2的两侧流走,不会渗透到路基下,不改变防水土工布下方土层的含水量,基本保证轻质混凝土层3结构较低的含水量,当温度降低时不产生冻融损伤;防水土工布还具有防刺入的能力,保证碎石层2的碎石棱角不会将防水土工布刺破,当防水土工布需进行拼接时,采用具有防水作用的粘合剂进行拼接。所述碎石层2上依次设置有轻质混凝土层3和路面结构层4,所述轻质混凝土层3截面为凸字形,轻质混凝土层3两侧为台阶,台阶距离路面层底部30cm,台阶宽度不小于40cm,所述台阶为轻质混凝土层3预留的富余值,保证了主题结构不受影响,轻质混凝土层3凸字形中间突出的部分和路面结构层4宽度相同,所述轻质混凝土层3由混凝土浆浇筑而成,混凝土浆里面有发泡剂,有很多气泡,硬化后形成具有一定比例闭孔结构的多孔材料轻质混凝土层3,质量轻、抗冻性好,且轻质混凝土层3中间突出的部分和路面结构层4形成整体结构层,起到板体性,可降低地基附加应力,减弱附加沉降。特别在软土地质地区,可弱化复合地基处理或不进行处理;
由于含水量低于浸水饱和状态,导热系数低,冻胀线上移,设置的厚度降低,所以混凝土层深度设置要超过冻胀线。所以轻质混凝土层3底部位于冻胀线以下。所述路面结构层4总厚度结合交通量计算设计年限内的累计当量轴次交通量和路面设计弯沉值,计算得到结构层厚度,而后验算路面结构的弯拉应力。轻质混凝土材料弹性模量高、强度高,可起到很好的基础作用,当路面结构层4厚度不小于25cm可保证要求。所以保证路面层厚度,防止上部车辆荷载对路面结构层4下部的轻质混凝土层3产生影响,造成轻质混凝土层3含水量增高,对于多孔结构轻质混凝土层3,受到的车辆荷载超过一定值时,开孔结构层内的气体会摆脱束缚,排出轻质混凝土,造成轻质混凝土含水量增高,最高可达真空饱和状态,使轻质结构层受到车辆动荷载的影响低,进一步使含水量低于浸水饱和状态,具有良好的抗冻性。
所述轻质混凝土层3两侧有回填土坡层5,所述回填土坡层5的厚度不小于30cm,回填土坡层5采用具有一定抗冻性的碎石填料填筑,渗透系数不大于2.4×10-2cm×s-1,防止轻质混凝土直接受到雨水冲刷,阳光直射,具有防止冻害等作用。
实施例3:
如图1所示,一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构,包括由下至上依次设置的防水层1和碎石层2,所述防水层1由防水土工布构成,防水层1起到隔水作用,降低对路基结构下部的地基土含水量的变化,因为含水量的变化会改变土颗粒间的作用力,会发生一定的变形;所述碎石层2的厚度为6cm,碎石的粒径不大于0.5cm,碎石层2起到了排水的作用,当温度升高,冰雪融化或者有降雨时,路基内所产生的水会通过碎石层2渗透到防水土工布上,由于防水土工布防水,所以水会通过防水土工布上碎石层2的两侧流走,不会渗透到路基下,不改变防水土工布下方土层的含水量,基本保证轻质混凝土层3结构较低的含水量,当温度降低时不产生冻融损伤;防水土工布还具有防刺入的能力,保证碎石层2的碎石棱角不会将防水土工布刺破,当防水土工布需进行拼接时,采用具有防水作用的粘合剂进行拼接。所述碎石层2上依次设置有轻质混凝土层3和路面结构层4,所述轻质混凝土层3截面为凸字形,轻质混凝土层3两侧为台阶,台阶距离路面层底部30cm,台阶宽度不小于40cm,所述台阶为轻质混凝土层3预留的富余值,保证了主题结构不受影响,轻质混凝土层3凸字形中间突出的部分和路面结构层4宽度相同,所述轻质混凝土层3由混凝土浆浇筑而成,混凝土浆里面有发泡剂,有很多气泡,硬化后形成具有一定比例闭孔结构的多孔材料轻质混凝土层3,质量轻、抗冻性好,且轻质混凝土层3中间突出的部分和路面结构层4形成整体结构层,起到板体性,可降低地基附加应力,减弱附加沉降。特别在软土地质地区,可弱化复合地基处理或不进行处理;
由于含水量低于浸水饱和状态,导热系数低,冻胀线上移,设置的厚度降低,所以混凝土层深度设置要超过冻胀线。所以轻质混凝土层3底部位于冻胀线以下。所述路面结构层4总厚度结合交通量计算设计年限内的累计当量轴次交通量和路面设计弯沉值,计算得到结构层厚度,而后验算路面结构的弯拉应力。轻质混凝土材料弹性模量高、强度高,可起到很好的基础作用,当路面结构层4厚度不小于25cm可保证要求。所以保证路面层厚度,防止上部车辆荷载对路面结构层4下部的轻质混凝土层3产生影响,造成轻质混凝土层3含水量增高,对于多孔结构轻质混凝土层3,受到的车辆荷载超过一定值时,开孔结构层内的气体会摆脱束缚,排出轻质混凝土,造成轻质混凝土含水量增高,最高可达真空饱和状态,使轻质结构层受到车辆动荷载的影响低,进一步使含水量低于浸水饱和状态,具有良好的抗冻性。
所述轻质混凝土层3两侧有回填土坡层5,所述回填土坡层5的厚度不小于30cm,回填土坡层5采用具有一定抗冻性的碎石填料填筑,渗透系数不大于2.4×10-2cm×s-1,防止轻质混凝土直接受到雨水冲刷,阳光直射,具有防止冻害等作用。
实施例4:
一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构的施工方法,包括如下步骤:
步骤1:对开挖底面采用防水土工布全面铺设,其中宽度和轻质混凝土层3下部相同;当需进行拼接时,采用具有防水作用的粘合剂进行拼接。
步骤2:采用粒径不大于0.5cm的开级配碎石进行机械铺设,厚度为5cm,渗透系数不小于2.4×10-2cm×s-1
步骤3:轻质混凝土层3采用台阶式布置,距离路面层30cm位置设置台阶,台阶宽度不小于40cm;轻质混凝土底部位于冻胀线以下;轻质混凝土强度高于碎石层2的3倍,且无侧限抗压强度不低于1MPa,干密度不高于600kg/m3
其中轻质混凝土采用分层、分区进行现场浇筑施工,分层浇筑时每层厚度约为0.6-0.8m,分区大小约为10-15m*10-15m;混凝土浆中各组分的重量份如下:水泥450份、水315份、防水剂0.5份,纤维2.0份,发泡剂0.3份形成理论湿密度为760-770kg/m3、理论干密度为550-560kg/m3轻质混凝土。
步骤4:在轻质混凝结构土层上铺设路面层,路面结构层分为两层,下层为基层,上层为面层,基层采用水泥稳定土摊铺在轻质混凝土层上并进行碾压,面层采用沥青混凝土摊铺在面层上并进行碾压,路面结构层总厚度不小于25cm;
步骤5:回填土采用具有一定抗冻性的碎石填料填筑;保证轻质混凝土材料的最小保护厚度为30cm;采用粒径不大于5cm的碎石进行小型机械铺设,渗透系数不大于2.4×10- 2cm×s-1;防止轻质混凝土层直接受到雨水冲刷,阳光直射,防止冻害等作用。
以上所述,仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,本发明的专利保护范围以权利要求书为准,凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化,同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构,其特征在于,包括由下至上依次设置的防水层、碎石层、轻质混凝土层、路面结构层和回填土坡层。
2.根据权利要求1所述的一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构,其特征在于,所述防水层由防水土工布构成,所述防水土工布的宽度和轻质混凝土层底部的宽度相同。
3.根据权利要求1所述的一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构,其特征在于,所述碎石层的厚度为4-6cm,碎石的粒径小于等于0.5cm。
4.根据权利要求1所述的一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构,其特征在于,所述轻质混凝土层的截面为凸字形,轻质混凝土层两侧设有台阶,所述台阶距离路面结构层底部30cm,台阶宽度大于等于40cm。
5.根据权利要求1所述的一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构,其特征在于,所述路面结构层厚度大于等于25cm。
6.根据权利要求1所述的一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构,其特征在于,所述轻质混凝土层两侧有回填土坡层,所述回填土坡层的厚度大于等于30cm。
7.一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构的施工方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:铺设防水层,对开挖底面采用防水土工布全面铺设;
步骤2:在防水层上铺设碎石层,采用粒径不大于0.5cm的开级配碎石进行铺设,铺设厚度为4-6cm;
步骤3:在碎石层上浇筑轻质混凝土层,将水泥、水、防水剂、纤维和发泡剂按一定的比例混合制成混凝土浆,将混凝土浆采用分层、分区的方式浇筑;
步骤4:在轻质混凝结构土层上铺设路面层,路面结构层分为两层,下层为基层,上层为面层,基层采用水泥稳定土摊铺在轻质混凝土层上并进行碾压,面层采用沥青混凝土摊铺在面层上并进行碾压,路面结构层总厚度不小于25cm;
步骤5:轻质混凝土层两侧的回填土施工,采用粒径不大于5cm的碎石进行铺设,渗透系数不大于2.4×10-2cm×s-1
8.根据权利要求7所述的一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构的施工方法,其特征在于,所述步骤3中浇筑的轻质混凝土层截面呈凸字形,轻质混凝土层两侧设有台阶,所述台阶距离路面结构层底部30cm,台阶宽度大于等于40cm,干密度不高于600kg/m3,分层浇筑时每层厚度约为0.6-0.8m,分区大小约为10-15m*10-15m。
9.根据权利要求7所述的一种新型软土地质季节性冻土区公路路基结构的施工方法,其特征在于,所述步骤3中混凝土浆中各组分的重量份如下:水泥450份、水315份、防水剂0.5份,纤维2.0份,发泡剂0.3份。
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