CN112921726A - 一种防止路基土干裂或湿陷的路基结构及其构筑方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种防止路基土干裂或湿陷的路基结构及其构筑方法，涉及公路路基结构技术领域。不仅能防止路基土水分的散失，而且能更好地阻止地表水的入渗，适用于更多截面类型的道路，且能在道路用地紧张的情况下应用，还不会出现浅层滑塌的风险。该毛细阻隔路基包括路面、路基土层和设置在路基土层的外侧的周围土层；路基土层和周围土层之间沿竖向设置毛细阻隔结构；毛细阻隔结构的上表面与路基土层的上表面齐平，路面铺设在毛细阻隔结构和路基土层上，路面的外侧设有混凝土构件，混凝土构件内限制出排水沟，混凝土构件的底面低于毛细阻隔结构的顶面。本申请同时公开了一种上述路基结构的构筑方法。本申请用于提升路基的性能。

Description

一种防止路基土干裂或湿陷的路基结构及其构筑方法

技术领域

本申请涉及公路路基结构技术领域，尤其涉及一种防止路基土干裂或湿陷的路基结构及构筑方法。

背景技术

在旱季或极端气候环境下，蒸发等引起的路基土失水干缩是导致路面开裂破坏的重要原因之一。美国德克萨斯州、俄克拉荷马州多地的膨胀土路基，由于土体水分干缩，导致路面开裂，造成每年约150亿美元的重大的经济损失。另外，在持续雨季或水渠渗漏的情况下，地基土又会因为浸水软化引起道路病害的发生。例如在我国湿陷性黄土地区，地表水入渗使得路基土发生湿陷，路面进而发生开裂破坏。由此可见，为了避免路基土失效引起的路面病害，需要维持路基土含水率的稳定。即：一方面，要防止蒸发失水引起的土体干缩开裂；另一方面，要防止路基土浸水后的湿化下沉。

为了解决上述技术问题，现有技术一般采用在路面两侧铺设水平防渗膜，通过延长水分渗流路径来维持路基土含水率的稳定。具体而言，在道路两侧布设水平防渗膜，与传统换填路基土的方法比较，该方法造价低且施工便捷，在一定程度上缓解了美国德克萨斯州、俄克拉荷马州等多地的道路病害。但是，由于防渗膜在地下服役5年后，老化明显，防渗功能快速衰退。此外，使用防渗膜也不符合绿色环保的工程理念。

发明内容

本申请的实施例提供一种防止路基土干裂或湿陷的路基结构及其构筑方法，该路基结构不仅能防止路基土水分的散失，而且能更好地阻止地表水的入渗，适用于更多截面类型的道路，且能在道路用地紧张，或周遭建筑物密集的情况下应用，还不会出现浅层滑塌的风险。

为达到上述目的，一方面，本申请的实施例提供了一种防止路基土干裂或湿陷的路基结构，包括路面、路基土层和设置在所述路基土层的外侧的周围土层；所述路基土层和所述周围土层之间沿竖向设置毛细阻隔结构；所述毛细阻隔结构的上表面与所述路基土层的上表面齐平，所述路面铺设在所述毛细阻隔结构和所述路基土层的上表面上，所述路面的外侧设有混凝土构件，所述混凝土构件内限制出排水沟，所述混凝土构件的底面低于所述毛细阻隔结构的顶面。

进一步地，所述毛细阻隔结构包括沿水平方向依次设置的第一土工布、粗粒土层、第二土工布、细粒土层和第三土工布，所述第一土工布靠近所述路基土层设置，所述第三土工布靠近所述周围土层设置，且所述第一土工布、粗粒土层、所述第二土工布、所述细粒土层和所述第三土工布均沿竖向设置。

进一步地，所述路面与所述毛细阻隔结构之间铺设第四土工布。

进一步地，所述毛细阻隔结构的高度为120cm-150cm。

进一步地，所述粗粒土层为粒径范围为4cm-8cm的碎石；所述细粒土层为粒径小于0.05mm的粘土。

进一步地，所述粗粒土层的厚度为30-40cm，所述细粒土层的厚度为40-50cm。

进一步地，所述细粒土层的压实度大于等于90％。

另一方面，本申请的实施例提供了一种防止路基土干裂或湿陷的路基结构的构筑方法，包括以下步骤：处理路基土层并沿竖向填筑和压实毛细阻隔结构；在路基土层和毛细阻隔结构上铺设第四土工布；在第四土工布上建筑路面。

进一步地，所述步骤处理路基土层并沿竖向填筑和压实毛细阻隔结构包括以下步骤：夯实原场地作为路基土层并开挖用于填筑毛细阻隔结构的竖向沟道；填筑毛细阻隔结构并压实；或，填筑路基土层并压实；填筑毛细阻隔结构并压实；填筑周围土层并压实。

进一步地，所述步骤在第四土工布上建筑路面之后还包括砌筑混凝土构件，所述混凝土构件内部限制出排水沟，所述混凝土构件的底面低于所述毛细阻隔结构的顶面。

本申请相比现有技术具有以下有益效果：

1、本申请实施例防止路基土干裂或湿陷的路基结构，将毛细阻隔结构竖向设置，基于毛细屏障原理，内侧粗粒土能够切断或延长在强蒸发环境下地基土的水分扩散路径，外侧细粒土较地基土的饱和透水性低，具有较好的储水、隔水功能，能有效地防止地表水渗漏到路基中，两种不同粒径土层组合，能有效地维持路基土水分稳定，避免干缩开裂或浸水湿陷。

2、本申请实施例防止路基土干裂或湿陷的路基结构，采用的竖向阻隔结构不受道路截面形状的限制，不会额外侵占建筑用地，对道路周围环境要求低。

3、本申请实施例防止路基土干裂或湿陷的路基结构中的毛细阻隔结构紧邻路基土层竖向设置，防渗效果更好，且能够避免现有技术中浅层滑塌的风险。

4、本申请实施例防止路基土干裂或湿陷的路基结构中的路面中间高两个低，路面两侧设置混凝土构件，混凝土构件内部限制出排水沟，排水效果更好，混凝土构件的底面低于毛细阻隔结构的上表面，防渗效果更好。

5、本申请实施例防止路基土干裂或湿陷的路基结构中的粗粒土层与路基土层之间、细粒土层和粗粒土层之间、周围土层与细粒土层之间以及路面与毛细阻隔结构之间均通过土工布分隔，可以避免不同土层互相掺混。

6、本申请实施例不仅适用于填方路基，而且还适用于原场地上的道路建设，适用范围更广。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例路基的结构示意图；

图2为本申请实施例路基中毛细阻隔结构的数值模型；

图3为现有技术路基地表水入渗的效果图；

图4为本申请实施例路基中地表水入渗的效果图；

图5为现有技术路基中路基土层含水率随降雨入渗的变化图；

图6为本申请实施例路基中路基土层含水率随降雨入渗的变化图；

图7为现有技术蒸发环境下路基土水分迁移图；

图8为本申请实施例蒸发条件下路基土水分迁移图；

图9为现有技术路基蒸发条件下路基土层含水率的变化图；

图10为本申请实施例路基蒸发条件下路基土层含水率的变化图；

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本申请是为防治路基土浸水沉陷或干缩开裂等道路病害而提出的技术措施，其实质是基于毛细屏障原理，采用细粒土和粗粒土形成竖向毛细阻隔结构，构筑于路基两侧，来维持路基土含水率的稳定，具有绿色环保、工程造价低、耐久性强等特点。

参照图1，本申请实施例提供了一种防止路基土干裂或湿陷的路基结构，包括路面1、路基土层2和设置在路基土层2的外侧的周围土层3。其中，路基土层2和周围土层3之间沿竖向设置毛细阻隔结构4，毛细阻隔结构4的高度为120cm-150cm。毛细阻隔结构4的上表面与路基土层2的上表面齐平。

毛细阻隔结构4包括沿水平方向依次设置的第一土工布41、粗粒土层42、第二土工布43、细粒土层44和第三土工布45，第一土工布41靠近路基土层2设置，第三土工布45靠近周围土层3设置，且第一土工布41、粗粒土层42、第二土工布43、细粒土层44和第三土工布45均沿竖向设置。其中，粗粒土为碎石，粒径范围为4cm-8cm，土层的厚度为30-40cm。细粒土为粘土，粒径小于0.05mm，土层的厚度为40-50cm。细粒土填筑过程中需压实，细粒土层44的压实度不得小于90％。

路面1铺设在毛细阻隔结构4和路基土层2的上表面上，路面1与毛细阻隔结构4之间铺设第四土工布5。路面1坡率为2％。路面1包括由下至上依次铺设的道路垫层11、道路基层12和道路面层13。

路面1的外侧设有混凝土构件6，混凝土构件6内限制出用于汇集路面1径流的排水沟61，混凝土构件6的底面略低于毛细阻隔结构4的顶面。混凝土构件6的内侧通过路缘石7与道路面层13连接，混凝土构件6的外侧与周围土层3连接。

对于填方路基，路基土层2和周围土层3的压实度优选93％；对于已有场地上筑路时，原场地需要夯实之后作为路基土层2，之后开挖竖向沟道，填筑粗粒土层42和细粒土层44，并夯实。

以下通过数值模拟方法对该发明的有效性进行验证，数值模型如图2所示。将路面设为隔水边界，道路两侧为降雨和蒸发边界，在道路两侧设置由粗粒土和细粒土组成的竖向毛细阻隔结构。分别在降雨和蒸发条件下，通过与传统路基对比，分析设置毛细竖向阻隔的有效性，结果如图3至图10所示。

利用Vadose/W软件，对地表水入渗和蒸发两种工况下的路基土水分运移情况进行了分析。对比图3和图4可以发现，传统路基中，地表水会发生下渗和侧渗；构筑毛细阻隔结构后，该结构很好地减缓了水分的侧渗，维持了路基土含水率的稳定性。图中黑色箭头代表水流向，箭头大小反映了流速。

在建立的路基模型中从上至下选取9个点作为观测对象，对比设置毛细阻隔结构前后土体含水率的变化，结果如图5和图6所示。由图可见，在降雨入渗条件下，由于毛细阻隔结构的设置，使得水分难以快速地进入路基土中，使得观测点1-6的含水率基本保持了稳定。

对比图7和图8可以发现，传统路基中，受蒸发作用，路基土中的水分会向道路两侧迁移，使得路基土失水变干；构筑毛细阻隔结构4后，该结构能较好地抑制路基土水分往两侧的扩散，较好地维持了路基土含水率的稳定性。

仍然对图2所示模型中的9个观测点含水率进行分析，结果如图9和图10所示，由图可见，在蒸发环境下，由于毛细阻隔结构的设置，使得观测点1-6的含水率基本保持了稳定；而未设置毛细隔离结构的土体中，含水率随蒸发减小得较快。

本申请的一个实施例还提供了一种防止路基土干裂或湿陷的路基结构的构筑方法，该方法适用于原场地路基，包括以下步骤：

S1、夯实原场地作为路基土层并开挖用于填筑毛细阻隔结构的竖向沟道。

S2、填筑毛细阻隔结构并压实。

S3、在路基土层和毛细阻隔结构的上铺设第四土工布；

S4、在第四土工布上建筑路面。

S5、砌筑混凝土构件，混凝土构件内部限制出排水沟，混凝土构件的底面低于毛细阻隔结构的顶面。

本申请的另一个实施例还提供了一种防止路基土干裂或湿陷的路基结构的构筑方法，该方法适用于填方路基，包括以下步骤：

S1、填筑路基土层并压实，压实度优选93％。

S2、填筑毛细阻隔结构并压实。

S3、填筑周围土层并压实，压实度优选93％。

S4、在路基土层和毛细阻隔结构的上铺设第四土工布；

S5、在第四土工布上建筑路面。

S6、砌筑混凝土构件，混凝土构件内部限制出排水沟，混凝土构件的底面低于毛细阻隔结构的顶面。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种防止路基土干裂或湿陷的路基结构，其特征在于，

包括路面、路基土层和设置在所述路基土层的外侧的周围土层；所述路基土层和所述周围土层之间沿竖向设置毛细阻隔结构；

所述毛细阻隔结构的上表面与所述路基土层的上表面齐平，所述路面铺设在所述毛细阻隔结构和所述路基土层的上表面上，所述路面的外侧设有混凝土构件，所述混凝土构件内限制出排水沟，所述混凝土构件的底面低于所述毛细阻隔结构的顶面。

2.根据权利要求1所述的防止路基土干裂或湿陷的路基结构，其特征在于，所述毛细阻隔结构包括沿水平方向依次设置的第一土工布、粗粒土层、第二土工布、细粒土层和第三土工布，所述第一土工布靠近所述路基土层设置，所述第三土工布靠近所述周围土层设置，且所述第一土工布、粗粒土层、所述第二土工布、所述细粒土层和所述第三土工布均沿竖向设置。

3.根据权利要求1所述的防止路基土干裂或湿陷的路基结构，其特征在于，所述路面与所述毛细阻隔结构之间铺设第四土工布。

4.根据权利要求1所述的防止路基土干裂或湿陷的路基结构，其特征在于，所述毛细阻隔结构的高度为120cm-150cm。

5.根据权利要求2所述的防止路基土干裂或湿陷的路基结构，其特征在于，所述粗粒土层为粒径范围为4cm-8cm的碎石；所述细粒土层为粒径小于0.05mm的粘土。

6.根据权利要求2所述的防止路基土干裂或湿陷的路基结构，其特征在于，所述粗粒土层的厚度为30-40cm，所述细粒土层的厚度为40-50cm。

7.根据权利要求2所述的防止路基土干裂或湿陷的路基结构，其特征在于，所述细粒土层的压实度大于等于90％。

8.一种防止路基土干裂或湿陷的路基结构的构筑方法，其特征在于，包括以下步骤：

处理路基土层并沿竖向填筑和压实毛细阻隔结构；

在路基土层和毛细阻隔结构上铺设第四土工布；

在第四土工布上建筑路面。

9.根据权利要求8所述的防止路基土干裂或湿陷的路基结构的构筑方法，其特征在于，所述步骤处理路基土层并沿竖向填筑和压实毛细阻隔结构包括以下步骤：

夯实原场地作为路基土层并开挖用于填筑毛细阻隔结构的竖向沟道；

填筑毛细阻隔结构并压实；或，

填筑路基土层并压实；

填筑毛细阻隔结构并压实；

填筑周围土层并压实。

10.根据权利要求8或9所述的防止路基土干裂或湿陷的路基结构的构筑方法，其特征在于，所述步骤在第四土工布上建筑路面之后还包括砌筑混凝土构件，所述混凝土构件内部限制出排水沟，所述混凝土构件的底面低于所述毛细阻隔结构的顶面。

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