CN111893832B - 一种退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构 - Google Patents
一种退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构 Download PDFInfo
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Abstract
一种退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构,涉及一种退化多年冻土地区的路基结构。本发明是要解决目前由于无法有效控制多年冻土地区冻土退化而导致的公路融沉破坏,以及冻土融化后水分无法迅速排出,使地基成为软基,地基承载能力不足导致公路出现不均匀沉降的技术问题。多个加筋热融桩和多个加筋碎石桩竖直设置在多年冻土地基、上层未冻土地基和下层未冻土地基中。本发明所述的一种退化型高温多年冻土地区新型路基结构所使用加筋热融桩和加筋碎石桩两种不同的桩体形成一种新型的二元桩复合路基,结合了热融桩放热对冻土的融化效果和碎石桩优秀的排水能力,可以同时实现冻土的预融与融土的排水固结。
Description
技术领域
本发明涉及一种退化多年冻土地区的路基结构。
背景技术
冻土面积分布广泛,在我国仅大、小兴安岭地区及松嫩平原北部就覆盖着39万平方公里的多年冻土。然而,由于全球气候转暖和人类频繁的工程活动共同影响,东北地区的冻土环境正在失去原有的热平衡状态。以我国东北岛状多年冻土地区为例,冻土的融化引起了公路等基础设施的不均匀沉降,严重影响了上部结构的耐久性和稳定性。
目前,针对退化严重的多年冻土地基的处治主要遵循“保护”和“破坏”的原则。然而,由于多年冻土特别是高温冻土退化性明显、岛状分布,而且具有温度高、上限较深、地表积水丰富等特殊性,传统的保护措施,如热棒、块石路基、保温板、遮阳板等均无法从根本上解决冻土的融沉问题。为此,针对退化型高温冻土地基的特点,采用破坏冻土的原则更为合理。传统的破坏冻土方法即预先融化工程影响范围内的冻土或挖除冻土外加换填透水性良好的砂砾材料来避免融沉。预融方法又可分为:地表植被剥离法、地表加黑法、覆盖塑料薄膜法、蒸汽预融法、电热预融法等。然而,由于冻土融化和地表水的共同作用,在融化后往往使地基黏土处于饱和状态,形成软土地基,在车辆荷载的作用下很容易产生不均匀沉降,严重影响行车的安全性及舒适性,并且水分如果无法按时排出时,在外界环境温度下降后易回冻为多年冻土,使预融作用失效。申请号为201910625553.9的发明专利介绍了一种退化型高温多年冻土地区加筋热融桩路基结构,可以通过桩体材料中的生石灰材料遇水放热来融化多年冻土并利用具有排水通道的土工合成材料将水分排出,该方法为冻土地区地基处理提供了新思路。然而该方法在处理含水量较高的富冰冻土且融土的渗透系数较小时,排水能力较弱,仅凭借桩体包裹的排水土工材料很难迅速的将预融后的水分排出路基范围以外。
发明内容
本发明是要解决目前由于无法有效控制多年冻土地区冻土退化而导致的公路融沉破坏,以及冻土融化后水分无法迅速排出,使地基成为软基,地基承载能力不足导致公路出现不均匀沉降的技术问题,而提供一种退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构。
本发明的退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构是由多年冻土地基1、加筋热融桩2、加筋碎石桩3、上层未冻土地基4、排水砂垫层5、路堤6、路面基层7、路面面层8和下层未冻土地基9组成;
所述的加筋热融桩2是由碎石土、生石灰、水泥和土工格栅组成;生石灰、水泥和水混合后再与碎石土胶结作用后形成桩体,土工格栅围成空心结构包裹在桩体外围形成加筋热融桩2;
所述的加筋碎石桩3是由碎石和土工格栅组成,土工格栅围成空心结构包裹在碎石外围形成加筋碎石桩3;
多年冻土地基1夹在上层未冻土地基4和下层未冻土地基9之间;多个加筋热融桩2和多个加筋碎石桩3竖直设置在多年冻土地基1、上层未冻土地基4和下层未冻土地基9中,加筋热融桩2和加筋碎石桩3的顶层均与上层未冻土地基4的顶层平齐,加筋热融桩2和加筋碎石桩3的底部均插入下层未冻土地基9中;
在加筋热熔桩2和加筋碎石桩3的顶部铺设排水砂垫层5,在排水砂垫层5的上表面由下至上依次铺设路堤6、路面基层7和路面面层8。
本发明的有益效果是:
1、本发明所述的一种退化高温多年冻土地区新型路基结构适用于岛状多年冻土温度高、冻土中含冰量高、冻土退化趋势明显且融化后黏土的渗透系数较低的地区,可以充分利用加筋热融桩2中生石灰成分的水化反应放出的热量将路基下方的高温冻土融化,从根本上解决由于多年冻土逐渐退化导致的地基融沉,确保路基在运营期间具有良好的工作状态;
2、本发明所述的一种退化型高温多年冻土地区新型路基结构使用加筋热融桩2和加筋碎石桩3两种不同的桩体形成一种新型的二元桩复合路基,其中土工格栅可以在不会降低碎石桩排水能力的同时显著增加碎石桩以及热融桩的刚度,使两种桩体均有不错的强度抗变形能力,可以有效提高多年冻土地区地基的承载能力,减少冻土融化后的路基沉降;
3、本发明所述的一种退化型高温多年冻土地区新型路基结构所使用加筋热融桩和加筋碎石桩两种不同的桩体形成一种新型的二元桩复合路基,结合了热融桩放热对冻土的融化效果和碎石桩优秀的排水能力,可以同时实现冻土的预融与融土的排水固结。
附图说明
图1为具体实施方式一中退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构的正面示意图;
图2为具体实施方式一中加筋热融桩2中的土工格栅的示意图;
图3为具体实施方式一中加筋热融桩2在去掉土工格栅后的示意图;
图4为具体实施方式一中加筋热融桩2的示意图;
图5为具体实施方式一中加筋碎石桩3在去掉土工格栅后的示意图;
图6为具体实施方式一中加筋碎石桩3中的土工格栅的示意图;
图7为具体实施方式一中加筋碎石桩3的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式为一种退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构,如图1-图7所示,具体是由多年冻土地基1、加筋热融桩2、加筋碎石桩3、上层未冻土地基4、排水砂垫层5、路堤6、路面基层7、路面面层8和下层未冻土地基9组成;
所述的加筋热融桩2是由碎石土、生石灰、水泥和土工格栅组成;生石灰、水泥和水混合后再与碎石土胶结作用后形成桩体,土工格栅围成空心结构包裹在桩体外围形成加筋热融桩2,结合土工格栅提供的侧向约束作用,具有良好的强度和刚度;所述加筋热融桩2中的生石灰成分可以与水反应放出大量的热量,可以将多年冻土地基中的冰融化为水;
所述的加筋碎石桩3是由碎石和土工格栅组成,土工格栅围成空心结构包裹在碎石外围形成加筋碎石桩3;碎石具有较大孔隙可以为地基提供纵向排水通道,土工格栅为碎石桩提供侧向约束,增加了桩体的抗变形能力;
多年冻土地基1夹在上层未冻土地基4和下层未冻土地基9之间;多个加筋热融桩2和多个加筋碎石桩3竖直设置在多年冻土地基1、上层未冻土地基4和下层未冻土地基9中,加筋热融桩2和加筋碎石桩3的顶层均与上层未冻土地基4的顶层平齐,加筋热融桩2和加筋碎石桩3的底部均插入下层未冻土地基9中;
在加筋热熔桩2和加筋碎石桩3的顶部铺设排水砂垫层5,在排水砂垫层5的上表面由下至上依次铺设路堤6、路面基层7和路面面层8;
所述加筋碎石桩3与排水砂垫层5组成排水通道,将多年冻土地基1中融化的水排出多年冻土地区热融桩路基结构,以降低路基的含水量;
所述加筋热融桩2、加筋碎石桩3与多年冻土地基1和未冻土地基共同组成复合地基,具有优秀的承载能力及排水能力。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:所述的加筋热融桩2周围布置传感器以监控温度、湿度、位移和孔隙水压力的变化情况。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是:所述的加筋热融桩2中的土工格栅为钢塑土工格栅。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是:所述的加筋热融桩2中的土工格栅为空心圆柱体结构。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一不同的是:所述的加筋碎石桩3周围布置传感器以监控温度、湿度、位移和孔隙水压力的变化情况。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一不同的是:所述的加筋碎石桩3中的土工格栅为钢塑土工格栅。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一不同的是:所述的加筋碎石桩3中的土工格栅为空心圆柱体结构。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一不同的是:所述的加筋热融桩2和加筋碎石桩3交错布置。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一不同的是:所述的加筋热融桩2和加筋碎石桩3的高度相同。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式四和七不同的是:所述的加筋热融桩2和加筋碎石桩3的直径相同。其他与具体实施方式四和七相同。
用以下试验对本发明进行验证:
试验一:本试验为一种退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构,如图1-图7所示,具体是由多年冻土地基1、加筋热融桩2、加筋碎石桩3、上层未冻土地基4、排水砂垫层5、路堤6、路面基层7、路面面层8和下层未冻土地基9组成;所述的加筋热融桩2中的土工格栅为刚塑土工格栅;所述的加筋碎石桩3中的土工格栅为刚塑土工格栅;
所述的加筋热融桩2是由碎石土、生石灰、水泥和土工格栅组成;生石灰、水泥和水混合后再与碎石土胶结作用后形成桩体,土工格栅围成空心结构包裹在桩体外围形成加筋热融桩2;
所述的加筋碎石桩3是由碎石和土工格栅组成,土工格栅围成空心结构包裹在碎石外围形成加筋碎石桩3;
多年冻土地基1夹在上层未冻土地基4和下层未冻土地基9之间;多个加筋热融桩2和多个加筋碎石桩3交替设置在多年冻土地基1、上层未冻土地基4和下层未冻土地基9中,加筋热融桩2和加筋碎石桩3的顶层均与上层未冻土地基4的顶层平齐,加筋热融桩2和加筋碎石桩3的底部均插入下层未冻土地基9中;
在加筋热熔桩2和加筋碎石桩3的顶部铺设排水砂垫层5,在排水砂垫层5的上表面由下至上依次铺设路堤6、路面基层7和路面面层8。
以下是本试验的退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构的施工过程:
步骤一:首先确定拟建道路沿线高温多年冻土分布情况,可通过历史资料、现场钻探和温度监测得到多年冻土的上下限,用以确定施工路段和桩体长度;可以通过勘察数据并结合室内缩尺试验确定合理的生石灰-水泥-碎石土配合比、加筋热融桩2和加筋碎石桩3的桩体尺寸和布置形式;
步骤二:在拟建路基相应位置的多年冻土地基中进行钻孔,并清空孔内的地基土,在孔内布设用来包裹桩体的土工格栅;在加筋热融桩2施工时在孔位中分层填入预先配置好的碎石土、生石灰以及水泥的混合物并进行振动压实;在加筋碎石桩3施工时分层填入碎石并进行振动压实;两种桩施工时同时在相应桩周围位置布置传感器以监控温度、湿度、位移及孔隙水压力的变化情况;
步骤三:桩基施工完成后后,在地基上铺设一层砂垫层5并对地基进行堆载预压,使热融桩2中生石灰放热融化冻土后产生的水分顺着加筋碎石桩3桩体和砂垫层5排出路基施工范围;
步骤四:地基土固结结束后,在复合地基结构上分层填筑路基及路面结构。
本试验的有益效果是:
1、本试验所述的一种退化高温多年冻土地区新型路基结构适用于岛状多年冻土温度高、冻土中含冰量高、冻土退化趋势明显且融化后黏土的渗透系数较低的地区,可以充分利用加筋热融桩2中生石灰成分的熟化反应放出的热量将路基下方的高温冻土融化,从根本上解决由于多年冻土逐渐退化导致的地基融沉,确保路基在运营期间具有良好的工作状态;
2、本试验所述的一种退化型高温多年冻土地区新型路基结构使用加筋热融桩2和加筋碎石桩3两种不同的桩体形成一种新型的二元桩复合路基,其中土工格栅可以在不会降低碎石桩排水能力的同时显著增加碎石桩以及热融桩的刚度,使两种桩体均有不错的强度抗变形能力,可以有效提高多年冻土地区地基的承载能力,减少冻土融化后的路基沉降;
3、本试验所述的一种退化型高温多年冻土地区新型路基结构所使用加筋热融桩和加筋碎石桩两种不同的桩体形成一种新型的二元桩复合路基,结合了热融桩放热对冻土的融化效果和碎石桩优秀的排水能力,可以同时实现冻土的预融与融土的排水固结。
Claims (9)
1.一种退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构,其特征在于退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构是由多年冻土地基(1)、加筋热融桩(2)、加筋碎石桩(3)、上层未冻土地基(4)、排水砂垫层(5)、路堤(6)、路面基层(7)、路面面层(8)和下层未冻土地基(9)组成;
所述的加筋热融桩(2)是由碎石土、生石灰、水泥和土工格栅组成;生石灰、水泥和水混合后再与碎石土胶结作用后形成桩体,土工格栅围成空心结构包裹在桩体外围形成加筋热融桩(2);
所述的加筋碎石桩(3)是由碎石和土工格栅组成,土工格栅围成空心结构包裹在碎石外围形成加筋碎石桩(3);
多年冻土地基(1)夹在上层未冻土地基(4)和下层未冻土地基(9)之间;多个加筋热融桩(2)和多个加筋碎石桩(3)竖直设置在多年冻土地基(1)、上层未冻土地基(4)和下层未冻土地基(9)中,加筋热融桩(2)和加筋碎石桩(3)的顶层均与上层未冻土地基(4)的顶层平齐,加筋热融桩(2)和加筋碎石桩(3)的底部均插入下层未冻土地基(9)中;所述的加筋热融桩(2)和加筋碎石桩(3)交错布置;
在加筋热融 桩(2)和加筋碎石桩(3)的顶部铺设排水砂垫层(5),在排水砂垫层(5)的上表面由下至上依次铺设路堤(6)、路面基层(7)和路面面层(8)。
2.根据权利要求1所述的一种退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构,其特征在于所述的加筋热融桩(2)周围布置传感器以监控温度、湿度、位移和孔隙水压力的变化情况。
3.根据权利要求1所述的一种退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构,其特征在于所述的加筋热融桩(2)中的土工格栅为钢塑土工格栅。
4.根据权利要求1所述的一种退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构,其特征在于所述的加筋热融桩(2)中的土工格栅为空心圆柱体结构。
5.根据权利要求1所述的一种退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构,其特征在于所述的加筋碎石桩(3)周围布置传感器以监控温度、湿度、位移和孔隙水压力的变化情况。
6.根据权利要求1所述的一种退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构,其特征在于所述的加筋碎石桩(3)中的土工格栅为钢塑土工格栅。
7.根据权利要求1所述的一种退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构,其特征在于所述的加筋碎石桩(3)中的土工格栅为空心圆柱体结构。
8.根据权利要求1所述的一种退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构,其特征在于所述的加筋热融桩(2)和加筋碎石桩(3)的高度相同。
9.根据权利要求4或7所述的一种退化多年冻土地区加筋热融桩/加筋碎石桩复合路基结构,其特征在于所述的加筋热融桩(2)和加筋碎石桩(3)的直径相同。
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