CN113026459B - 一种工业废渣赤泥填充路基结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种工业废渣赤泥填充路基结构及施工方法，该路基结构，包括工业废渣基层，所述工业废渣基层上浇筑铺设有水泥层，所述水泥层上铺设有改性赤泥层，所述改性赤泥层上依次铺设有底基层、基层和面层，所述水泥层的两边侧设置有封边，所述改性赤泥层内铺设有若干组疏水组件。本申请的有益效果为：通过在改性赤泥层边侧设置封边，提高了路基的防水性能，进一步加强改性赤泥层的整体性，同时配合疏水组件可以防止改性赤泥层流失，进一步提高了路基的强度，利用工业废渣赤泥作为公路路基填料，可以大量利用工业废弃物，节省了工程的投资成本，实现废物的再生和循环利用，促进绿色发展和可持续发展。

Description

一种工业废渣赤泥填充路基结构及施工方法

技术领域

本申请涉及道路施工的技术领域，尤其是涉及一种工业废渣赤泥填充路基结构及施工方法。

背景技术

赤泥是铝土矿提炼氧化铝过程中产生的固体工业废弃物，我国赤泥累计堆存量己超过 3.5亿吨，拜耳法赤泥采用强碱溶出工艺，一水软铝石型或三水铝石型等铝土矿经处理产生大量的氧化铁、氧化铝、二氧化硅等，不但无法形成活性成分，难以用于建筑材料的生产，而且呈强碱性，长时间的赤泥堆放占用大量土地的同时，还存在着环境污染的隐患；与此同时，我国公路、铁路等基础设施建设尤其是路基的填筑需要消耗大量的土地资源，容易破坏沿线的生态环境。

目前，已经存在将赤泥作为公路路基材料的相关技术，具体为在下承层直接铺设赤泥形成赤泥层，然后在赤泥层上方铺设基层和面层等。

然而，发明人发现上述相关技术存在以下缺陷：目前国内工业废渣赤泥的综合利用率较低，直接铺设的方法其防水性较差，容易造成赤泥层流失，导致路基损害。

发明内容

为了提高赤泥的综合利用率，提高路基的强度，本申请提供了一种工业废渣赤泥填充路基结构及施工方法。

第一方面，本申请提供的一种工业废渣赤泥填充路基结构，采用如下的技术方案：

一种工业废渣赤泥填充路基结构，包括工业废渣基层，所述工业废渣基层上浇筑铺设有水泥层，所述水泥层上铺设有改性赤泥层，所述改性赤泥层上依次铺设有底基层、基层和面层，所述水泥层的两边侧设置有封边，所述改性赤泥层内铺设有若干组疏水组件。

通过采用上述技术方案：通过对赤泥层进行改性，可以提高赤泥的利用率，设置封边可以进一步加强改性赤泥层的整体性，同时配合疏水组件可以防止改性赤泥层流失，进一步提高了路基的强度。

可选的，所述工业废渣基层、水泥层、改性赤泥层、底基层、基层和面层的铺设宽度渐窄。

通过采用上述技术方案：可形成梯度的路基结构，进一步提高整个路基的整体性与强度。

可选的，所述封边与水泥层一体浇筑成型，所述改性赤泥层铺设在两封边之间的水泥层上。

通过采用上述技术方案：通过设置封边对改性赤泥层进行固定，可以起到防水的作用，可防止雨水通过路基侧面渗入路基内部的改性赤泥层，形成污染物侧向渗出通道。

可选的，所述疏水组件包括主疏水管，所述主疏水管上设有固定板，所述主疏水管上设有若干渗水孔，所述渗水孔处固定有过滤层，所述主疏水管两端均延伸出封边。

通过采用上述技术方案：通过设置疏水组件，可以将改性赤泥层中的微量水分排出结构层，以保证改性赤泥层的结构强度。

可选的，所述固定板的下侧面设有锚固齿，所述主疏水管的外周侧设有有保护板，所述保护板连接在固定板的下侧面，所述保护板上设有疏水孔。

通过采用上述技术方案：通过设置锚固齿可以增强固定板与改性赤泥层的连接强度，保护板用于支撑固定板，同时可以防止主疏水管道内的疏水孔被过度挤压堵塞。

第二方面，本申请提供了一种工业废渣赤泥填充路基施工方法，包括以下步骤：

在工业废渣基层上铺设水泥层，在水泥层两边侧一体浇筑封边，在封边内的水泥层上铺设改性赤泥层，在改性赤泥层内间隔设置疏水组件。

通过采用上述技术方案：通过上述处理步骤，改性赤泥层能够更加稳固，提高了整体路基的稳定性。

可选的，具体包括如下步骤：

S1、施工准备：施工前检查并清扫水泥层，对工业赤泥提前进行检测，明确赤泥的类型，确保用于填筑的赤泥质量均匀、稳定；

S2、赤泥路基的结构与配比设计：将一定比例的水泥、石灰、磷石膏及高分子聚合物进行复配形成复合改性处理材料，利用复合改性材料对赤泥进行稳定；

在建筑水泥层时，在水泥层两外边侧形成封边，赤泥层铺设在两封边之间的水泥层之上；

S3、赤泥的摊铺与粗平：计算每车赤泥的堆放纵横间距，按计算的间距卸放；

进行赤泥含水量检测，现场实测含水率应控制在比最佳含水率高 2-3 个百分点：含水率不足时应及时洒水补充，含水率过高则进行适当翻挖、晾晒；

将赤泥进行摊平并排压，然后用 3d 自动找平式平地机整平；

S4、复合改性处理材料布料：用石灰在整平的赤泥层上打出方格，根据设计掺加比例计算出每格所需复合改性处理材料的质量，进行布料；

采用人工与机械相配合的方式将复合改性处理材料摊铺均匀；

S5、赤泥路基的拌和与精平：

（1）采用路拌机拌和赤泥和复合改性处理材料；

（2）为保证稳定赤泥与包边土的连续性，采用 3d 自动找平式平地机进行整平，该平地机通过在铲刀一侧安装卫星定位系统，提供高精度的位置坐标和高程信息，通过中央处理器控制液压模块控制铲刀，提升油缸升降，实现自动找平，每次整平都达到规定的坡度和路拱；

（3）将局部低洼处表层 5cm 以上的稳定赤泥耙松，重新进行找平，并用机械碾压一遍，再用平地机整形一次，并将高出的赤泥刮出路外；

S6、安装疏水组件并碾压

（1）将上述的疏水组件预埋在赤泥层中，固定板距离赤泥层上表面2-4cm，采用15-20t 振动压路机进行碾压；先静压1遍，然后弱振1遍，之后用光轮压路机强振 3-4 遍，最后再静压1遍；

（2）碾压时，直线段由两侧路肩向中心碾压，平曲线由内向外侧路肩进行碾压；振动压路机重叠 1/3 轮宽；静压速度 3-4km/h，振动压路机振压速度2.0-3.0km/h。

S7、养生与检测

（1）碾压完成后，应立即用毛毡进行覆盖并洒水养生。养生期一般不少于3 天，期间必须保持毛毡表面潮湿；

（2）养生期应对交通进行限制，洒水车应限制车速不超过 15km/h，禁止重型车辆通行；

（3）养生完成后进行弯沉或模量检测，达到设计要求后，进行下一层施工。

通过采用上述技术方案：通过上述完整的步骤，采用改性赤泥层作为路基的部分结构，能够提高赤泥的综合利用率，同时还能够保证路基的整体强度。

可选的，所述步骤S5的拌和步骤具体如下：相邻拌和段纵向重叠应大于 5m，相邻拌和横向重叠拌和应大于 30cm；拌和遍数应在两遍以上：第一遍拌和深度预留留 2-3cm，防止改性材料下沉集中，在底部翻拌不匀形成夹层；第二遍翻拌时，要翻拌到底；拌和均匀后表面应色泽一致，没有灰条、灰团和花面，没有赤泥粗细颗粒“窝或带”。

通过采用上述技术方案：

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过在改性赤泥层边侧设置封边，提高了路基的防水性能，进一步加强改性赤泥层的整体性，同时配合疏水组件可以防止改性赤泥层流失，进一步提高了路基的强度。

2.利用工业废渣赤泥作为公路路基填料，可以大量利用工业废弃物，节省了工程的投资成本，实现废物的再生和循环利用，促进绿色发展和可持续发展。

3．采用特殊稳定材料对赤泥进行处理，可以改善赤泥的物理力学性能，提高强度和水稳定性，保证路基的整体承载能力和耐久性，性能优于传统石灰或水泥改良土路基，赤泥利用率可达 90%以上。

4.赤泥的综合利用避免了对环境和生态的严重破坏，经处理后的赤泥，pH 大幅降低，大量有害物得到固化和稳定，加之对上路床进行的专门设计，利用普通材料对稳定赤泥进行包边处理，最大程度了降低了环境污染的风险。

5.工业废渣赤泥填筑路基与传统的水泥土、石灰土等路床施工使用的机械设备相近，最大程度上降低了施工成本，有利于推广和应用。

附图说明

图1是本申请实施例的路基截面结构示意图。

图2是本申请实施例的疏水组件的结构示意图。

图3是本申请实施例的施工方法的流程框架图。

附图标记说明，100、工业废渣基层；200、水泥层；300、改性赤泥层；400、底基层；500、基层；600、面层；700、封边；800、疏水组件；810、主疏水管；820、固定板；830、渗水孔；840、过滤层；850、锚固齿；860、保护板；870、疏水孔。

具体实施方式

以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开了一种工业废渣赤泥填充路基结构及施工方法，采用如下的技术方案：

参见图1，第一方面，本实施例公开了一种工业废渣赤泥填充路基结构，包括工业废渣基层100，工业废渣基层100可以采用筛分后的建筑废料或者其他工业碎石料，铺设在地基面上，能够达到资源的综合利用，工业废渣基层100上浇筑铺设有水泥层200，水泥层200作为稳固地基，水泥层200上铺设有改性赤泥层300，改性赤泥层300上依次铺设有底基层400、基层500和面层600，底基层400和基层500可以采用夯土层，通过铺设改性赤泥层300可以减少夯土层的厚度，从而可有效保护土壤资源，水泥层200的两边侧设置有封边700，改性赤泥层300内铺设有若干组疏水组件800。其中通过对赤泥层进行改性，可以提高赤泥的利用率，设置封边700可以进一步加强改性赤泥层300的整体性，同时配合疏水组件800可以防止改性赤泥层300流失，进一步提高了路基的强度。

其中，改性赤泥层300是通过向赤泥中掺杂一定量的复合改性处理材料后拌和并压实而成，其中复合改性处理材料包括一定比例的水泥、石灰、磷石膏及高分子聚合物进行混合而成，利用复合改性材料对赤泥进行稳定，可以显著提高赤泥的强度和稳定性。其中磷石膏的比例根据赤泥材料的 pH 值确定，水泥和石灰的剂量根据总体改性赤泥层300的强度要求及含水率综合确定，改性赤泥层300的强度与水泥层200的强度匹配，使整体四层上路床的强度保持均匀，复合改性稳定材料的掺量一般为赤泥体量的6%～10%。

本实施例中的路基结构中工业废渣基层100、水泥层200、改性赤泥层300、底基层400、基层500和面层600的铺设宽度渐窄。如上可形成梯度的路基结构，进一步提高整个路基的整体性与强度。

为了有效利用工业废渣赤泥填筑路基，并且保证整体路床强度和承载能力，最大限度上避免赤泥材料与水接触，在改性赤泥层300边侧设置封边700，其中封边700与水泥层200一体浇筑成型，改性赤泥层300铺设在两封边700之间的水泥层200上，防止雨水通过路基侧面渗入路基内部赤泥结构层，形成污染物侧向渗出通道。

参照图2，其中的疏水组件800包括主疏水管810，主疏水管810上设有固定板820，主疏水管810上设有若干渗水孔830，渗水孔830处固定有过滤层840，主疏水管810两端均延伸出封边700。通过设置疏水组件800，可以将改性赤泥层300中的微量水分排出结构层，以保证改性赤泥层300的结构强度，整体的疏水组件800可以采用高强度塑料原料经过注塑形成。

为了增强连接强度，固定板820的下侧面设有锚固齿850，主疏水管810的外周侧设有有保护板860，保护板860连接在固定板820的下侧面，保护板860上设有疏水孔870。通过设置锚固齿850可以增强固定板820与改性赤泥层300的连接强度，保护板860用于支撑固定板820，同时可以防止主疏水管810道内的疏水孔870被过度挤压堵塞。

参照图3，第二方面，本申请提供了一种工业废渣赤泥填充路基施工方法，包括以下步骤：

在工业废渣基层100上铺设水泥层200，在水泥层200两边侧一体浇筑封边700，在封边700内的水泥层200上铺设改性赤泥层300，在赤泥层内间隔设置疏水组件800。通过上述处理步骤，改性赤泥层300能够更加稳固，提高了整体路基的稳定性。

其中赤泥经过上述复合改性处理材料进行改性稳定，其早期强度主要来自压实整体颗粒间的内摩阻力，以及颗粒间水膜与相邻颗粒之间的分子引力所形成的黏聚力，随着反应的进行，水泥的水化反应和碱-激发效应是强度形成的主要来源，而碳化作用和二次水化反应使改性赤泥的后期强度得到继续缓慢增长。

磷石膏中的酸性离子可与赤泥的碱性物质发生中和反应，同时稳定剂与赤泥的含铁铝物质形成不溶物质，再通过水泥水化产物的物理包裹、吸附的固化作用以及化学键使重金属离子进入到基体骨架结构中的稳定作用，不仅能够减低赤泥的 pH 值，还能够使赤泥中的有害物质形成稳定结构，提高赤泥强度，同时有效抑制金属离子的迁移及浸出。

可选的，具体包括如下步骤：

S1、施工准备

（1）施工前检查并清扫下承层，用森林灭火器吹干净，并确保下承层完整、无缺陷；

（2）对工业赤泥提前进行检测，明确赤泥的类型，确保用于填筑的赤泥质量均匀、稳定；

（3）准备整体上路床施工中需要的其他材料和施工机械，保证各种施工机械处于正常运行状态。

S2、赤泥路基的结构与配比设计：将一定比例的水泥、石灰、磷石膏及高分子聚合物进行复配形成复合改性处理材料，利用复合改性材料对赤泥进行稳定；

在建筑水泥层200时，在水泥层200两外边侧形成封边700，赤泥层铺设在两封边700之间的水泥层200之上；可防止雨水通过路基侧面渗入路基内部赤泥结构层，形成污染物侧向渗出通道，封边700位于改性赤泥层300外向两侧，宽度为 80cm，材料选用掺量为 4%的水泥土。

S3、赤泥的摊铺与粗平：（1）计算每车赤泥的堆放纵横间距，按计算的间距卸放；赤泥运输尽量利用机械装车，大吨位自卸卡车运输，为防止运输途中的扬尘污染，必要时采用防护措施；

（2）进行含水量检测，现场实测含水率应控制在比最佳含水率高 2-3 个百分点。含水率不足时应及时洒水补充，含水率过高则进行适当翻挖、晾晒；

（3）将赤泥进行摊平并排压，然后用 3d 自动找平式平地机整平，检验松铺厚度是否符合设计要求。

S4、复合改性处理材料布料：用石灰在整平的赤泥层上打出方格，根据设计掺加比例计算出每格所需复合改性处理材料的质量，进行布料；

采用人工与机械相配合的方式将复合改性处理材料摊铺均匀；

S5、赤泥路基的拌和与精平：

（1）采用路拌机拌和赤泥和复合改性处理材料；拌和步骤具体如下：相邻拌和段纵向重叠应大于 5m，相邻拌和横向重叠拌和应大于 30cm；拌和遍数应在两遍以上：第一遍拌和深度预留留 2-3cm，防止改性材料下沉集中，在底部翻拌不匀形成夹层；第二遍翻拌时，要翻拌到底；拌和均匀后表面应色泽一致，没有灰条、灰团和花面，没有赤泥粗细颗粒“窝或带”。

（2）为保证稳定赤泥与包边土的连续性，采用 3d 自动找平式平地机进行整平，该平地机通过在铲刀一侧安装卫星定位系统，提供高精度的位置坐标和高程信息，通过中央处理器控制液压模块控制铲刀，提升油缸升降，实现自动找平，每次整平都达到规定的坡度和路拱；

（3）将局部低洼处表层 5cm 以上的稳定赤泥耙松，重新进行找平，并用机械碾压一遍，再用平地机整形一次，并将高出的赤泥刮出路外；

S6、安装疏水组件800并碾压

（1）将上述中的疏水组件800预埋在赤泥层中，固定板820距离赤泥层上表面2-4cm，采用 15-20t 振动压路机进行碾压；先静压1遍，然后弱振1遍，之后用光轮压路机强振3-4 遍，最后再静压1遍；

（2）碾压时，直线段由两侧路肩向中心碾压，平曲线由内向外侧路肩进行碾压；振动压路机重叠 1/3 轮宽；静压速度 3-4km/h，振动压路机振压速度2.0-3.0km/h。

S7、养生与检测

（1）碾压完成后，应立即用毛毡进行覆盖并洒水养生。养生期一般不少于3 天，期间必须保持毛毡表面潮湿；

（2）养生期应对交通进行限制，洒水车应限制车速不超过 15km/h，禁止重型车辆通行；

（3）养生完成后进行弯沉或模量检测，达到设计要求后，进行下一层施工。

本施工方法将工业废渣赤泥用于道路路基的填筑，能够节约大量的路基填筑材料，同时消耗工业废渣，不仅能够减少土地的开挖、占用，而且由于经济的可持续发展，能够达到资源节约的目的。

（1）经济效益

赤泥的综合利用率非常低，90％以上的赤泥仍采用筑坝的方式进行堆存，不仅占用土地还要耗费堆场建设和维护费用，严重制约了氧化铝行业的健康发展。利用赤泥填筑路基一方面可以大量消耗制铝产业产生的工业废渣，减少维护和管理费用；另一方面可以有效替代石料、土等传统路基填筑材料，同时促进工程项目的施工进度，降低施工成本。

（2）社会效益和环境效益

赤泥的露天堆存占用大量土地，裸露赤泥易形成扬尘，其废液可能向地下渗透，造成土壤和地下水体的污染，对周边居民的生活环境造成了威胁，成为影响社会稳定的隐患。赤泥的工程应用是协调工程建设资源消耗和工业固体废物不当处置所带来的环境污染和安全隐患的有效途径。

将工业废渣赤泥应用于路基填筑，可以与提取有价金属、生产建筑材料等综合利用方式形成有效互补，实现变废为宝，对促进生态文明建设、坚持绿色发展及可持续发展方向和道路具有重要的现实意义。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种工业废渣赤泥填充路基结构，其特征在于：包括工业废渣基层（100），所述工业废渣基层（100）上浇筑铺设有水泥层（200），所述水泥层（200）上铺设有改性赤泥层（300），所述改性赤泥层（300）上依次铺设有底基层（400）、基层（500）和面层（600），所述水泥层（200）的两边侧设置有封边（700），所述改性赤泥层（300）内铺设有若干组疏水组件（800）；

所述疏水组件（800）包括主疏水管（810），所述主疏水管（810）上设有固定板（820），所述主疏水管（810）上设有若干渗水孔（830），所述渗水孔（830）处固定有过滤层（840），所述主疏水管（810）两端均延伸出封边（700）；

所述固定板（820）的下侧面设有锚固齿（850），所述主疏水管（810）的外周侧设有保护板（860），所述保护板（860）连接在固定板（820）的下侧面，所述保护板（860）上设有疏水孔（870）。

2.根据权利要求1所述的一种工业废渣赤泥填充路基结构，其特征在于：所述工业废渣基层（100）、水泥层（200）、改性赤泥层（300）、底基层（400）、基层（500）和面层（600）的铺设宽度渐窄。

3.根据权利要求1所述的一种工业废渣赤泥填充路基结构，其特征在于：所述封边（700）与水泥层（200）一体浇筑成型，所述改性赤泥层（300）铺设在两封边（700）之间的水泥层（200）上。

4.一种根据权利要求1所述的工业废渣赤泥填充路基结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

在工业废渣基层（100）上铺设水泥层（200），在水泥层（200）两边侧一体浇筑封边（700），在封边（700）内的水泥层（200）上铺设改性赤泥层（300），在改性赤泥层（300）内间隔设置疏水组件（800）。

5.根据权利要求4所述的一种工业废渣赤泥填充路基施工方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

S1、施工准备：施工前检查并清扫水泥层（200），对工业赤泥提前进行检测，明确赤泥的类型，确保用于填筑的赤泥质量均匀、稳定；

S2、赤泥路基的结构与配比设计：将一定比例的水泥、石灰、磷石膏及高分子聚合物进行复配形成复合改性处理材料，利用复合改性材料对赤泥进行稳定；

在建筑水泥层（200）时，在水泥层（200）两外边侧形成封边（700），改性赤泥层（300）铺设在两封边（700）之间的水泥层（200）之上；

S3、赤泥的摊铺与粗平：计算每车赤泥的堆放纵横间距，按计算的间距卸放；

进行赤泥含水量检测，现场实测含水率应控制在比最佳含水率高 2-3 个百分点：含水率不足时应及时洒水补充，含水率过高则进行适当翻挖、晾晒；

将赤泥进行摊平并排压，然后用 3d 自动找平式平地机整平；

S4、复合改性处理材料布料：用石灰在整平的赤泥层上打出方格，根据设计掺加比例计算出每格所需复合改性处理材料的质量，进行布料；

采用人工与机械相配合的方式将复合改性处理材料摊铺均匀；

S5、赤泥路基的拌和与精平：

（1）采用路拌机拌和赤泥和复合改性处理材料；

（2）采用 3d 自动找平式平地机进行整平，该平地机通过在铲刀一侧安装卫星定位系统，提供高精度的位置坐标和高程信息，通过中央处理器控制液压模块控制铲刀，提升油缸升降，实现自动找平，每次整平都达到规定的坡度和路拱；

（3）将局部低洼处表层 5cm 以上的稳定赤泥耙松，重新进行找平，并用机械碾压一遍，再用平地机整形一次，并将高出的赤泥刮出路外；

S6、安装疏水组件（800）并碾压：

（1）将上述的疏水组件（800）预埋在改性赤泥层（300）中，固定板（820）距离改性赤泥层（300）上表面2-4cm，采用 15-20t 振动压路机进行碾压；先静压1遍，然后弱振1遍，之后用光轮压路机强振 3-4 遍，最后再静压1遍；

（2）碾压时，直线段由两侧路肩向中心碾压，平曲线由内向外侧路肩进行碾压；振动压路机重叠 1/3 轮宽；静压速度 3-4km/h，振动压路机振压速度2.0-3.0km/h；

S7、养生与检测：

（1）碾压完成后，应立即用毛毡进行覆盖并洒水养生，养生期一般不少于3 天，期间必须保持毛毡表面潮湿；

（2）养生期应对交通进行限制，洒水车应限制车速不超过 15km/h，禁止重型车辆通行；

（3）养生完成后进行弯沉或模量检测，达到设计要求后，进行下一层施工。

6.根据权利要求5所述的一种工业废渣赤泥填充路基施工方法，其特征在于：

所述步骤S5的拌和步骤具体如下：相邻拌和段纵向重叠应大于 5m，相邻拌和横向重叠拌和应大于 30cm；拌和遍数应在两遍以上：第一遍拌和深度预留留 2-3cm；第二遍翻拌时翻拌到底。

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