CN108797250B - 一种防治膨胀土毛细水影响的路基及施工和维护方法 - Google Patents

Abstract

一种防治膨胀土毛细水影响的路基及施工和维护方法，包括最顶层的路基面层和位于路基面层下方的膨胀土路基垫层，所述膨胀土路基垫层下方设置有吸水纤维土工布层，该吸水纤维土工布层由横向的复合吸水树脂纤维和纵向的土工布材料纤维编制而成，且复合吸水树脂纤维的两端分别伸入到膨胀土路基垫层两侧的树脂失水管内，树脂失水管内填充有高性能复合吸水树脂。本发明通过在道路两侧设置内部填充高性能复合吸水树脂的树脂失水管，而且高性能复合吸水树脂与复合吸水树脂纤维连接，由于前者的吸水性能远远超过后者，从而形成了单向吸水通道，防止水分的回吸，保证吸水纤维土工布层的持续吸水性能，并防止其他灾害导致的回流现象。

Description

一种防治膨胀土毛细水影响的路基及施工和维护方法

技术领域

本发明涉及到道路的建设和施工领域，具体的说是一种防治膨胀土毛细水影响的路基及施工和维护方法。

背景技术

当公路在膨胀土地区建设时，为了节省工程成本，以及路基建设过程中取土困难等问题，大多都会采用膨胀土回填、改性以及包坡等工程措施对大气影响深度范围内的路基填土进行工程处理，虽然路基采用膨胀土进行回填，但是由于道路建设完成后，道路路面以及相关排水系统将膨胀土路基保护起来，外部大气影响并不显著，而膨胀土路基经过1到3年的时间周期变化后，仍然会出膨胀变形随大气变化的特性，究其原因就是由于地下水的毛细作用，在膨胀土本身的基质吸水特性，造成毛细水相对于其他正常土更高的毛细水位，进而导致膨胀土的干湿循环，膨胀变形、强度衰减明显。因此减小以及控制毛细水效应成为治理膨胀土路基的关键技术，虽然当前工程中大多采用沙土、石灰改性土、级配碎石等处理垫层、进而降低毛细水位升高，但是治标不治本现象屡有发生，主要原因是对于垫层的材料，以及所用垫层厚度等施工工艺措施在现实施工过程中不能够因地制宜，并且施工环境千变万化，需要根据当地环境进行修正调整因素过多。

发明内容

为了解决膨胀土地区公路施工时地下水毛细作用导致的膨胀变形、强度衰减等问题，本发明提供了一种防治膨胀土毛细水影响的路基及施工和维护方法，利用虹吸作用导水系统来来消除地下水的毛细作用对于膨胀土地基的影响，进而有效提高工程效率且消除工艺差距造成的膨胀土工程工艺差距的影响，并通过现在公路的以养代修的理念，增加后期的养护措施来延长膨胀土路基的防水系统寿命，从而提高膨胀土毛细水防护周期。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种防治膨胀土毛细水影响的路基，包括最顶层的路基面层和位于路基面层下方的膨胀土路基垫层，所述膨胀土路基垫层下方设置有吸水纤维土工布层，该吸水纤维土工布层由横向的复合吸水树脂纤维和纵向的土工布材料纤维编制而成，且复合吸水树脂纤维的两端分别伸入到膨胀土路基垫层两侧的树脂失水管内，所述树脂失水管包括沿道路延伸方向设置的管体，且管体的两端封闭，在管体内填充有高性能复合吸水树脂，所述的复合吸水树脂纤维的两个头部分别通过两个管体上沿其长度方向的缝隙进入到管体内，并与高性能复合吸水树脂缠绕。

本发明的一种优选实施方式为，所述吸水纤维土工布层内还编入有若干土工布玻璃纤维绑扎纱，这些土工布玻璃纤维绑扎纱将复合吸水树脂纤维和纵向的土工布材料纤维绑扎固定。

本发明的另一种优选实施方式为，所述管体为对称的两个半圆形管体拼接而成，且其外部由沥青防水卷材层将两个半圆形管体包裹为一体。

本发明的又一种优选实施方式为，所述管体上每隔两米设置有一长度为0.5米的检修口，用于更换管体内的高性能复合吸水树脂。

本发明的再一种优选实施方式为，所述管体内设置有湿度传感器，该湿度传感器与管理室内的PLC控制器信号输入接口连接，PLC控制器在接收到的湿度信号超出预设值时，发出提示信号。

一种防治膨胀土毛细水影响的路基结构的铺设及维护方法，包括以下步骤：

1）按照路基施工要求对路基场地进行开挖，而后按照施工规范对地基垫层进行常规处理，处理完毕后，按照常规的施工规范铺设沙土、不良级配碎石垫层，并平整场地；

2）在步骤1）平整后的场地上铺设吸水纤维土工布层，且横向的复合吸水树脂纤维垂直道路方向，纵向的土工布材料纤维顺着道路方向，在道路两侧预留位置以放置树脂失水管的管体；

3）将横向的复合吸水树脂纤维的端头分别裹在高性能复合吸水树脂制成的圆柱体上，而后再将该圆柱体插入到两个管体内，并使复合吸水树脂纤维处于管体上的缝隙内，最后将管体的两端部进行密封，从而制成树脂失水管；

4）环绕树脂失水管管体的外部包裹一层沥青防水卷材层，而后按照常规方式进行膨胀土路基垫层和路基面层的铺设；

5）在雨季或每年六到十月份定期对道路两侧的树脂失水管进行湿度测定，当湿度为80-100%RH时，向树脂失水管内吹风干燥，直至其湿度降低至20%RH时停止，即完成常规维护。

本发明中，所用的吸水纤维土工布层由横向的复合吸水树脂纤维和纵向的土工布材料纤维编制而成，复合吸水树脂纤维的主要成分为聚丙烯酸、聚丙烯酸钠盐、聚丙烯酰胺、接枝环氧乙烷交联制成，工业化程度较高，采购成本低，这种纤维的吸水能力较强并且可以作为吸水后虹吸作用的吸水通道，纵向的土工布材料纤维主要为土工布提供应有的强度以及韧性，有助于土工布的铺设以及运输，复合吸水树脂纤维和土工布材料纤维直径均采用0.05m的粗纤维；

树脂失水管管体内的高性能复合吸水树脂，是一种新型功能高分子材料，型态为絮状，具有亲水基团、能大量吸收水分而溶胀又能保持住水分不外流的合成树脂（将淀粉接枝丙烯酸盐类、接枝丙烯酰胺、高取代度交联羧甲基纤维素、交联羧甲基纤维素接枝丙烯酰胺、交联型羟乙基纤维素接枝丙烯酰胺聚合物等），工业上已经大规模生产，方便采购且体积、质量轻便，一般可以吸收相当于树脂体积100倍以上的水分，最高的吸水率可达1000倍以上，在社会上它具有吸收比自身重几百到几千倍水的高吸水功能，并且保水性能优良，一旦吸水膨胀成为水凝胶时，即使加压也很难把水分离出来，可通过空气干燥气流将水分蒸发，从而重复利用。高性能复合吸水树脂是一种带有大量亲水基团的功能性高分子材料，由其较强的吸水能力与吸水纤维组成虹吸网，将上升的毛细水吸走；

树脂失水管的管体可以由简易的pc管道材料（根据路基大小可选取Ø30-50）制成，每两米布置一个长度0.5m的检修口，用来向管体内吹入空气吹干其内的水以及更换内部的高性能复合吸水树脂。树脂失水管的管体的是用来完全封闭高性能复合吸水树脂以防止其他水分进入，管体分为上下两半，当吸水纤维土工布层放置完成后，将复合吸水树脂纤维裹在高性能复合吸水树脂之后放入下半部分的管体内，而后再盖上上一半管体，盖缝处由沥青防水卷材包裹后由混凝土外部浇筑。可以在管体上的检修口处插入湿度传感器，其显示刻度留在检修口外，传感器由传感数据线相连，最终串联至公路管理部门的PLC控制器上，如果超出湿度最高要求时，会传出信号给公路管理办公室，以便在天气较好、日照充足时，由公路管理人员统一打开管体进行充气或晾晒使高性能复合吸水树脂失水。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1）本发明通过利用横向的复合吸水树脂纤维和纵向的土工布材料纤维编制成吸水纤维土工布层，由于复合吸水树脂纤维的吸水能力较强并且可以作为吸水后虹吸作用的吸水通道，从根本上减小了毛细水的影响，有效防止毛细水上升，由以前的防堵改为疏导，避免了以往防治方法，水量过大或垫层时间长期孔隙变小导致的防护层破坏或失效；通过在道路两侧设置内部填充高性能复合吸水树脂的树脂失水管，而且高性能复合吸水树脂与复合吸水树脂纤维连接，由于前者的吸水性能远远超过后者，从而形成了单向吸水通道，防止水分的回吸，保证吸水纤维土工布层的持续吸水性能，并防止其他灾害导致的回流现象；

2）本发明通过在树脂失水管内设置湿度传感器，并由PLC控制器远程监控树脂失水管内的湿度，当湿度超过容许值时，不仅可以反应地下水毛细水的上升量，也能有效直观反映路堤下层地层的膨胀土的含水量，且根据不同历程的信号反馈，测定不同段的公路路堤情况，给路堤膨胀土垫层的预防治理提供依据，提高了路堤维修的时效性，降低人工成本；

3）本发明中增加了后期运营以及更换程序，其相对于常规的防水垫层方法，在路基寿命方面有明显优势，相对其他防水垫层需要开挖以及重新铺设路面相比，本方法只需要更换树脂失水管中的高性能复合吸水树脂即可；土工布施工在现行公路施工中已经非常成熟，且增加该步骤施工更有效地提高路基底部的抗拉、反滤、加固、密封等特性，更有效提高了公路的稳定性。

附图说明

图1为本发明的路基结构断面示意图；

图2为吸水纤维土工布层的构成示意图；

图3为树脂失水管的断面结构示意图；

图4为树脂失水管的纵向结构示意图；

附图标记：1、吸水纤维土工布层，101、复合吸水树脂纤维，102、土工布材料纤维，103、土工布玻璃纤维绑扎纱，2、膨胀土路基垫层，3、树脂失水管，301、管体，302、高性能复合吸水树脂，303、缝隙，304、沥青防水卷材层，305、检修口，306、湿度传感器，307、PLC控制器，4、路基面层。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案做进一步的阐述。

如图1-4所示，一种防治膨胀土毛细水影响的路基，包括最顶层的路基面层4和位于路基面层4下方的膨胀土路基垫层2，所述膨胀土路基垫层2下方设置有吸水纤维土工布层1，该吸水纤维土工布层1由横向的复合吸水树脂纤维101和纵向的土工布材料纤维102编制而成，且复合吸水树脂纤维101的两端分别伸入到膨胀土路基垫层2两侧的树脂失水管3内，所述树脂失水管3包括沿道路延伸方向设置的管体301，且管体301的两端封闭，在管体301内填充有高性能复合吸水树脂302，所述的复合吸水树脂纤维101的两个头部分别通过两个管体301上沿其长度方向的缝隙303进入到管体301内，并与高性能复合吸水树脂302缠绕。

以上为本发明的基本实施方式，可在以上基础上做进一步的优化、改进和限定：

如，本发明的一种优选实施方式为，所述吸水纤维土工布层1内还编入有若干土工布玻璃纤维绑扎纱103，这些土工布玻璃纤维绑扎纱103将复合吸水树脂纤维101和纵向的土工布材料纤维102绑扎固定；

又如，本发明的另一种优选实施方式为，所述管体301为对称的两个半圆形管体拼接而成，且其外部由沥青防水卷材层304将两个半圆形管体包裹为一体；

再如，本发明的又一种优选实施方式为，所述管体301上每隔两米设置有一长度为0.5米的检修口305，用于更换管体301内的高性能复合吸水树脂302；

又再如，本发明的再一种优选实施方式为，所述管体301内设置有湿度传感器306，该湿度传感器306与管理室内的PLC控制器307信号输入接口连接，PLC控制器307在接收到的湿度信号超出预设值时，发出提示信号。

一种防治膨胀土毛细水影响的路基结构的铺设及维护方法，包括以下步骤：

1）按照路基施工要求对路基场地进行开挖，而后按照施工规范对地基垫层进行常规处理，处理完毕后，按照常规的施工规范铺设沙土、不良级配碎石垫层，并平整场地；所述的路基施工要求、施工规范是指现有技术中，本领域技术人员所遵从的施工规范和要求，或者是道路设计时的施工要求；

2）在步骤1）平整后的场地上铺设吸水纤维土工布层1，且横向的复合吸水树脂纤维101垂直道路方向，纵向的土工布材料纤维102顺着道路方向，在道路两侧预留位置以放置树脂失水管3的管体301；

3）将横向的复合吸水树脂纤维101的端头分别裹在高性能复合吸水树脂302制成的圆柱体上，而后再将该圆柱体插入到两个管体301内，并使复合吸水树脂纤维101处于管体301上的缝隙303内，最后将管体301的两端部进行密封，从而制成树脂失水管3；

4）环绕树脂失水管3管体301的外部包裹一层沥青防水卷材层304，而后按照常规方式进行膨胀土路基垫层2和路基面层4的铺设；所述的常规方式铺设，是指按照本领域现有的道路施工规范，或者是道路设计要求；

5）在雨季或每年六到十月份定期对道路两侧的树脂失水管3进行湿度测定，当湿度为80-100%RH时，向树脂失水管3内吹风干燥，直至其湿度降低至20%RH时停止，即完成常规维护。

本发明中所述的复合吸水树脂纤维是一种含有羧基、羟基等强亲水性基因，并具有一定交联度网络结构的高分子聚合物，是现有的一种特殊功能材料；

本发明中所述的土工布材料纤维是指土工合成材料的原材料，其成分是高分子聚合物（polymer），它们是由煤、石油、天然气或石灰石中提炼出来的化学物质制成，再进一步加工成纤维或合成材料片材，最后制成各种纤维产品。制造土工合成材料的聚合物主要有聚乙烯（PE）、聚酯（PET）、聚酰胺（PER）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）、氯化聚乙烯（CPE）、聚苯乙烯（EPS）等；

本发明中所述的土工布玻璃纤维绑扎纱是指现有的一种玻璃纤维，其在专利公开号为CN207156563U中已经得到了公开和使用，在此不一一赘述；

本发明中所述的高性能复合吸水树脂是一种新型的高分子材料，聚丙烯酸系列SUPER-ABSORBENT POLYMER。

Claims (6)

1.一种防治膨胀土毛细水影响的路基，包括最顶层的路基面层（4）和位于路基面层（4）下方的膨胀土路基垫层（2），其特征在于：所述膨胀土路基垫层（2）下方设置有吸水纤维土工布层（1），该吸水纤维土工布层（1）由横向的复合吸水树脂纤维（101）和纵向的土工布材料纤维（102）编制而成，且复合吸水树脂纤维（101）的两端分别伸入到膨胀土路基垫层（2）两侧的树脂失水管（3）内，所述树脂失水管（3）包括沿道路延伸方向设置的管体（301），且管体（301）的两端封闭，在管体（301）内填充有高性能复合吸水树脂（302），所述的复合吸水树脂纤维（101）的两个头部分别通过两个管体（301）上沿其长度方向的缝隙（303）进入到管体（301）内，并与高性能复合吸水树脂（302）缠绕。

2.根据权利要求1所述的一种防治膨胀土毛细水影响的路基，其特征在于：所述吸水纤维土工布层（1）内还编入有若干土工布玻璃纤维绑扎纱（103），这些土工布玻璃纤维绑扎纱（103）将复合吸水树脂纤维（101）和纵向的土工布材料纤维（102）绑扎固定。

3.根据权利要求1所述的一种防治膨胀土毛细水影响的路基，其特征在于：所述管体（301）为对称的两个半圆形管体拼接而成，且其外部由沥青防水卷材层（304）将两个半圆形管体包裹为一体。

4.根据权利要求1所述的一种防治膨胀土毛细水影响的路基，其特征在于：所述管体（301）上每隔两米设置有一长度为0.5米的检修口（305），用于更换管体（301）内的高性能复合吸水树脂（302）。

5.根据权利要求1所述的一种防治膨胀土毛细水影响的路基，其特征在于：所述管体（301）内设置有湿度传感器（306），该湿度传感器（306）与管理室内的PLC控制器（307）信号输入接口连接，PLC控制器（307）在接收到的湿度信号超出预设值时，发出提示信号。

6.根据权利要求1所述的一种防治膨胀土毛细水影响的路基的铺设及维护方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）按照路基施工要求对路基场地进行开挖，而后按照施工规范对地基垫层进行常规处理，处理完毕后，按照常规的施工规范铺设沙土、不良级配碎石垫层，并平整场地；

2）在步骤1）平整后的场地上铺设吸水纤维土工布层（1），且横向的复合吸水树脂纤维（101）垂直道路方向，纵向的土工布材料纤维（102）顺着道路方向，在道路两侧预留位置以放置树脂失水管（3）的管体（301）；

3）将横向的复合吸水树脂纤维（101）的端头分别裹在高性能复合吸水树脂（302）制成的圆柱体上，而后再将该圆柱体插入到两个管体（301）内，并使复合吸水树脂纤维（101）处于管体（301）上的缝隙（303）内，最后将管体（301）的两端部进行密封，从而制成树脂失水管（3）；

4）环绕树脂失水管（3）管体（301）的外部包裹一层沥青防水卷材层（304），而后按照常规方式进行膨胀土路基垫层（2）和路基面层（4）的铺设；

5）在雨季或每年六到十月份定期对道路两侧的树脂失水管（3）进行湿度测定，当湿度为80-100%RH时，向树脂失水管（3）内吹风干燥，直至其湿度降低至20%RH时停止，即完成常规维护。

Images