CN109440562A - 一种适用于冻土地区的气泡混合土路基及其施工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于冻土地区的气泡混合土路基及其施工工艺。路基的主体采用导热性低、抗冻性好的气泡混合土制作，在不扰动原状冻土地基的情况下，将气泡混合土直接分层浇筑在原状冻土地基上形成板体，且在路基两侧的纵深沟槽内浇筑气泡混合土，组成包覆在冻土地基上的有效隔离层，形成新型冻土路基形式。所述气泡混合土的材料组成按重量百分比为：3％‑20％硅酸盐水泥、1％‑10％硫铝酸盐水泥、5％‑25％矿渣、1％‑5％碱性激发剂、0％‑15％矿物掺合料、0％‑4％纤维材料、20％‑85％原料土、5％‑30％水、0％‑4％促凝剂和1％‑5％发泡剂。该路基能够对下部的冻土起到保温的作用，从而减少由于冻土的扰动和组成、结构变化导致的路基病害。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于冻土地区的气泡混合土路基及其施工工艺，属于土木工程地基处理领域。
背景技术
中国是世界上第三大冻土分布国家，多年冻土与季节性冻土地区面积占国土总面积75％。冻土中水分的存在使其对温度的变化十分敏感，温度的改变对其物理力学性质的变化也有重要影响。目前，冻土路基处理主要采用保持冻结地基的方法保护冻土，从传热学的角度可以概括为调控传导、调控辐射、调控对流三种方式，其中，调控传导方式保护冻土路基是最为常用的处理方式。调控传导方式中最普遍采用的措施是将保温材料铺设于路基，增大热阻减缓热导作用。但目前通常使用的传统保温材料存在厚度有限、强度低、耐久性差等问题，处理效果难以达到预期。因此寻求一种经济适用且高效的保温材料用于冻土地基处理对涉及冻土处理的工程建设具有重要意义。
上述对背景技术的陈述仅是为了方便对本发明技术方案(使用的技术手段、解决的技术问题以及产生的技术效果等方面)的深入理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明为解决冻土地区路基病害频发、耐久性差的问题，提出了一种利用导热性低、耐久性好的气泡混合土制作的路基及其施工工艺，该路基能够对下部的冻土地基起到保温的作用，从而减少由于冻土的扰动和组成、结构变化导致的路基病害。
因此，本发明的主题为一种适用于冻土地区的气泡混合土路基，路基的主体采用导热性低、抗冻性好的气泡混合土制作，起到保护路基下部冻土地基、减少路基病害的作用。在不扰动原状冻土地基的情况下，将气泡混合土直接分层浇筑在原状冻土地基上形成板体，且在路基两侧的纵深沟槽内浇筑气泡混合土，组成包覆在冻土地基上的有效隔离层，形成新型冻土路基形式，所述气泡混合土的材料组成按重量百分比为：3％-20％硅酸盐水泥、1％-10％硫铝酸盐水泥、5％-25％矿渣、1％-5％碱性激发剂、0％-15％矿物掺合料、0％-4％纤维材料、20％-85％原料土、5％-30％水、0％-4％促凝剂和1％-5％发泡剂。
优选地，所述碱性激发剂选自活性氧化镁、氢氧化钠、氢氧化钙及其混合物。
优选地，所述矿物掺合料选自粉煤灰、硅灰、钢渣、炉渣、赤泥尾矿粉、有色金属渣、煅烧煤矸石粉及其混合物。
优选地，所述粉煤灰的比表面积不小于400m2/kg，所述硅灰的比表面积不小于15000m2/kg，所述钢渣、炉渣与有色金属渣的比表面积不小于400m2/kg，所述赤泥尾矿粉的比表面积不小于400m2/kg，所述煅烧煤矸石粉的比表面积不小于350m2/kg。
优选地，所述纤维材料选自玄武岩纤维筋、玻璃纤维增强塑料筋、碳纤维增强塑料筋、芳纶纤维增强塑料筋、竹筋、竹丝索或苇筋。
优选地，所述促凝剂选自碱土金属类促凝剂、硅酸盐类促凝剂、铝酸盐类促凝剂或无碱液体促凝剂。
优选地，所述发泡剂选自蛋白类发泡剂、树脂类发泡剂或碳酸盐类发泡剂。
本发明所述的一种适用于冻土地区的气泡混合土路基，在路基施工过程中，根据设计要求不同，可以是素气泡混合土现浇构筑物或构件，也可以是加筋气泡混合土现浇构筑物或构件。加强筋的筋材可以使用玄武岩纤维筋、玻璃纤维增强塑料筋、碳纤维增强塑料筋、芳纶纤维增强塑料筋、竹筋、竹丝索或苇筋。
本发明的另一主题为适用于冻土地区的气泡混合土路基的施工工艺，其包括以下步骤：
1)将基底地面清理干净、整平并压实；安放并调试气泡混合土制备所需的相关设备；
2)根据路基填料设计指标确定气泡混合土的配合比，并拌和制备气泡混合土；
3)在浇筑部位铺设防水土工布，并安放模板；
4)在浇筑部位内分层浇筑气泡混合土，每层气泡混合土浇筑完成后立即进行养护；
5)在路基两侧的冻土地基上沿路基长度方向开挖沟槽，在该沟槽中浇筑气泡混合土；
6)按浇筑部位的结构全部浇筑完成且完成养护后，在气泡混合轻质土顶面再铺设上覆土层及防水土工布。
优选地，步骤4)中每层气泡混合土的厚度为0.3～0.8m，并且步骤4)中浇筑的各层气泡混合土的养护龄期不少于7天。
优选地，步骤5)中开挖的沟槽，其深度不小于0.3m，宽度不小于0.2m。
本发明所述的路基主要由采用硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、矿渣作为胶凝材料，与水、原料土、矿物掺合料、碱性激发剂、促凝剂及发泡剂混合制成气泡混合土制作。经过施工准备、分层浇筑、养护等施工工艺制成。气泡混合土中由于存在大量封闭、细密、分散均匀的气泡，可有效降低混合土的导热性能；硫铝酸盐水泥的加入能够使得气泡混合土中的孔隙孔径更小、分布更为均匀，从而进一步降低了气泡混合土的导热系数。同时，气泡混合土还具有较高的强度、抗渗性和抗冻性，适合在冻土地区使用。
因此，本发明的优点在于：
(1)本发明提供的适用于冻土地区的气泡混合土路基，采用导热性低、耐久性好的气泡混合土为主要组成材料，能够对下部的冻土起到保温的作用，从而大幅度减少由于冻土的扰动和组成、结构变化导致的路基病害；
(2)本发明提供的适用于冻土地区的气泡混合土路基制备中需要的材料就近获取、成本低廉，适合大规模的工程应用。
具体实施方式
本发明的发明构思包括多个具体的实施方案，不同的实施方案各有技术上或应用上的侧重，不同的实施方案可以组合搭配，以满足不同的应用场景，解决不同的应用需求。因此，下述对具体实施方案的描述不应理解为对本发明意欲保护的技术方案的限定。
实施例1
一适用于冻土地区的气泡混合土路基，气泡混合土的材料组成按重量比为：10％硅酸盐水泥、3％硫铝酸盐水泥、14％矿渣、1％活性氧化镁、5％粉煤灰(比表面积500m2/kg)、2％玄武岩纤维筋、50％原料土、10％水、2％碱土金属类促凝剂和3％蛋白类发泡剂。
该气泡混合土路基的施工工艺步骤为：
1)将基底地面清理干净、整平并压实；安放并调试气泡混合土制备所需的相关设备；
2)按照上述气泡混合土的配合比，拌和制备气泡混合土；
3)在浇筑部位铺设防水土工布，并安放模板；
4)在浇筑部位内分3层浇筑气泡混合土，每层气泡混合土的浇筑厚度均为0.8m，气泡混合土浇筑完成后立即进行养护，养护时间为14天；
5)在路基两侧的冻土地基上沿路基长度方向开挖沟槽并浇筑上述相同配合比的气泡混合土，沟槽深度为0.4m，宽度为0.3m；
6)按浇筑部位的结构全部浇筑完成且完成养护后，在气泡混合轻质土顶面再铺设上覆土层及防水土工布。
实施例2
一适用于冻土地区的气泡混合土路基，共分5层进行浇筑，下部2层气泡混合土的材料组成按重量比为：12％硅酸盐水泥、8％硫铝酸盐水泥、5％矿渣、2％氢氧化钠、1.5氢氧化钙、2.5％硅灰(比表面积18000m2/kg)、6％赤泥尾矿粉(比表面积450m2/kg)、4％芳纶纤维增强塑料筋、30％原料土、20％水、4％硅酸盐类促凝剂和5％树脂类发泡剂；上部3层气泡混合土的材料组成按重量比为：5％硅酸盐水泥、1％硫铝酸盐水泥、3％氢氧化钠、6％矿渣、77％原料土、6％水、1％铝酸盐类促凝剂和1％蛋白类发泡剂。
该气泡混合土路基的施工工艺步骤为：
1)将基底地面清理干净、整平并压实；安放并调试气泡混合土制备所需的相关设备；
2)按照上述气泡混合土的配合比，分别拌和制备路基下部2层和上部3层需要的气泡混合土；
3)在浇筑部位铺设防水土工布，并安放模板；
4)在浇筑部位内按照自下而上的顺序分别浇筑下部2层和上部3层气泡混合土，下部2层气泡混合土的浇筑厚度为每层0.6m，上部3层气泡混合土的浇筑厚度为每层0.4m，气泡混合土浇筑完成后立即进行养护，养护时间为7天；
5)在路基两侧的冻土地基上沿路基长度方向开挖沟槽并浇筑与下部2层路基相同配合比的气泡混合土，沟槽深度为0.5m，宽度为0.5m；
6)按浇筑部位的结构全部浇筑完成且完成养护后，在气泡混合轻质土顶面再铺设上覆土层及防水土工布。
实施例3
一适用于冻土地区的气泡混合土路基，共分4层进行浇筑，下部2层气泡混合土的材料组成按重量比为：20％硅酸盐水泥、2％硫铝酸盐水泥、1％氢氧化钙、1％活性氧化镁、5％钢渣(比表面积550m2/kg)、8％炉渣(比表面积500m2/kg)、3％竹筋、41％原料土、15％水、1.5％无碱液体促凝剂和2.5％树脂类发泡剂；上部2层气泡混合土的材料组成按重量比为：12％硅酸盐水泥、3％硫铝酸盐水泥、15％矿渣、4％氢氧化钙、1％玻璃纤维增强塑料筋、36％原料土、25％水和4％树脂类发泡剂。
该气泡混合土路基的施工工艺步骤为：
1)将基底地面清理干净、整平并压实；安放并调试气泡混合土制备所需的相关设备；
2)按照上述气泡混合土的配合比，分别拌和制备路基下部2层和上部2层需要的气泡混合土；
3)在浇筑部位铺设防水土工布，并安放模板；
4)在浇筑部位内按照自下而上的顺序分别浇筑下部2层和上部2层气泡混合土，下部2层气泡混合土的浇筑厚度为每层0.3m，上部3层气泡混合土的浇筑厚度为每层0.6m，气泡混合土浇筑完成后立即进行养护，养护时间为10天；
5)在路基两侧的冻土地基上沿路基长度方向开挖沟槽并浇筑与上部2层路基相同配合比的气泡混合土，沟槽深度为0.4m，宽度为0.6m；
6)按浇筑部位的结构全部浇筑完成且完成养护后，在气泡混合轻质土顶面再铺设上覆土层及防水土工布。
对比实施例
采用实施例3中描述的气泡混合土路基在我国新疆某地修建一段试验路段，分别测试路基经过5个和10个冻融循环后的路基沉降量；同时，采用等量石灰代替实施例3中的固化剂组分(硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、矿物掺合料等)，其余组分不变，采用相同的施工工艺制成高度、坡度、长度等参数均完全相同的路基作为对照，同样测试路基经过5个和10个冻融循环后的路基沉降量。结果表明：经过5个和10个冻融循环后，采用气泡混合土制作的路基的沉降量仅为石灰混合土路基的10.2％和6.4％。
上述试验结果表明：在冻土地区采用本发明提供的气泡混合土路基能够有效降低路基经过冻融循环后的沉降量，显著增强了路基的抗冻性能。
以上示例性实施方式所呈现的描述仅用以说明本发明的技术方案，并不想要成为毫无遗漏的，也不想要把本发明限制为所描述的精确形式。显然，本领域的普通技术人员根据上述教导作出很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员便于理解、实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的保护范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。
Claims (10)
1.一种适用于冻土地区的气泡混合土路基，其特征在于，在不扰动原状冻土地基的情况下，将气泡混合土直接分层浇筑在原状冻土地基上形成板体，且在路基两侧的纵深沟槽内浇筑气泡混合土，组成包覆在冻土地基上的有效隔离层，形成新型冻土路基形式，所述气泡混合土的材料组成按重量百分比为：3％-20％硅酸盐水泥、1％-10％硫铝酸盐水泥、5％-25％矿渣、1％-5％碱性激发剂、0％-15％矿物掺合料、0％-4％纤维材料、20％-85％原料土、5％-30％水、0％-4％促凝剂和1％-5％发泡剂。
2.根据权利要求1所述的适用于冻土地区的气泡混合土路基，其特征在于，所述碱性激发剂选自活性氧化镁、氢氧化钠、氢氧化钙及其混合物。
3.根据权利要求1所述的适用于冻土地区的气泡混合土路基，其特征在于，所述矿物掺合料选自粉煤灰、硅灰、钢渣、炉渣、赤泥尾矿粉、有色金属渣、煅烧煤矸石粉及其混合物。
4.根据权利要求2所述的适用于冻土地区的气泡混合土路基，其特征在于，所述粉煤灰的比表面积不小于400m2/kg，所述硅灰的比表面积不小于15000m2/kg，所述钢渣、炉渣与有色金属渣的比表面积不小于400m2/kg，所述赤泥尾矿粉的比表面积不小于400m2/kg，所述煅烧煤矸石粉的比表面积不小于350m2/kg。
5.根据权利要求1所述的适用于冻土地区的气泡混合土路基，其特征在于，所述纤维材料选自玄武岩纤维筋、玻璃纤维增强塑料筋、碳纤维增强塑料筋、芳纶纤维增强塑料筋、竹筋、竹丝索或苇筋。
6.根据权利要求1所述的适用于冻土地区的气泡混合土路基，其特征在于，所述促凝剂选自碱土金属类促凝剂、硅酸盐类促凝剂、铝酸盐类促凝剂或无碱液体促凝剂。
7.根据权利要求1所述的适用于冻土地区的气泡混合土路基，其特征在于，所述发泡剂选自蛋白类发泡剂、树脂类发泡剂或碳酸盐类发泡剂。
8.一种根据权利要求1至7中任一项所述的适用于冻土地区的气泡混合土路基的施工工艺，其包括以下步骤：
1)将基底地面清理干净、整平并压实；安放并调试气泡混合土制备所需的相关设备；
2)根据路基填料设计指标确定气泡混合土的配合比，并拌和制备气泡混合土；
3)在浇筑部位铺设防水土工布，并安放模板；
4)在浇筑部位内分层浇筑气泡混合土，每层气泡混合土浇筑完成后立即进行养护；
5)在路基两侧的冻土地基上沿路基长度方向开挖沟槽，在该沟槽中浇筑气泡混合土；
6)按浇筑部位的结构全部浇筑完成且完成养护后，在气泡混合轻质土顶面再铺设上覆土层及防水土工布。
9.根据权利要求8所述的适用于冻土地区的气泡混合土路基的施工工艺，其特征在于，步骤4)中每层气泡混合土的厚度为0.3～0.8m，并且步骤4)中浇筑的各层气泡混合土的养护龄期不少于7天。
10.根据权利要求8所述的适用于冻土地区的气泡混合土路基的施工工艺，其特征在于，步骤5)中开挖的沟槽，其深度不小于0.3m，宽度不小于0.2m。
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