CN113832793B - 一种路基冻融防治方法及结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种路基冻融防治方法及结构，用于铺设于高于路基侧边沿线的纵向排水沟的一个平面上，包括一层防水气囊膜，防水气囊膜上形成有多个均匀排列的向上凸起的气囊；防水气囊膜的每个气囊的上方设置有一个中空的支撑筒；在每个支撑筒的上方覆盖有一块盖板，相邻盖板通过连接件相互连接为整体。本发明的路基冻融防止方法和结构通过防水气囊膜，不但隔绝了水分的下渗，同时还提供了稳定的空气层隔绝了热量的传导。连接为整体的支撑筒和盖板，提供了均匀的结构缝隙，并通过内部的气囊避免了换热通道的堵塞，可压缩的气囊可以吸收水结冰后的体积膨胀，不但避免了冻胀的发生，而且使得本发明可以兼具隔水、引流、通风功能。

Description

一种路基冻融防治方法及结构

技术领域

本发明涉及一种冻土地区路基修建技术，尤其是防止路基受到冻融灾害的影响的防治技术，特别涉及一种路基冻融防治方法及结构。

背景技术

冻土是指温度在零摄氏度以下含有冰的各种岩土结构。在冻土路基上修筑的道路，若不采用工程措施，常会发生冻融而引发一系列问题。

《青藏铁路主要冻土路基工程热稳定性及主要冻融灾害》(地球科学与环境学报，第33卷第2期，2011年6月，牛富俊等)中，介绍了气候变暖导致的温度变化对冻土路基的扰动情况，并介绍了应对路基冻融的一些防止路基热稳定性破坏的应对方案，包括采用普通路基、块石路基、热管路基、管道通风路基以及遮掩路基等。

然而，冻土路基的冻融不仅仅涉及热稳定性问题，还与水的因素关系很大。当冬季路基中土体温度降低至冰点以下时，土体中的水分结冰体积膨胀，未冻区域的水分会向冻结前缘迁移，加剧结冰。来年气温升高，土体内的冰融化成水，含水冻土的体积又会变小，原来承载路基的冻土就会发生沉降。土体中的水和冰的相互转化，会导致剧烈的体积变化，严重破坏路基结构。若采用块石结构，由于块石的大小和位置分布很难控制，导致块石间的空隙大小不均匀而很容易发生大面积堵塞，最终切断块石路基中的对流换热通道。空隙大面积堵塞的块石结构的排水功能严重弱化，使得路基中的含水量上升，极易发生严重的冻胀。

《冻土地区冻胀病害防治措施研究现状》(人民珠江第40卷第6期，2019年6月，范荣全等)针对冻胀问题提出了控制土体中的水分的几种方法，包括铺设土工膜的隔水层法，但是结论是铺设土工膜在施工过程中极易受损，导致冻胀防治效果大幅降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种路基冻融防治方法及结构，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种路基冻融防治方法，包括如下步骤：在路基高于侧边沿线的纵向排水沟的位置设置一个平面，在平面上方铺设一层防水气囊膜，所述防水气囊膜上形成有多个均匀排列的向上凸起的气囊；在防水气囊膜的每个气囊上方设置一个中空的支撑筒；在每个支撑筒的上方覆盖一块盖板，将相邻盖板相互连接为整体；在盖板上方铺设顶部路基结构。

另外，本发明还提出了一种路基冻融防治结构，用于铺设于高于路基侧边沿线的纵向排水沟的一个平面上，其中，所述路基冻融防治结构包括一层防水气囊膜，所述防水气囊膜上形成有多个均匀排列的向上凸起的气囊；所述防水气囊膜的每个气囊的上方设置有一个中空的支撑筒；在每个支撑筒的上方覆盖有一块盖板，相邻盖板通过连接件相互连接为整体。

优选地，沿着路基的长度方向，在所述平面上间隔设置多条横向排水沟，相邻横向排水沟之间铺设一块所述防水气囊膜，防水气囊膜将其上方渗入的水导入所述横向排水沟，再通过横向排水沟导入所述纵向排水沟。

优选地，相邻所述支撑筒之间形成有透气通道。

优选地，所述防水气囊膜包括底层膜和顶层膜，顶层膜上形成有多个均匀排列的向上凸起的气囊，所述顶层膜沿着所述气囊的周边与所述底层膜粘接成一体。

优选地，所述支撑筒的纵向形成有一个大于所述气囊的中间通孔，所述支撑筒通过中间通孔对准覆盖在所述气囊的上方。

优选地，所述支撑筒紧邻所述防水气囊膜的底部形成有横向贯穿的透气通道。

优选地，所述防水气囊膜的上表面形成有多个垂直于所述横向排水沟的沟槽，所述沟槽设置在纵向排列的相邻的气囊之间。

优选地，所述横向排水沟为块石填充的盲沟，其沟壁以及底部均铺设有防水材料，横向排水沟中通过块石埋设有一根通风管。

本发明的路基冻融防止方法和结构通过防水气囊膜，不但隔绝了水分的下渗，同时还提供了稳定的空气层隔绝了热量的传导。连接为整体的支撑筒和盖板，提供了均匀的结构缝隙，并通过内部的气囊避免了换热通道的堵塞，可压缩的气囊可以吸收水结冰后的体积膨胀，不但避免了冻胀的发生，而且使得本发明可以兼具隔水、引流、通风功能。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中，图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的设置有冻融防治结构的路基的断开示意图。

图2显示的是图1所示路基的分解示意图。

图3显示的是根据本发明的一个具体实施例的路基冻融防治结构的分解示意图。

图4显示的是图3所示路基冻融防治结构的部分结构放大分解示意图。

图5显示的是图3所示路基冻融防治结构的局部截面示意图。

图6显示的是根据本发明的一个具体实施例的路基的横向排水沟的导流结构截面示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

正如背景技术所述，冻土路基不仅需要解决热稳定的问题，还面临渗入路基中的水的影响。鉴于现有技术的缺陷，本发明提供了一种路基冻融防治方法及结构，如图1-5所示。

参见附图，本发明提供了一种路基冻融防治方法及结构，其基本思路是在路基中部设置一层路基冻融防治结构100，该路基冻融防治结构100具有防水薄膜以及免于堵塞的气流通道，使其兼具隔水、引流、通风功能。

具体来说，如图所示，在路基的至少一侧设置有沿线的纵向排水沟200，用于将路基中的水引流至纵向排水沟200中，避免路基中的水引发冻胀危害。因此，本发明将路基冻融防治结构100设置在高于纵向排水沟200的一个平面300上，以便于将上方渗入的水向下方的纵向排水沟200导流，避免水直接向下渗入路基下方的冻土层引发冻融灾害。

在图3-5中详细显示的本发明的路基冻融防治结构中可见，本发明的路基冻融防治结构100用于铺设于高于路基侧边沿线的纵向排水沟200的一个平面300上，并包括一层防水气囊膜400，防水气囊膜400上形成有多个均匀排列的向上凸起的气囊401；防水气囊膜400的每个气囊401的上方设置有一个中空的支撑筒500；在每个支撑筒500的上方覆盖有一块盖板600，相邻盖板600通过连接件700相互连接为整体。其中，防水气囊膜400可以采用诸如橡胶之类的高分子弹性材料制成，支撑筒500和盖板600均可以采用诸如混凝土之类的高强度建筑材料制成。图3为了便于显示清楚，采用了多种不同的分解方式进行了表示。

对应的，本发明的路基冻融防治方法可以包括如下步骤：在路基高于侧边沿线的纵向排水沟200的位置设置一个平面300，在平面上方铺设一层防水气囊膜400，所述防水气囊膜400上形成有多个均匀排列的向上凸起的气囊401；然后在防水气囊膜400的每个气囊上401方设置一个中空的支撑筒500；在每个支撑筒500的上方覆盖一块盖板600，将相邻盖板600相互连接为整体；最后在盖板600上方铺设顶部路基结构。

在图1和图2所示路基中，路基冻融防治结构100的宽度大体上等于平面300的宽度。为了便于说明，位于路基冻融防治结构100下方的可以称为底部路基结构301，位于路基冻融防治结构100上方的可以称为顶部路基结构302，路基冻融防治结构100夹在底部路基结构301和顶部路基结构302之间。平面300可以在修筑完底部路基结构301之后，在其顶部整理获得一块相对平整的表面，使其作为承载路基冻融防治结构100的平面。路基的两侧可以根据需要铺设诸如块石之类的其它护坡材料。顶部路基结构302的上部可以根据道路性质的不同铺设相关的路面结构，例如沥青、轨道砂石等。

进一步地，为了便于路基排水，沿着路基的长度方向，在平面300上间隔设置多条横向排水沟303，相邻横向排水沟303之间铺设一块所述防水气囊膜400，防水气囊膜400可以将其上方渗入的水导入所述横向排水沟303，再通过横向排水沟303导入所述纵向排水沟200。为了便于上方渗入的水可以在防水气囊膜400的上表面顺畅流动，可以在相邻的支撑筒500之间设置透气通道502，下面将对此进一步详细说明。

在图2所示示意图中，为了便于说明，显示了两块防水气囊膜400，每块防水气囊膜400都大体上覆盖由横向排水沟303分割的平面300的表面，两块防水气囊膜400在其邻接的横向排水沟303的上方间隔隔开，二者之间可以额外设置支撑筒500和盖板600，以支撑在横向排水沟303的上方，避免横向排水沟303被土体掩埋。本领域技术人员应当理解，采用支撑筒500和盖板600衔接支撑在横向排水沟303的上方的原因是取材方便，便于现场施工减少结构种类，当然，也可以根据需要，采用其它衔接支撑结构进行替代，例如采用实心预制板、钢板等覆盖在横向排水沟303的上方，也就是说，图2中分解显示的支撑筒500和盖板600是可以采用其它结构加以替代的。

如前所述，平面300在沿着路基的长度方向被多条间隔设置的横向排水沟303所分割，被相邻的两个横向排水沟303分割开的每个平面区域上，都铺设有一块防水气囊膜400。每块防水气囊膜400均由底层膜402和顶层膜403构成，顶层膜403上形成有多个均匀排列的向上凸起的气囊401，顶层膜403沿着气囊401的周边与底层膜402粘接成一体。底层膜402和顶层膜403均可以采用诸如橡胶之类的高分子弹性材料制成；或者底层膜402可以采用强度更高的材料制成以避免撕裂，例如可以采用橡胶制成；顶层膜403可以采用易于加工获得气囊401的材料制成，例如可以采用硅胶制成。

两层结构的防水气囊膜400不但提供了更强的防止破损的结构，而且由于围绕每个气囊401的区域都是独立粘接的，因而局部的气囊破裂不会影响其它区域的防水效果。防水气囊膜400双层粘接的时候，气囊401中会封装一定量的空气，使得气囊401可以获得更大的防止挤压的能力，特别可以吸收结冰时的体积膨胀，同时气囊401中的空气可以更好的隔绝热量的传导。

另外，为了便于将上方渗入的水导入横向排水沟303，避免在防水气囊膜400的表面积聚过多的水分造成冻胀，可以在防水气囊膜400的上表面形成多个垂直于横向排水沟303的沟槽404，所述沟槽404设置在纵向排列的相邻的气囊401之间。从路基上方渗入的水分只要不超过覆盖在气囊401上方的盖板600的高度，则水分结冰的时候就不会对整个路基冻融防治结构100造成冻胀破坏，在防水气囊膜400的上表面形成沟槽404就可以在某种程度上形成快速引流通道将水引流至横向排水沟303。

在图示具体实施例中，支撑筒500的纵向形成有一个大于气囊401的中间通孔501，支撑筒500通过中间通孔501对准覆盖在气囊401的上方。另外，支撑筒500紧邻防水气囊膜400的底部还可以形成有横向贯穿的透气通道502。图中所示的透气通道502从支撑筒500的四个方向都有贯通，因而即便在局部堵塞的情况下，也可以获得一定的通风换热能力。另外，透气通道502的横截面面积要远大于前述的沟槽404，对于引导大流量的降水或冰雪融水也是很有用处的。当然，对于高寒冻土地区来说，通常降水较少，透气通道502主要是用于通风导热。

支撑筒500和其上方的盖板600可以对气囊401形成保护屏障，避免上方的土体、碎石挤压破坏气囊401，以维持气囊401的空气隔绝能力。在图示具体实施例中，支撑筒500的上方设置有多个定位柱503，其上方的盖板600对应设置有与定位柱503配合的定位孔603。盖板600相互之间通过燕尾状的连接件700连接为整体，因而在盖板600的四周设置有与连接件700卡扣连接的燕尾状的连接槽604。

相较于现有技术的块石结构，本发明的支撑筒500之间的间隔缝隙都是人工设置且均匀可控的，因而不会形成大面积的堵塞。支撑筒500的底部形成了横向贯穿的透气通道502，可以维持支撑筒500的内部空间具备对流换热的通风能力，而且也便于渗透进入的泥沙和水的排出。由于支撑筒500的内部空间被气囊401挤占了相当大的体积，使得支撑筒500内部不存在大的多余空间，可以避免大的土石结构进入支撑筒500的内部，可以杜绝局部形成较大的堵塞。另外，即便在结冰的情况下，由于支撑筒500的内部存在固定且可以压缩的气囊401，因而水结冰形成的体积膨胀可以被气囊的变形所吸收，而不会对支撑筒500造成破坏，保证了整个路基的安全。

另外，在图6所示的具体实施例中，横向排水沟303可以设计成通过块石填充的盲沟，其沟壁以及底部均进行防水处理，横向排水沟中还可以埋设一根通风管800。块石填充的横向排水沟303由于存在较大的缝隙而具备一定的排水能力，还可以通过块石的支撑避免承载过大导致沟壁破损。通过横向排水沟303两侧的路基冻融防治结构100汇集的水，可以沿着图中所示箭头方向进入横向排水沟303，然后导流至纵向排水沟200。本实施例利用横向排水沟303附带设置通风管，可以进一步加强路基的对流换热。

综上所述，本发明的路基冻融防止方法和结构通过防水气囊膜，不但隔绝了水分的下渗，同时还提供了稳定的空气层隔绝了热量的传导。连接为整体的支撑筒和盖板，提供了均匀的结构缝隙，并通过内部的气囊避免了换热通道的堵塞，可压缩的气囊可以吸收水结冰后的体积膨胀，不但避免了冻胀的发生，而且使得本发明可以兼具隔水、引流、通风功能。

本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种路基冻融防治方法，包括如下步骤：

在路基高于侧边沿线的纵向排水沟的位置设置一个平面，在平面上方铺设一层防水气囊膜，所述防水气囊膜上形成有多个均匀排列的向上凸起的气囊；

在防水气囊膜的每个气囊上方设置一个中空的支撑筒；

在每个支撑筒的上方覆盖一块盖板，将相邻盖板相互连接为整体；

在盖板上方铺设顶部路基结构。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，沿着路基的长度方向，在所述平面上间隔设置多条横向排水沟，相邻横向排水沟之间铺设一块所述防水气囊膜，防水气囊膜将其上方渗入的水导入所述横向排水沟，再通过横向排水沟导入所述纵向排水沟。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在相邻所述支撑筒之间设置透气通道。

4.一种如权利要求1所述的方法制成的路基冻融防治结构，用于铺设于高于路基侧边沿线的纵向排水沟的一个平面上，其特征在于，所述路基冻融防治结构包括一层防水气囊膜，所述防水气囊膜上形成有多个均匀排列的向上凸起的气囊；所述防水气囊膜的每个气囊的上方设置有一个中空的支撑筒；在每个支撑筒的上方覆盖有一块盖板，相邻盖板通过连接件相互连接为整体。

5.如权利要求4所述的路基冻融防治结构，其特征在于，所述防水气囊膜包括底层膜和顶层膜，顶层膜上形成有多个均匀排列的向上凸起的气囊，所述顶层膜沿着所述气囊的周边与所述底层膜粘接成一体。

6.如权利要求4所述的路基冻融防治结构，其特征在于，所述支撑筒的纵向形成有一个大于所述气囊的中间通孔，所述支撑筒通过中间通孔对准覆盖在所述气囊的上方。

7.如权利要求6所述的路基冻融防治结构，其特征在于，所述支撑筒紧邻所述防水气囊膜的底部形成有横向贯穿的透气通道。

8.如权利要求4所述的路基冻融防治结构，其特征在于，沿着路基的长度方向，在所述平面上间隔设置多条横向排水沟，相邻横向排水沟之间铺设有一块所述防水气囊膜，所述防水气囊膜将其上方渗入的水导入所述横向排水沟，再通过横向排水沟导入所述纵向排水沟。

9.如权利要求8所述的路基冻融防治结构，其特征在于，所述防水气囊膜的上表面形成有多个垂直于所述横向排水沟的沟槽，所述沟槽设置在纵向排列的相邻的气囊之间。

10.如权利要求8所述的路基冻融防治结构，其特征在于，所述横向排水沟为块石填充的盲沟，横向排水沟中埋设有一根通风管。

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