CN114293421A - 一种碳质页岩路堤及其填筑施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于道路施工技术领域，尤其是一种碳质页岩路堤及其填筑施工方法，针对碳质页岩无法直接作为路堤的填料问题，现提出以下方案，碳质页岩路堤由包裹层、包芯层、填充物和护坡结构构成，所述包裹层由下层填筑区、斜坡填筑区和路基顶面填筑区构成，其施工步骤包括施工准备、下承层施工、包边土填筑、碳质页岩填筑、检测和上封层施工。本发明利用左右及上下包边的合格土将碳质页岩与雨水和大气环境隔离开来，形成一层保护膜，达到把碳质页岩封闭于土体内，无须设置排水设施及反滤层，直接分层对路基进行填筑及碾压，保护土地、保护环境、节约能源出发，为节约建设资源成本，充分利用可使用的路基填筑材料，尽量减少土石方废弃和借土填方。

Description

一种碳质页岩路堤及其填筑施工方法

技术领域

本发明涉及道路施工技术领域，尤其涉及一种碳质页岩路堤及其填筑施工方法。

背景技术

页岩是粘土在地壳运动中挤压而形成的岩石。它是一种沉积岩，是固结较弱的粘土经过挤压、脱水、重结晶和胶结作用而形成的。层理分明、易剥离；一般为褐色、灰色或黑色，硬度不高，易破碎，以其对硅、钙、碳的含量不同而分为硅质页岩、钙质页岩和碳质页岩。其中碳质页岩具有低含水量，强饱水、难压实、难稳定、浸水易软化，崩解及易风化等特性，无法直接作为路堤的填料。

高速公路某路段在勘察设计阶段，受限于勘探深度和点位数量，无法全面探明路线内的工程地质，施工单位在进场后进行挖方施工时，发现原地表以下3m均为灰褐色碳质页岩，其挖方数量较大，若全部作为弃方，则全线借土场总方量无法满足该路段路堤的填筑，同时碳质页岩的弃土场治理亦将增加投资成本，从保护土地、保护环境、节约能源出发，为节约建设资源成本，充分利用可使用的路基填筑材料，尽量减少土石方废弃和借土填方，如何“变废为宝“把碳质页岩作为高速公路路堤填料成为一项技术攻关难题。

发明内容

基于碳质页岩无法直接作为路堤的填料技术问题，本发明提出了一种碳质页岩路堤及其填筑施工方法。

本发明提出的一种碳质页岩路堤，由包裹层、包芯层、填充物和护坡结构构成，所述包裹层由下层填筑区、斜坡填筑区和路基顶面填筑区构成；

所述包芯层的横断面为梯形的壳状结构，所述包芯层上半部分由碳质页岩渗透层构成，所述碳质页岩渗透层的底部内壁设有水泥防渗层，所述包芯层下半部分由混凝土层构成；

所述碳质页岩渗透层、水泥防渗层和混凝土层之间构成填充空间，所述填充空间内依次填充有混合层和碳质页岩填充层；

所述护坡结构设置于包裹层的两侧斜坡外壁上，所述护坡结构由沿横向等距离分布的横水泥带和沿纵向等距离分布的纵水泥带构成，所述横水泥带和纵水泥带之间构成等距离分布的种植区，所述种植区内种植有护坡草坪；

所述包裹层的两侧斜坡外壁上和护坡结构外壁上均开有相互连通的预埋槽，且预埋槽内埋设有排水管，排水管的进水端与碳质页岩渗透层外壁相互抵接，所述排水管的进水端内壁上设置有过滤网。

更进一步地，所述下层填筑区、斜坡填筑区和路基顶面填筑区使用合格土层层夯实，依次在路堤底、沿线路方向两侧和路基顶部铸成2m厚度的合格土层，其中合格土层的构筑原料包括但不限于粘土、黏土质砂和黏土质砾。

更进一步地，所述混合层由合格土和碳质页岩粉碎颗粒混合而成，且混合层分为5层-10层，5层-10层混合层中合格土和碳质页岩粉碎颗粒的质量比由上往下由1:2逐渐降低至1:10，即下层的混合层中的碳质页岩粉碎颗粒质量大于上层混合层中的碳质页岩粉碎颗粒质量，既能节约合格土，也能将合格土填充于碳质页岩粉碎颗粒内。

更进一步地，所述碳质页岩填充层中碳质页岩之间的缝隙内灌注有水泥砂浆，且每30cm-50cm为一层使用压机进行碾压夯实。

本发明提出的一种碳质页岩路堤的填筑施工方法，包括以下步骤：

S1：施工准备，核查设计文件、进行土质试验和试验段施工，设计文件包括纵断面图、横断面图、平面图和路基设计表，土质试验包括含水率试验、颗粒大小分析试验、击实试验、液塑限联合测定试验、承载比试验、密度试验和相对密度试验；

S2：下承层施工，清表，按设计文件进行清表掘除，表土立即装车运走，布纵向拉结筋，填前碾压，路堤基底必须进行填前碾压，达到规范规定压实度要求，路堤采用水平分层填筑，填土压实，采用合格土分层填筑、压实，直至填土高度达到高于原地面标高以上2m；

S3：包边土填筑，按照横断面全宽分成水平层次，按设计横坡，填筑区域内用白水泥划出分格线，按不同网格进行施工，逐层向上填筑，路堤左、右侧2m范围内先摊铺包边土，并构建混凝土层；

S4：填充物填筑，填土整平作业采用推土机和平地机进行，从道路最低处开始分层填筑，松铺厚度不得大于200mm，不得小于100mm，碳质页岩碾压遵循先轻后重、先低后高的原则，即在填料整平后，先用推土机或轻型压路机对松铺层进行静压，最少保持2遍，然后用大吨位振动压路机采用弱振压实，压实遍数不少于6遍，依照上述方式对混合层进行施工；

S5：上封层施工，当混合层至预埋槽时，埋入排水管，并在混合层外壁构筑水泥防渗层，在水泥防渗层外壁继续填筑碳质页岩，直至离顶2m时，及时填筑合格土做封闭层，避免被雨水渗透软化或阳光暴晒失水松散，封闭层的横坡与路拱同坡；

S6：碾压检测，S2-S4施工过程中，以30cm-50cm每层进行碾压和压实效果检测，压实效果检测采用碾压遍数结合灌砂法进行，即每一压实层完成碾压后，试验检测人员及时采用灌砂法检测路基的压实度；

S7：构筑护坡，在包裹层的两侧斜坡外壁上通过水泥砂浆和砖块构筑纵横交错形成网格状结构的种植区，并种入草坪。

优选地，所述S1中土质试验碳质页岩的各项试验数据一般为：液限32.6，塑性指数10.2，CBR值为9.6、10.7或12.7，最大干密度2.45，最佳含水量8.0，试验结果表明，该类土能够满足路基填料要求，可用在路基填筑。

优选地，所述S1试验段施工中试验段长度不小于200m，通过试验段确定工、料、机的配合，确定遍数和压实设备的组合、确定松铺厚度和压实厚度等技术指标。

优选地，所述S3和S4填筑时按设计设置横坡，并及时施工排水沟、截水沟，避免路堤在雨水季节坍塌，防止填料随雨水乱流。

本发明中的有益效果为：

1、本发明提出的碳质页岩路堤及其填筑施工方法利用左右及上下包边的合格土(粘土、黏土质砂或黏土质砾)将碳质页岩与雨水和大气环境隔离开来，形成一层保护膜，达到把碳质页岩封闭于土体内，形成稳定的路基基础能够因地制宜，增加对碳质页岩的利用，保护土地、保护环境、节约能源出发，为节约建设资源成本，充分利用可使用的路基填筑材料，尽量减少土石方废弃和借土填方；

2、本发明提出的碳质页岩路堤及其填筑施工方法采用有别于“金包银”吹填砂路堤施工方法，无须设置排水设施及反滤层，直接分层对路基进行填筑及碾压，缩短施工时间。

附图说明

图1为本发明提出的一种碳质页岩路堤的截面结构示意图；

图2为本发明提出的一种碳质页岩路堤填筑施工的排水管结构图；

图3为本发明提出的一种碳质页岩路堤填筑施工的护坡结构示意图；

图4为本发明提出的一种碳质页岩路堤填筑施工方法的流程结构示意图。

图中：1、下层填筑区；2、斜坡填筑区；3、路基顶面填筑区；4、混凝土层；5、碳质页岩填充层；6、混合层；7、水泥防渗层；8、碳质页岩渗透层；9、排水管；10、过滤网；11、护坡结构；12、横水泥带；13、纵水泥带；14、护坡草坪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-3，一种碳质页岩路堤及其填筑施工方法，由包裹层、包芯层、填充物和护坡结构11构成，所述包裹层由下层填筑区1、斜坡填筑区2和路基顶面填筑区3构成；

所述包芯层的横断面为梯形的壳状结构，包芯层上半部分由碳质页岩渗透层8构成，碳质页岩渗透层8的底部内壁设有水泥防渗层7，包芯层下半部分由混凝土层4构成；

碳质页岩渗透层8、水泥防渗层7和混凝土层4之间构成填充空间，填充空间内依次填充有混合层6和碳质页岩填充层5；

护坡结构11设置于包裹层的两侧斜坡外壁上，护坡结构由沿横向等距离分布的横水泥带12和沿纵向等距离分布的纵水泥带13构成，横水泥带12和纵水泥带13之间构成等距离分布的种植区，种植区内种植有护坡草坪14；

包裹层的两侧斜坡外壁上和护坡结构11外壁上均开有相互连通的预埋槽，预埋槽内埋设有排水管9，排水管9的进水端与碳质页岩渗透层8外壁相互抵接，排水管9的进水端内壁上设置有过滤网10。

更进一步地，下层填筑区1、斜坡填筑区2和路基顶面填筑区3使用合格土层层夯实，依次在路堤底、沿线路方向两侧和路基顶部铸成2m厚度的合格土层，其中合格土层的构筑原料包括但不限于粘土、黏土质砂和黏土质砾。

更进一步地，混合层6由合格土和碳质页岩粉碎颗粒混合而成，混合层6分为5层-10层，5层-10层混合层6中合格土和碳质页岩粉碎颗粒的质量比由上往下由1:2逐渐降低至1:10，即下层的混合层6中的碳质页岩粉碎颗粒质量大于上层混合层6中的碳质页岩粉碎颗粒质量，既能节约合格土，也能将合格土填充于碳质页岩粉碎颗粒内。

更进一步地，碳质页岩填充层5中碳质页岩之间的缝隙内灌注有水泥砂浆，每30cm-50cm为一层使用压机进行碾压夯实。

参照图4，实施例1：

高速公路某路段在勘察设计阶段，受限于勘探深度和点位数量，无法全面探明路线内的工程地质，施工单位在进场后进行挖方施工时，发现原地表以下3m均为灰褐色碳质页岩，分别探明的段落共有24处，该碳质页岩经承载比试验，其试验结果为3.6％～4.9％，因碳质页岩具有低含水量，强饱水、难压实、难稳定、浸水易软化，崩解及易风化等特性，无法直接作为路基填料和高速公路路床填料，全线共涉及原设计利用方近30万方。

工程施工时，在路段中选用一段路基作为试验路段，先利用外借的黏土质砂填筑2m高度后，再采用两侧2m范围黏土质砂，中间碳质页岩分层填筑，并采用先静压再弱振的碾压方式予以压实，获得了碳质页岩“包芯”路堤施工的相关数据，经仔细分析碳质页岩能够合理利用于玉铁高速公路，最后按该施工工艺对该路段的路堤组织实施施工，最大限度地利用了设计利用方，减少全标段弃方和外借土方的数量。

施工过程中准备机械设备见下表：

施工步骤如以下步骤：

1.施工准备

1)核查设计文件，如纵断面图、横断面图、平面图、路基设计表等。

2)土质试验：含水率试验、颗粒大小分析试验、击实试验、液塑限联合测定试验，承载比试验、密度试验和相对密度试验。

通过土工试验，碳质页岩的各项试验数据一般为：液限32.6，塑性指数10.2，CBR值为9.6，10.7，12.7，最大干密度2.45，最佳含水量8.0。试验结果表明，该类土能够满足93区路基填料要求，可用在93区路基填筑。

3)试验段施工。

试验段长度不小于200m，通过试验段确定工、料、机的配合，确定遍数和压实设备的组合、确定松铺厚度和压实厚度等技术指标。监理办组织我单位进行了两次路基试验段填筑施工，第一次试验段施工，由于碳质页岩天然含水量较低，难压实，洒水后易软化，填筑厚度较大导致压实效果不满足要求。第二次试验段施工，改为薄层填筑，先静压两遍后小振六遍的碾压工艺，压实度试验检测结果表明：能满足路基填筑要求。

2.下承层施工

1)清表

按设计文件进行清表掘除，表土立即装车运走，布纵向拉结筋规格φ22500。

2)填前碾压

路堤基底必须进行填前碾压，达到规范规定压实度要求。

3)填土压实

采用合格土(粘土或黏土质砂、砾)分层填筑、压实，直至填土高度达到高于原地面标高以上2m。

3.碳质页岩路堤施工

1)填筑方式

路堤采用水平分层填筑，按照横断面全宽分成水平层次，按设计横坡，填筑区域内用白水泥划出分格线，按不同网格进行施工，逐层向上填筑。路堤左、右侧2m范围内先摊铺包边土，然后摊铺碳质页岩。

2)整平

填土整平作业采用推土机和平地机进行，从道路最低处开始分层填筑，松铺厚度不得大于200mm，不得小于100mm。

3)碾压

碳质页岩碾压遵循先轻后重、先低后高的原则，即在填料整平后，先用推土机或轻型压路机对松铺层进行静压，最少保持2遍，然后用大吨位振动压路机采用弱振压实，压实遍数不少于6遍。

4)依照上述方式对混合层进行施工。

5)上封层施工

当混合层至预埋槽时，埋入排水管，并在混合层外壁构筑水泥防渗层，在水泥防渗层外壁继续填筑碳质页岩，直至离顶2m时，及时填筑合格土做封闭层，避免被雨水渗透软化或阳光暴晒失水松散，封闭层的横坡与路拱同坡。

6)构筑护坡

在包裹层的两侧斜坡外壁上通过水泥砂浆和砖块构筑纵横交错形成网格状结构的种植区，并种入草坪。

4.检测方法

碳质页岩路堤的压实效果检测采用碾压遍数结合灌砂法进行，即每一压实层完成碾压后，试验检测人员及时采用灌砂法检测路基的压实度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种碳质页岩路堤，由包裹层、包芯层、填充物和护坡结构(11)构成，其特征在于，所述包裹层由下层填筑区(1)、斜坡填筑区(2)和路基顶面填筑区(3)构成；

所述包芯层的横断面为梯形的壳状结构，所述包芯层上半部分由碳质页岩渗透层(8)构成，所述碳质页岩渗透层(8)的底部内壁设有水泥防渗层(7)，所述包芯层下半部分由混凝土层(4)构成；

所述碳质页岩渗透层(8)、水泥防渗层(7)和混凝土层(4)之间构成填充空间，所述填充空间内依次填充有混合层(6)和碳质页岩填充层(5)；

所述护坡结构(11)设置于包裹层的两侧斜坡外壁上，所述护坡结构由沿横向等距离分布的横水泥带(12)和沿纵向等距离分布的纵水泥带(13)构成，所述横水泥带(12)和纵水泥带(13)之间构成等距离分布的种植区，所述种植区内种植有护坡草坪(14)；

所述包裹层的两侧斜坡外壁上和护坡结构(11)外壁上均开有相互连通的预埋槽，且预埋槽内埋设有排水管(9)，排水管(9)的进水端与碳质页岩渗透层(8)外壁相互抵接，所述排水管(9)的进水端内壁上设置有过滤网(10)。

2.根据权利要求1所述的一种碳质页岩路堤，其特征在于，所述下层填筑区(1)、斜坡填筑区(2)和路基顶面填筑区(3)使用合格土层层夯实，依次在路堤底、沿线路方向两侧和路基顶部铸成2m厚度的合格土层，其中合格土层的构筑原料包括但不限于粘土、黏土质砂和黏土质砾。

3.根据权利要求1所述的一种碳质页岩路堤，其特征在于，所述混合层(6)由合格土和碳质页岩粉碎颗粒混合而成，且混合层(6)分为5层-10层，5层-10层混合层(6)中合格土和碳质页岩粉碎颗粒的质量比由上往下由1:2逐渐降低至1:10，即下层的混合层(6)中的碳质页岩粉碎颗粒质量大于上层混合层(6)中的碳质页岩粉碎颗粒质量，既能节约合格土，也能将合格土填充于碳质页岩粉碎颗粒内。

4.根据权利要求1所述的一种碳质页岩路堤，其特征在于，所述碳质页岩填充层(5)中碳质页岩之间的缝隙内灌注有水泥砂浆，且每30cm-50cm为一层使用压机进行碾压夯实。

5.根据权利要求1所述的一种碳质页岩路堤的填筑施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：施工准备，核查设计文件、进行土质试验和试验段施工，设计文件包括纵断面图、横断面图、平面图和路基设计表，土质试验包括含水率试验、颗粒大小分析试验、击实试验、液塑限联合测定试验、承载比试验、密度试验和相对密度试验；

S2：下承层施工，清表，按设计文件进行清表掘除，表土立即装车运走，布纵向拉结筋，填前碾压，路堤基底必须进行填前碾压，达到规范规定压实度要求，路堤采用水平分层填筑，填土压实，采用合格土分层填筑、压实，直至填土高度达到高于原地面标高以上2m；

S3：包边土填筑，按照横断面全宽分成水平层次，按设计横坡，填筑区域内用白水泥划出分格线，按不同网格进行施工，逐层向上填筑，路堤左、右侧2m范围内先摊铺包边土，并构建混凝土层；

S4：填充物填筑，填土整平作业采用推土机和平地机进行，从道路最低处开始分层填筑，松铺厚度不得大于200mm，不得小于100mm，碳质页岩碾压遵循先轻后重、先低后高的原则，即在填料整平后，先用推土机或轻型压路机对松铺层进行静压，最少保持2遍，然后用大吨位振动压路机采用弱振压实，压实遍数不少于6遍，依照上述方式对混合层进行施工；

S5：上封层施工，当混合层至预埋槽时，埋入排水管，并在混合层外壁构筑水泥防渗层，在水泥防渗层外壁继续填筑碳质页岩，直至离顶2m时，及时填筑合格土做封闭层，避免被雨水渗透软化或阳光暴晒失水松散，封闭层的横坡与路拱同坡；

S6：碾压检测，S2-S4施工过程中，以30cm-50cm每层进行碾压和压实效果检测，压实效果检测采用碾压遍数结合灌砂法进行，即每一压实层完成碾压后，试验检测人员及时采用灌砂法检测路基的压实度；

S7：构筑护坡，在包裹层的两侧斜坡外壁上通过水泥砂浆和砖块构筑纵横交错形成网格状结构的种植区，并种入草坪。

6.根据权利要求5所述的一种碳质页岩路堤的填筑施工方法，其特征在于，所述S1中土质试验碳质页岩的各项试验数据一般为：液限32.6，塑性指数10.2，CBR值为9.6、10.7或12.7，最大干密度2.45，最佳含水量8.0，试验结果表明，该类土能够满足路基填料要求，可用在路基填筑。

7.根据权利要求5所述的一种碳质页岩路堤的填筑施工方法，其特征在于，所述S1试验段施工中试验段长度不小于200m，通过试验段确定工、料、机的配合，确定遍数和压实设备的组合、确定松铺厚度和压实厚度等技术指标。

8.根据权利要求5所述的一种碳质页岩路堤的填筑施工方法，其特征在于，所述S3和S4填筑时按设计设置横坡，并及时施工排水沟、截水沟，避免路堤在雨水季节坍塌，防止填料随雨水乱流。

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