CN111663387A - 一种固化土路基结构及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种固化土路基结构及其设计方法。针对采用固化泥渣作为路基填筑材料时，由于固化泥渣的干缩性导致路面裂缝的问题，本发明在路基填土层的每一层上设置薄弱面，相邻层的薄弱面交错分布，进一步地，还在薄弱面上下方的填土层每一层上设置构造阻力区域，避免由于收缩不平衡造成单侧薄弱面间距过大,从而影响整体强度。本发明还基于理论分析法提出一种适用于上述路基结构的设计方法，对薄弱面之间的距离以及构造阻力区域的尺寸进行了设计，确保固化土强度能够满足设计要求，保障路基结构整体强度。

Description

一种固化土路基结构及其设计方法

技术领域

本发明涉及道路路基结构技术领域，具体而言，涉及一种固化土路基结构及其设计方法。

背景技术

道路的开发建设需要大量的土方材料。土方材料作为不可再生资源，其开采已受到相关法律约束；同时，其价格的不断上涨，也增加了道路施工建设的成本。而随着我国城市化进程的不断推进以及交通基础设施建设的大力发展，建筑工程废弃渣土及泥浆产量日益增加。一方面，废弃渣土及泥浆处置方式运输成本高、易污染环境，接纳能力与产量矛盾不断激化；另一方面，各类建材价格不断上涨给建设企业带来巨大压力。因此，将道路施工时产生的废弃渣土及泥浆等转变成路基材料，既保护环境，又节约成本，符合可持续发展，不失为一个一举多得的办法。

目前，针对废弃渣土及泥浆等在路基材料方面的应用，国内外的通用做法是选择添加合适的固化剂，通过各种固化反应降低泥浆含水率，提高其土壤强度，例如针对泥浆和高含水率细粒钻渣(简称“泥渣”)的常规处治方法是物理脱水和化学固化相结合，使得处治后固化泥渣满足填筑路基的强度标准。但由于固化泥渣的性质与常规路基填筑材料如宕渣等土石方材料的性质具有诸多不同，如土石方材料不具有抗拉能力，而固化泥渣材料具有一定的抗拉能力，又如传统的土石方材料为散体材料，干缩变形小，而泥渣化学固化时一般采用水泥基材料作为固化材料，水泥基材料具有水稳定性好，强度上升快的优点，但当固化材料为水泥基材料时，固化泥渣显示明显干缩性，严重者导致路面反射裂缝等问题，影响其在路基中的使用。特别是对于泥浆脱水后产生的细粒土，由于其中含有膨润土成分，其干缩特性更为显著。因此常规的土石方路基结构并不适用于固化泥渣，在采用固化泥渣作为路堤填筑材料时，需要针对固化泥渣的性质对路基结构进行重新设计。

发明内容

本发明解决的问题是固化泥渣性质与常规路基填筑材料在抗拉能力及干缩性等方面性质不同，采用固化泥渣作为路堤填筑材料时，常规路基结构不适用，需要对路基结构重新设计。

为解决上述问题，本发明提供一种固化土路基结构，包括：

固化土填土层，所述固化土填土层位于土基的上方，所述固化土填土层包括沿上下方向设置的多层固化泥渣层，每层所述固化泥渣层上均设置有沿其长度方向间隔设置的多个薄弱面，且相邻两层所述固化泥渣层上的所述薄弱面错开设置。

进一步地，所述固化泥渣层包括多个以所述薄弱面为分界面的填土单元，所述填土单元上设置有构造阻力区域。

进一步地，所述构造阻力区域为所述填土单元上表面上由所述填土单元长边中心连线至第一连线的区域，所述第一连线与所述填土单元长边中心连线之间的距离A与相邻两层所述固化泥渣层中错开设置的两个所述薄弱面之间的距离相等。

进一步地，所述固化泥渣层中相邻两个所述薄弱面之间的间距L与所述构造阻力区域的最大长度A_max之间的关系为：

L≥(6～10)A_max，其中，

其中，A_max为所述构造阻力区域的最大长度，σ_T为固化泥渣的抗拉强度，α为所述薄弱面的抗拉强度缩减系数，β为所述填土单元两端的所述薄弱面的强度分布不均匀系数，γ为所述固化土填土层土体容重，H为所述固化泥渣层的厚度，z为所述封顶层的厚度，μ为所述填土单元上未设置所述构造阻力区域时的摩擦系数，μ′为所述构造阻力区域的摩擦系数，θ为所述薄弱面与竖直平面之间的夹角，λ为安全系数。

进一步地，还包括：

隔离层，所述隔离层位于所述土基与所述固化土填土层之间；

封顶层，所述封顶层铺设于所述固化土填土层的顶部；

包边层，所述包边层包裹于所述固化土填土层的侧方；

排水结构，所述排水结构位于所述包边层的侧方。

进一步地，所述隔离层包括砂垫层、宕渣与土工布组合和所述宕渣与所述砂垫层组合中的任意一个。

进一步地，所述固化土填土层由上至下呈阶梯状布置。

进一步地，所述固化土填土层顶面设置双向横坡，所述双向横坡的坡度为2％～3％。

进一步地，所述固化土路基结构两侧边坡的坡率为1∶1.5，或者所述边坡的上部坡率1∶1.5、下部坡率为1∶1.75。

本发明提供的固化土路基结构相比现有技术具有的有益效果如下：

本发明提供的固化土路基结构充分考虑了固化泥渣与传统路基填筑材料的不同，尤其是固化泥渣的干缩性能，通过在固化泥渣层中设置薄弱面，并将相邻固化泥渣层的薄弱面错开设置，缓解路基底部拉应力的作用，避免由于过量随机裂缝的产生导致路基结构破坏，进而保证路基结构的整体强度。

本发明还提供一种固化土路基结构设计方法，包括：

S1，测定固化土填土层土体容重γ、杨氏模量E、固化泥渣的干缩率δ_z＝j、固化泥渣的抗拉强度σ_T、薄弱面的抗拉强度缩减系数α；

S2，确定不同深度的固化泥渣的构造阻力区域长度A_z＝j；

S3，判断所述不同深度的固化泥渣的构造阻力区域长度中的最大值max(A_z＝j)是否大于或等于λH·tanθ；

当max(A_z＝j)≥λH·tanθ时，A_max＝max(a_z＝j)；

当max(A_z＝j)＜λH·tanθ时，A_max＝λH·tanθ；

S4，假定相邻两所述薄弱面的间距为L；

S5，判断相邻两所述薄弱面的间距L是否大于或等于ηA_max；

当L≥ηA_max时，进入步骤S6；

当L＜ηA_max时，返回步骤S4重新设定相邻两所述薄弱面的间距L，其中，其中η为6～10；

S6，当收缩应力可以克服全部摩擦阻力时，各层所述薄弱面(112)位置中最大收缩量max(L·δ_z＝j)是否小于或等于容许的最大间距κ；

当max(L·δ_z＝j)≤κ时，进入步骤S7；

当max(L·δ_z＝j)＞κ时，返回步骤S4重新设定相邻两所述薄弱面的间距L。

S7，比较σ_max，z＝j和σ′_max，z＝j的大小；

当σ′_m，z＝j≥σ_max，z＝j时，σ_m，z＝j＝σ_max，z＝j；

当σ_′m，z＝j＜σ_max，z＝j时，σ_m，z＝j＝σ′_max，z＝j；

S8，判断max(σ_m，z＝j)是否小于或等于σ_T；

当max(σ_m，z＝j)≤σ_T时，将步骤S4中假定的相邻两所述薄弱面的间距L确定为相邻两所述薄弱面的间距值，并将步骤S3中得到的A_max确定为所述填土单元上所述构造阻力区域的长度；

当max(σ_m，z＝j)＞σ_T时，返回步骤S4重新设定相邻两所述薄弱面的间距L。

本发明提供的固化土路基结构的设计方法相比现有技术具有的有益效果如下：

通过本发明提供的设计方法，可以确定最佳的薄弱面间距及构造阻力区域的长度，避免由于间距及长度选择不当而引发固化泥渣内部的较大拉应力或在薄弱面处形成较大的缝隙，降低固化泥渣因易收缩性能而产生裂缝及裂缝扩大带来的风险。

附图说明

图1为本发明实施例中固化土路基结构的横断面示意图；

图2为本发明实施例中固化土路基结构的局部结构示意图；

图3为本发明实施例中固化土路基结构的固化土填土层结构示意图；

图4为本发明实施例中固化土路基结构的设计方法流程图。

附图标记说明：

1-固化土填土层；2-封顶层；3-隔离层；4-包边层；5-排水结构；

11-固化泥渣层；

111-填土单元；112-薄弱面；113-构造阻力区域。

具体实施方式

将废弃泥渣及泥浆等经脱水和固化处理后用于路基材料是一种既环保又节约成本的可行办法。但目前固化泥渣应用于道路路基填筑时仍存在诸多问题，这些问题主要是由于固化泥渣的性质与常规土石方材料的性质不同带来的。这些问题主要体现在路基结构易产生裂缝方面。具体分析如下：

传统的土石方填料为大量土颗粒的集合，为散体材料，一方面，土石方材料不具有抗拉能力，道路设计中多考虑材料的抗压、抗剪性能。另一方面，土石方填料的不同结构层之间，可以通过颗粒间的咬合作用而形成稳固的整体。再一方面，土石方材料的干缩变形小。

但是对于固化泥渣而言，一方面，固化泥渣材料具有一定的抗拉能力，在路基中受到拉力较大的位置可能会产生裂缝，在交通荷载的作用下，裂缝进一步延伸，将导致整体路基结构破坏。另一方面，化学反应的作用使其逐渐固结成一个整理，与其他结构层接触时，带有明显棱角的结构层(如宕渣，碎石等)会使固化泥渣在接触面的位置产生裂缝，该裂缝很可能在后期发生延伸，致使路基结构发生破坏。再一方面，由于固化泥渣中细粒含量较多，且泥浆中含有膨润土等成分，其失水时易发生收缩，此外水泥基固化材料也会使得固化泥渣干缩情况更为明显。现有的固化泥渣均采用连续设计，即轴向上材料连续不间断，当固化泥渣干缩性显著时，其会在某些随机位置产生较大裂缝，导致上部路面悬空，进而导致路面反射裂缝；进一步地，裂缝贯穿路基，导致路堤失稳。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

请参阅图1-3所示，本发明实施例提供一种固化土路基结构，包括：

固化土填土层1，位于土基的上方，固化土填土层1采用固化泥渣为填料，固化土填土层1包括沿上下方向设置的多层固化泥渣层11，每层固化泥渣层11上均设置有薄弱面112，沿固化泥渣层11长度方向间隔设置多个薄弱面112，且相邻两层固化泥渣层11上的薄弱面112错开设置。

本实施例采用固化泥渣作为路基填土，针对固化泥渣材料极易产生裂缝的问题，采用预置薄弱面112的方式避免该问题的发生。如图2、3所示，在对固化土路基结构进行分层摊铺及击实过程中，对固化泥渣层11进行预分割处理，沿固化泥渣层11厚度方向切割固化泥渣层11，形成预置薄弱面112。薄弱面112的设置，可以缓解路基底部拉应力的作用，避免裂缝的产生，同时还可以作为伸缩缝使用，减少温度变化等对固化泥渣材料性质带来的影响。另外，将相邻固化泥渣层11的薄弱面112交错设置，可以避免由于薄弱面112处裂缝贯穿整个路基导致路基结构破坏，进而保证路基结构的整体强度。

本实施例提供的路基结构充分考虑了固化泥渣与传统路基填筑材料的不同，尤其是固化泥渣的干缩性能，避免由于过量随机裂缝的产生导致路基结构破坏，能够降低固化土路基结构中裂缝产生及延伸的风险。

优选地，对固化泥渣层11进行预分割处理以形成薄弱面112，是在固化泥渣强度形成初期且未对固化泥渣进行压实之前，如此，在后期固化土填土层1压实过程中，薄弱面112处的缝隙宽度减小，从而避免土颗粒及其它杂物落入造成薄弱面112损坏。另外，泥渣在固化过程中，薄弱面112处也可以形成一定的强度，从而降低薄弱面112对整体路基结构的强度影响。

对每一层固化泥渣层11分别进行间隔分割处理后，每一层固化泥渣层11均形成多个(个数为分割次数加1)以薄弱面112为分界面的填土单元111。其中，同一层固化泥渣层11中相邻薄弱面112之间的间距假设为L。填土单元111的长度即为两个薄弱面112的间距L，填土单元111的宽度与固化泥渣层11的宽度一致，填土单元111的厚度与固化泥渣层11的厚度一致，这里的长度是以图2中所示的X方向上的尺寸，宽度是以图2中所示的Y方向上的尺寸，厚度是以图2中所示的Z方向上的尺寸。

固化泥渣层11具有上表面和下表面，填土单元111的上表面具有对称的长边和对称的短边，其中，长边是与路基结构长度方向平行的一边，短边是与路基结构宽度方向平行的一边，其中路基结构长度方向是指与行车方向平行的方向，即图2中所示的X方向。还应当理解的是，此处长边和短边仅用于区分两个边，其中的长和短并不代表具体尺寸上的长短。由于固化泥渣层11是层层铺设的，上一层的固化泥渣层11的下表面铺设于下一层的固化泥渣层11的上表面。为便于阐述，上层固化泥渣层11上的填土单元111为上层填土单元111，下层固化泥渣层11的填土单元111为下层填土单元111，当相邻两层固化泥渣层11的薄弱面112错开设置时，此时下层填土单元111的上表面与两个上层填土单元111的部分下表面接触。本实施例中，如图3所示，相邻两层固化泥渣层11中错开设置的两个薄弱面112之间的距离为A。由于每一层固化泥渣层11中相邻两个薄弱面112之间的距离相等，因此相邻两层固化泥渣层11的填土单元111的长度也相等，进而相邻固化泥渣层11中错开设置的两个填土单元111的长边中心连线所在的竖直平面之间的距离也为A。应当理解的是，此处填土单元111的长度相等是指除道路两端的填土单元111之外的填土单元111的长度相等。

进一步地，为了避免由于填土单元111两端薄弱面112处的抗拉强度不均匀，使得固化土收缩向其中一侧薄弱面大幅度偏移，造成另一侧薄弱面处的缝隙间距过大。本实施例中，在填土单元111的上表面构建结构面，以在填土单元111上表面上形成构造阻力区域113。所述构造阻力区域13通过刻槽进行设置，且应在固化泥渣强度已经初步形成初期进行，优选地刻槽可做倾斜处理，倾斜角度在30°～45°之间，倾斜方向与车行方向相反，以提高路基结构的整体稳定性。构造阻力区域113区域为填土单元111的上表面上由填土单元111长边中心连线至第一连线的区域，第一连线与填土单元111长边中心连线的距离A与相邻两层固化泥渣层11中错开设置的两个薄弱面112之间的距离相等。由于在实际施工过程中，固化土填土层1还进行压实处理，如图3所示，相当于在填土单元111上表面长边中心连线右侧距离A长度范围内和该填土单元111下表面长边中心连线左侧距离A长度范围内进行刻槽处理。如此设置，可以减少单侧薄弱面112处发生较大收缩量的可能性，维护了整体路基结构的稳定性。

本实施例提供的固化土路基结构中，同一层固化泥渣层11中相邻两个薄弱面112之间的间距L(以下简称薄弱面112间距)以及构造阻力区域113长度A对路基结构的性能影响较大。过大的薄弱面112间距L及过长的构造阻力长度113长度A均会导致固化泥渣内部产生较大的拉伸应力，当该拉伸应力大于固化泥渣的抗拉强度时，固化泥渣会产生裂缝，进而影响路堤的整体性能。此外，过短的构造阻力区域113无法有效地控制填土单元111两侧均匀收缩，因此需要控制A与L的比例关系。再者，薄弱面处缝隙可能达到的最大尺寸也需要控制，以减少土颗粒跌落缝隙可能性，防止缝隙的进一步扩大。另外，固化泥渣收缩时产生的最大拉应力也需要控制，使其满足固化泥渣材料的抗拉强度要求。

本实施例中构造阻力区域113长度的最大值A_max需符合以下条件：

且，A_max≥λH·tanθ (2)

上述公式中，A为构造阻力区域113的长度，A_max为整体固化土路基中构造阻力区域113的最大长度，σ_T为固化泥渣的抗拉强度，α为薄弱面112抗拉强度缩减系数，β为填土单元两端的薄弱面112的强度分布不均匀系数，β可取0.1，γ为土体容重，H为计算固化泥渣层11的厚度，z为封顶层2厚度，μ为未设置构造阻力区域113时的摩擦系数，μ′为设置构造阻力区域113的摩擦系数，实际施工过程中，在对固化泥渣层11进行切割形成薄弱面时，由于固化泥渣层11具有一定的厚度，施工中无法保证薄弱面在竖直方向上完全竖直，当薄弱面偏移竖直方向角度过大时，上下两层薄弱面位置较近，因此在设计中需要考虑。假设薄弱面偏离竖直方向所在的竖直平面的角度为θ，即0为薄弱面112与竖直平面之间的夹角，λ为安全系数，λ＞1。

即，A_max取

和λH·tanθ中的最大值。

进一步地，为保证固化泥渣收缩中心尽可能控制在靠近路基中间的部位，本实施例中两薄弱面112间距L需符合以下条件：

L≥ηA_max (3)

其中，L为两薄弱面112之间的距离，η值过大，可能会导致固化泥渣左右收缩不均匀，本实施例中η取值为6～10。

进一步地，为避免固化泥渣收缩时在薄弱面处产生的缝隙过大，导致上方的土跌落至缝隙中，本实施例中薄弱面112容许的最大间距κ需符合以下条件：

max(L·δ_z＝j)≤κ (4)

其中，δ为固化泥渣的干缩率，j代表距离计算固化泥渣层11上表面j米的位置，0＜j≤z，δ_z＝j代表一定深度土的干缩率，由于不同深度的土其失水率有所不同，干缩率δ_z＝j随深度的增加会不断减小，本实施例通过测定不同湿度条件下的δ值对δ_z＝j进行预测。L·δ_z＝j代表一定深度土的收缩量，max(L·δ_z＝j)代表所有深度土的收缩量中的最大值，过大的收缩量会影响整体路基结构的稳定性，且易导致上方土跌落至缝隙中，因此需对所有深度的土的收缩量进行控制，假定最大容许间距κ，使得所有深度土的收缩量的最大值满足公式(4)，以保证所有深度的土的收缩量均小于该容许间距值。

进一步地，为了避免产生裂缝，固化泥渣收缩时实际产生的最大拉应力应小于固化泥渣的抗拉强度σ_T，即应满足以下条件：

max(σ_m，z＝j)≤σ_T (5)

σ_m，z＝j代表各深度土的固化泥渣收缩时产生的最大拉应力，max(σ_m，z＝j)代表所有深度土的固化泥渣收缩时产生的最大拉应力中的最大值。将所有深度土的固化泥渣收缩时产生的最大拉应力中的最大值设计为小于或等于固化泥渣的抗拉强度，即保证了所有深度土的固化泥渣收缩时产生的最大拉应力均小于固化泥渣的抗拉强度。

其中，公式(5)中各深度土的固化泥渣收缩时产生的最大拉应力σ_m，z＝j根据固化泥渣是否完全能够克服来自上下固化泥渣层11间的全部阻力收缩产生的最大拉应力有不同的取值。假设固化泥渣可以克服来自上下固化泥渣层11间的全部阻力收缩而产生的最大拉应力，此时固化泥渣收缩时实际产生的最大拉应力σ′_max，z＝j为：

但在实际施工过程中，固化泥渣可能存在有部分区域无法克服上下固化泥渣层11间的阻力作用的情况，按照式(6)计算其最大拉应力时会过高的估计其拉应力值，此种情况下固化泥渣收缩时产生的最大拉应力为：

σ_max，z＝_j＝E·δ_j (7)

公式(5)中各深度土的固化泥渣收缩时产生的最大拉应力σ_m，z＝j应取σ_max，z＝j和σ′_max，z＝j中的较小者，即，若σ′_m，z＝j≥σ_max，z＝j，则σ_m，z＝j＝σ_max，z＝j；若σ′_m，z＝j＜σ_max，z＝j，则σ_m，z＝j＝σ′_max，z＝j。

其中，公式(6)和(7)中，σ_max，z＝j为固化泥渣存在部分区域无法克服上下固化泥渣层11间阻力的情况时一定深度的固化泥渣收缩时产生的最大拉应力，σ′_max，z＝j为固化泥渣可以克服上下固化泥渣层11间的全部阻力时一定深度的固化泥渣收缩时产生的最大拉应力，E为杨氏模量，δ_j代表一定深度土的干缩率。

进一步地，土基建于地下水位0.5m以上，以确保固化泥渣长期性能不受降雨或水位变化影响。

进一步地，固化土路基结构还包括封顶层2，封顶层2铺设于固化土填土层的顶部，封顶层2可以采用粘性土、石灰土或二灰土。在固化土填土层1上方布置封顶层2不仅可以有效隔绝上部排水，阻止雨水进入路基结构内，还可以作为路基路面层间的平衡层，防止由于固化泥渣路基收缩而引起路面下部开裂。封顶层材料符合《公路路基设计》JTG D30中路床填料的规定。采用粘性土时，粘性土液限应小于50％，塑性指数应小于26。

本实施例中将土基建于地下水位0.5m以上，并设置封顶层2，以尽可能降低地下水或雨水等对路基结构造成的危害。

进一步地，固化土路基结构还包括隔离层3、包边层4和排水结构5。

隔离层3，隔离层3位于土基与固化土填土层1之间,厚度不小于500mm。将隔离层3设置于固化土填土层1的底部，用于隔离地下水以及对固化土填土层1底部进行保护。隔离层3可以采用砂垫层或采用宕渣等土石混合物,并在宕渣和固化泥渣间设置土工布或0.3m厚度的砂砾过渡层，避免采用碎石或宕渣时由于其棱角导致固化泥渣路基底面开裂的问题。优选地，可在砂垫层或宕渣层中添加土工格栅。

包边层4，包边层4包裹于固化土填土层1的两侧方。应当理解的是，两侧方是指路基结构宽度方向的两侧。本实施例中，包边层4宜采用黏性土，以隔绝水流，包边层4的材料性能应满足《公路土工试验规程》。

排水结构5，其位于包边层4的两侧方。排水结构5包括渗沟及反滤层。

与传统的土石方填料相比，固化泥渣透水性较差，因此固化泥渣结构的外表面会被雨水等不断冲蚀，最终产生破坏。本实施例中通过设置封顶层2及包边层4的方式对固化泥渣外表面进行保护，有效减少固化泥渣的水分流失，起到减小干缩率、控制裂缝产生的作用。

优选地，如图1所示，每层固化泥渣层11的两侧均留设有台阶，使得固化土填土层1由上至下呈阶梯状布置，即由上至下，固化土填土层1的宽度逐渐增大。台阶的设置，一方面，在路基结构两侧形成边坡，保证路基结构稳定，另一方面，可以使得固化泥渣路基与包边层4土更好地黏结在一起，防止滑坡破坏。

优选地，包边层4的厚度大于或等于0.75m，以对固化土填土层1进行更好地保护。

优选地，如图1所示，固化土填土层1顶面设置双向横坡，坡度为2％～3％左右，如此，从路基结构的中心向道路两侧倾斜，便于雨水快速排出至两侧的排水结构5内。应当理解的是，固化土填土层1的顶面横坡率应与路基结构顶面坡率一致。进一步地，固化土填土层1顶面压实后还配置了构造阻力面，该构造阻力面可通过刻槽等方式构建，优选地，可形成30°～45°与车行方向相反的倾斜角度，以确保固化土填土层1顶面与封顶层2之间具有足够的摩擦力，防止封顶层2沿固化土填土层1顶面的横坡下移。应当理解，这里固化土填土层1顶面是指最上面一层固化泥渣层11。

在固化土路基结构中，位于土基上方的填料的高度称为路基填高h，当路基填高在5m以下时，路基结构两侧的边坡坡率为1∶1.5。当路基填高大于5m时，路基结构两侧的边坡坡率为上部斜率1∶1.5，下部斜率1∶1.75，其中所谓的上部和下部的分界是路基填高的一半处，即位于1/2h以上的为上部，位于1/2h以下的为下部。

如图4所示，本发明实施还提供一种固化土路基结构的设计方法，包括：

S1，相关参数测定，包括测定固化土填土层1土体容重γ，杨氏模量E，干缩率δ_z＝j，抗拉强度σ_T，薄弱面112抗拉强度缩减系数α。

S2，确定各深度固化泥渣的构造阻力区域113长度，A_z＝j代表一定深度固化泥渣的构造阻力区域113长度；

S3，判断max(A_z＝j)是否大于或等于λH·tanθ；其中，max(A_z＝j)代表各深度的固化泥渣构造阻力区域113长度中的最大值。

当max(A_z＝j)≥λH·tanθ时，A_max＝max(A_z＝j)；

当max(A_z＝j)＜λH·tanθ时，A_max＝λH·tanθ。

S4，假定薄弱面112间距为L；

S5，判断两薄弱面112间距L是否大于或等于ηA_max；

当L≥ηA_max时，进入步骤S6；

当L＜ηA_max时，返回步骤S4重新设定两薄弱面112间距L。

S6，判断max(L·δ_z＝j)是否小于或等于κ；

当max(L·δ_z＝j)≤κ时，进入步骤S7；

当max(L·δ_z＝j)＞κ时，返回步骤S4重新设定两薄弱面112间距L。

S7，比较σ_max，z＝j和σ′_max，z＝j的大小；

当σ′_m，z＝j≥σ_max，z＝j时，σ_m，z＝j＝σ_max，z＝j；

当σ′_m，z＝j＜σ_max，z＝j时，σ_m，z＝j＝σ′_max，z＝j；

S8，判断max(σ_m，z＝j)是否小于或等于σ_T；

当max(σ_m，z＝j)≤σ_T时，确定步骤S4中假定的薄弱面112间距L为最终薄弱面112间距值，以及确定步骤S3中得到的a_max为最终填土单元111上构造阻力区域113的长度；

当max(σ_m，z＝j)＞σ_T时，返回步骤S4重新设定两薄弱面112间距L。

通过本实施例提供的设计方法，可以确定最佳的薄弱面112间距，避免薄弱面112间距及构造阻力区域的长度选择不当而引发的固化泥渣内部产生较大拉应力及干缩量过大，或在薄弱面处形成较大的缝隙。进一步地，本实施例还通过对每一层固化泥渣层11进行构造阻力处理，该构造阻力面可通过刻槽等方式构建，优选地，形成30°～45°与车行方向相反的倾斜角度，在增加层间阻力的同时避免由于两侧薄弱面112抗拉强度不均匀导致的收缩量不一致。本实施例还通过该设计方法，对构造阻力区域113的长度以及薄弱面112处缝隙的尺寸进行控制，从而进一步降低固化泥渣易收缩产生裂缝以及裂缝扩大的风险。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种固化土路基结构，其特征在于，包括：

固化土填土层(1)，所述固化土填土层(1)位于土基的上方，所述固化土填土层(1)包括沿上下方向设置的多层固化泥渣层(11)，每层所述固化泥渣层(11)上均设置有沿其长度方向间隔设置的多个薄弱面(112)，且相邻两层所述固化泥渣层(11)上的所述薄弱面(112)错开设置；

封顶层(2)，所述封顶层(2)铺设于所述固化土填土层(1)的顶部。

2.根据权利要求1所述的固化土路基结构，其特征在于，所述固化泥渣层(11)包括多个以所述薄弱面(112)为分界面的填土单元(111)，所述填土单元(111)上设置有构造阻力区域(113)。

3.根据权利要求2所述的固化土路基结构，其特征在于，所述构造阻力区域(113)为所述填土单元(111)上表面上由所述填土单元(111)长边中心连线至第一连线的区域，所述第一连线与所述填土单元(111)长边中心连线之间的距离A与上下相邻两层所述固化泥渣层(11)中错开设置的两个所述薄弱面(112)之间的距离相等。

4.根据权利要求3所述的固化土路基结构，其特征在于，所述固化泥渣层(11)中相邻两个所述薄弱面(112)之间的间距L与所述构造阻力区域(113)的最大长度A_max之间的关系为：

L≥(6～10)A_max，其中，

其中，A_max为所述构造阻力区域(113)的最大长度，σ_T为固化泥渣的抗拉强度，α为所述薄弱面(112)的抗拉强度缩减系数，β为所述填土单元两端的所述薄弱面(112)的强度分布不均匀系数，γ为所述固化土填土层(1)土体容重，H为所述固化泥渣层(11)的厚度，z为所述封顶层(2)的厚度，μ为所述填土单元(111)上未设置所述构造阻力区域(113)时的摩擦系数，μ＇为所述构造阻力区域(113)的摩擦系数，θ为所述薄弱面(112)与竖直平面之间的夹角，λ为安全系数。

5.根据权利要求1-4任一项所述的固化土路基结构，其特征在于，还包括：

隔离层(3)，所述隔离层(3)位于所述土基与所述固化土填土层(1)之间；

包边层(4)，所述包边层(4)包裹于所述固化土填土层(1)的侧方；

排水结构(5)，所述排水结构(5)位于所述包边层(4)的侧方。

6.根据权利要求5所述的固化土路基结构，其特征在于，所述隔离层(3)包括砂垫层、宕渣与土工布组合和所述宕渣与所述砂垫层组合中的任意一个。

7.根据权利要求1-4任一项所述的固化土路基结构，其特征在于，所述固化土填土层(1)由上至下呈阶梯状布置。

8.根据权利要求1-4任一项所述的固化土路基结构，其特征在于，所述固化土填土层(1)顶面设置双向横坡，所述双向横坡的坡度为2％～3％。

9.根据权利要求1-4任一项所述的固化土路基结构，其特征在于，所述固化土路基结构两侧边坡的坡率为1:1.5，或者所述边坡的上部坡率为1:1.5、下部坡率为1:1.75。

10.一种固化土路基结构设计方法，基于如权利要求1-9任一项所述的固化土路基结构，其特征在于，包括：

S1，测定固化土填土层(1)土体容重γ、杨氏模量E、固化泥渣的干缩率δ_z＝j、固化泥渣的抗拉强度σ_T、薄弱面(112)的抗拉强度缩减系数α；

S2，确定不同深度的固化泥渣的构造阻力区域(113)长度A_z＝j；

S3，判断所述不同深度的固化泥渣的构造阻力区域(113)长度中的最大值max(A_z＝j)是否大于或等于λH·tanθ；

当max(A_z＝j)≥λH·tanθ时，A_max＝max(A_z＝j)；

当max(A_z＝j)<λH·tanθ时，A_max＝λH·tanθ；

S4，假定相邻两所述薄弱面(112)的间距为L；

S5，判断相邻两所述薄弱面(112)的间距L是否大于或等于ηA_max；

当L≥ηA_max时，进入步骤S6；

当L<ηA_max时，返回步骤S4重新设定相邻两所述薄弱面(112)的间距L，其中，其中η为6～10；

S6，判断当收缩应力可以克服全部摩擦阻力时，各层所述薄弱面(112)位置中最大收缩量max(L·δ_z＝j)是否小于或等于容许的最大间距κ；

当max(L·δ_z＝j)≤κ时，进入步骤S7；

当max(L·δ_z＝j)>κ时，返回步骤S4重新设定相邻两所述薄弱面(112)的间距L；

S7，比较σ_max,z＝j和σ′_max,z＝j的大小；

当σ′_m,z＝j≥σ_max,z＝j时，σ_m,z＝j＝σ_max,z＝j；

当σ′_m,z＝j<σ_max,z＝j时，σ_m,z＝j＝σ′_max,z＝j；

S8，判断max(σ_m,z＝j)是否小于或等于σ_T；

当max(σ_m,z＝j)≤σ_T时，将步骤S4中假定的相邻两所述薄弱面(112)的间距L确定为相邻两所述薄弱面(112)的间距值，并将步骤S3中得到的A_max确定为所述填土单元上所述构造阻力区域(113)的长度；

当max(σ_m,z＝j)>σ_T时，返回步骤S4重新设定相邻两所述薄弱面(112)的间距L。

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