CN115012265B - 一种主动吸水路基结构 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种主动吸水路基结构，包括：软土层；吸水耦合介质层，其覆盖在软土层上方；路堤土层，其覆盖在吸水耦合介质层上方；以及塑料排水板，其插设在软土层和吸水耦合介质层之中；塑料排水板内设有吸水结构层，吸水结构层包括第一外部吸水层和设于第一外部吸水层内的多根第一芯吸纤维；多根第一芯吸纤维的一端位于软土层内，多根第一芯吸纤维的另一端位于吸水耦合介质层内。本申请的主动吸水路基结构可在其内部塑料排水板和吸水耦合介质层的配合作用下，将软土层内的水份持续地排出，发挥长期排水作用，提高路基的长期稳定性能。

Description

一种主动吸水路基结构

技术领域

本申请属于软土地基排水技术领域，更具体地说，是涉及一种主动吸水路基结构。

背景技术

塑料排水板真空预压软基处理是我国常用的一项软基处理加固技术，目前已广泛应用于各类地基、路基处理工程。传统塑料排水板包括中间挤出成型的塑料芯板，以及外部包裹的滤水土工布。塑料排水板作用时，首先用插板机插入软土地基，在上部预压荷载作用下，软土地基中空隙水由排水板排到上部铺垫的砂层或水平塑料排水管中，由其他地方排出，从而加速软基固结。然而，塑料排水板在预压排水处理完毕后，通常被直接废弃于土体之中而无法进一步发挥排水的作用。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种路基结构，以解决现有技术中的塑料排水板在预压排水之后被废弃在土体中而无法进一步发挥排水作用的技术问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种主动吸水路基结构，

包括：

软土层；

吸水耦合介质层，其覆盖在所述软土层上方；

路堤土层，其覆盖在所述吸水耦合介质层上方；以及

塑料排水板，其插设在所述软土层和所述吸水耦合介质层之中；所述塑料排水板内设有吸水结构层，所述吸水结构层包括第一外部吸水层和设于所述第一外部吸水层内的多根第一芯吸纤维；多根所述第一芯吸纤维的一端位于所述软土层内，多根所述第一芯吸纤维的另一端位于所述吸水耦合介质层内。

在一个实施例中，所述吸水耦合介质层由高分子持水颗粒和粘性土共同碾压形成。

在一个实施例中，所述吸水耦合介质层由高分子持水颗粒、砂性土和碎石共同碾压形成。

在一个实施例中，本申请提供的路基结构还包括水平导水层，所述水平导水层设于所述吸水耦合介质层中，且所述水平导水层的两端外露于所述吸水耦合介质层之外；所述水平导水层包括第二外部吸水层和设于所述第二外部吸水层内的多根第二芯吸纤维；多根所述第二芯吸纤维在所述水平导水层内水平放置；多根所述第一芯吸纤维的另一端与所述第二外部吸水层抵接。

在一个实施例中，所述高分子持水颗粒在所述吸水耦合介质层中的质量添加比例为0.05％～0.5％。

在一个实施例中，所述砂性土在所述吸水耦合介质层中的质量添加比例为60％～80％。

在一个实施例中，所述高分子持水颗粒为聚丙烯酸钠交联物、丙烯酸—乙烯醇共聚物、丙烯腈聚合皂化物、聚乙烯醇交联聚合物中的至少一种。

在一个实施例中，所述粘性土的粒径小于0.05mm。

在一个实施例中，所述塑料排水板包括：

塑料芯板，所述吸水结构层固定连接在所述塑料芯板的外表面上；以及

滤水层，其包覆在所述吸水结构层和所述塑料芯板上。

在一个实施例中，所述塑料芯板包括：

第一端部支撑板；

第二端部支撑板，其与所述第一端部支撑板相对设置；以及

中间排水结构，其由多个第一斜板和多个第二斜板依次交错连接而成；所述第一斜板和所述第二斜板呈V型连接；所述第一斜板和所述第二斜板间形成V型排水槽；所述中间排水结构的两端分别与所述第一端部支撑板和所述第二端部支撑板固定连接；

部分所述吸水结构层固定连接在所述第一端部支撑板和所述第二端部支撑板的外表面上。

在一个实施例中，所述第一斜板和所述第二斜板的连接处设有支撑横板，部分所述吸水结构层固定连接在所述支撑横板的外表面上。

在一个实施例中，所述第一端部支撑板、所述第二端部支撑板和所述支撑横板的外表面上设有排水凹槽。

在一个实施例中，所述第一外部吸水层和所述第二外部吸水层为PVA海绵、PE海绵、PU海绵中的任意一种。

与现有技术相比，本申请具有以下的技术效果：

本申请的主动吸水路基结构通过在软土层上铺设吸水耦合介质层，并在塑料排水板内增设吸水结构层，在塑料排水板完成预压荷载排水后，塑料排水板内的吸水结构层可在自身第一外部吸水层和多根第一芯吸纤维的主动吸水作用下，可继续吸收软土层内的水份，吸收进来的水份被多根第一芯吸纤维自下而上传导到吸水耦合介质层中，进而排出软土层外。本申请的主动吸水路基结构可在其内部塑料排水板和吸水耦合介质层的配合作用下，将软土层内的水份持续地排出，发挥长期排水作用，提高路基的长期稳定性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种主动吸水路基结构的结构示意图；

图2为图1中水平导水层的结构示意图；

图3为图1中塑料排水板横断面的结构示意图；

图4为图3中塑料排水板内塑料芯板的结构示意图；

图5为图3中塑料排水板内吸水结构层的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

1、软土层，2、吸水耦合介质层，3、路堤土层，4、塑料排水板，5、水平导水层；

401、吸水结构层，402、塑料芯板，403、滤水层；

4011、第一外部吸水层，4012、第一芯吸纤维；

4021、第一端部支撑板，4022、第二端部支撑板，4023、第一斜板，4024、第二斜板，4025、V型排水槽，4026、支撑横板，4027、排水凹槽；

501、第二外部吸水层，502、第二芯吸纤维。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“上”、“下”、“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。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”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”、“第三”、“第四”、“第五”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，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1～图5，现对本申请实施例提供的一种主动吸水路基结构进行说明。

在本申请的一个实施例中，请一并参阅图1、图3、图4和图5，本申请实施例的主动吸水路基结构包括软土层1、吸水耦合介质层2、路堤土层3和塑料排水板4。吸水耦合介质层2覆盖在软土层1的上方；路堤土层3覆盖在吸水耦合介质层2的上方；塑料排水板4插设在软土层1和吸水耦合介质层2之中；塑料排水板4内设有吸水结构层401，吸水结构层401包括第一外部吸水层4011和设于第一外部吸水层4011内的多根第一芯吸纤维4012；多根第一芯吸纤维4012的一端位于软土层1内，多根第一芯吸纤维4012的另一端位于吸水耦合介质层2内。即多根第一芯吸纤维4012在塑料排水板4内沿着塑料排水板4的长度方向设置。

可选地，吸水耦合介质层2由高分子持水颗粒和粘性土共同碾压形成。这样本申请实施例的吸水耦合介质层2由高分子持水颗粒和粘性土共同碾压形成，高分子持水颗粒具有较强的吸水效果，可以快速地将与其接触的多根第一芯吸纤维4012上端的水份吸收走，使得多根第一芯吸纤维4012上下端水份存在湿度差，这样，多根第一芯吸纤维4012在其自身毛细吸力和湿度差作用下可快速地将软土层1内的水份吸收并自下而上导出。而吸水耦合介质层2中的粘性土可使得吸水耦合介质层2具有较高的结构强度，以满足路基强度要求。

进一步地，本申请实施例的吸水耦合介质层2中的高分子持水颗粒在吸水耦合介质层2中的质量添加比例为0.05％～0.5％。通过对高分子持水颗粒添加量的控制，可使得吸水耦合介质层2同时保持良好的吸水性和结构强度。此外，若高分子持水颗粒添加过多，高分子持水颗粒吸水后膨胀性过大，可能会造成土体开裂，破坏土体结构。具体地，高分子持水颗粒可选为聚丙烯酸钠交联物、丙烯酸—乙烯醇共聚物、丙烯腈聚合皂化物、聚乙烯醇交联聚合物中的至少一种组成。

更进一步地，本申请实施例的粘性土的粒径小于0.05mm。优选地，高分子持水颗粒的粒径也小于0.05mm。粘性土和高分子持水颗粒的粒径越小，所形成的吸水耦合介质层2结构越密实，一方面，利于位于吸水耦合介质层2内的多根第一芯吸纤维4012的上端更充分地和吸水耦合介质层2接触，加快水份的吸收导出；另一方面，密实的土层结构可形成微负压环境，可给多根第一芯吸纤维4012提供吸水动力，利于多根第一芯吸纤维4012的下端更快速地将水份自下而上吸收并导出。

可选地，吸水耦合介质层2还可以由高分子持水颗粒、砂性土和碎石共同碾压形成。优选地，高分子持水颗粒在吸水耦合介质层2中的质量添加比例为0.05％～0.5％，砂性土在吸水耦合介质层2中的质量添加比例为60％～80％，余量为碎石。碎石符合公路路面基层级配碎石技术规范。砂性土可以填充在高分子持水颗粒和碎石间的缝隙中，形成密实的结构层；碎石和砂性土组配可以使得形成的吸水耦合介质层2具有较高的结构强度。

可选地，本申请实施例的吸水结构层401的第一外部吸水层4011可以采用任何具有较好吸水作用的主动吸水土工合成材料制成，本申请实施例的第一外部吸水层4011可以用高吸水海绵制成，如PVA(聚乙烯醇)海绵、PE(聚乙烯)海绵、PU(聚氨酯)海绵等。第一外部吸水层4011可以快速吸收其周围的水份，营造一个饱和水环境，使得包覆在其内的多根第一芯吸纤维4012的下端可快速地将第一外部吸水层4011吸收进来的水份吸收并传导出去。此外，第一外部吸水层4011还可以起到过滤作用，防止细小颗粒物进入到多根第一芯吸纤维4012内进而堵塞多根第一芯吸纤维4012的排水通道。

优选地，第一外部吸水层4011厚度为0.1～0.5cm。若第一外部吸水层4011的厚度过大，会使得吸水结构层401内积聚过多的水份，而第一芯吸纤维4012的导水速率有限；若第一外部吸水层4011的厚度太薄，会使得吸水结构层401的吸水不足，其内部的第一芯吸纤维4012的导水能力过剩。

可选地，请一并参阅图5，多根第一芯吸纤维4012在第一外部吸水层4011内紧密相连接或间隔排列。若多根第一芯吸纤维4012在第一外部吸水层4011内间隔排列，则优选地，相邻两根第一芯吸纤维4012的排列间距不大于2cm。若排列间距过大，会使得第一芯吸纤维4012吸水不充分，比如两列第一芯吸纤维4012间的水份不容易进入到第一芯吸纤维4012中被吸收。

请参阅图1，塑料排水板4竖直插入到软土层1和吸水耦合介质层2之中，优选地，塑料排水板4的上端露出在吸水耦合介质层2之中的长度在20cm以上，以保证塑料排水板内的吸水结构层401在吸水耦合介质层2之中具有足够长度，进而保证多根第一芯吸纤维4012在吸水耦合介质层2之中露出足够长度，使得多根第一芯吸纤维4012的上端可以充分地与其周围地吸水耦合介质层2接触。在使用时，通过将塑料排水板4和第一外部吸水层4011的上端裁剪掉一部分，以使得其内包覆的多根第一芯吸纤维4012的上端裸露出来。优选地，多根第一芯吸纤维4012的上端露出第一外部吸水层4011至少10cm。

本申请实施例的主动吸水路基结构是这样形成以及发挥持续排水作用的：将塑料排水板4插入到软土层1中后，塑料排水板4上端露出软土层1的长度在20cm以上。先在预压荷载的作用下将软土层1内的大部分水排出到砂垫层中，在预压荷载作用结束后，将软土层1上方的砂垫层移除，之后在软土层1上方铺设吸水耦合介质层2和路堤土层3。吸水耦合介质层2的厚度可选为25～50cm。这样，遗留在软土层1内的塑料排水板4可继续发挥后续排水作用，具体地，塑料排水板4内的吸水结构层401可在自身第一外部吸水层4011和多根第一芯吸纤维4012的主动吸水作用下，可继续吸收软土层1内的少量水份，吸收进来的水份被多根第一芯吸纤维4012自下而上传导到吸水耦合介质层2中，进而排出软土层1外。本申请的路基结构可在其内部塑料排水板4和吸水耦合介质层2的配合作用下，将软土层1内的水份持续地排出，发挥长期排水作用，提高路基的长期稳定性能。

可选地，请一并参阅图1、图2，本申请实施例的主动吸水路基结构还包括水平导水层5，水平导水层5设于吸水耦合介质层2中，且水平导水层5的两端外露于吸水耦合介质层2之外；水平导水层5包括第二外部吸水层501和设于第二外部吸水层501内的多根第二芯吸纤维502；多根第二芯吸纤维502在水平导水层5内水平放置；多根第一芯吸纤维4012的另一端与第二外部吸水层501抵接。这样，当多根第一芯吸纤维4012将软土层1内的水份吸收到其上端后，吸收出的水份可快速被水平导水层5的第二外部吸水层501吸收，进而被第二外部吸水层501内包覆的多根第二芯吸纤维502吸收。因水平导水层5的两端外露于吸水耦合介质层2之外，水平导水层5的两端的水份可快速地蒸发到大气中，这样就会在水平放置的多根第二芯吸纤维502的两端形成湿度差，进一步加快水份地导出。本申请实施例通过增设水平导水层5，可将塑料排水板4内吸水结构层401自下而上吸收出的水份更快速地导出到路基两侧，加快软土层1内水份的排出。

可选地，多根第二芯吸纤维502在第二外部吸水层501内紧密相连接或间隔排列。若多根第二芯吸纤维502在第二外部吸水层501内间隔排列，则优选地，相邻两根第二芯吸纤维502的排列间距不大于2cm。

第一芯吸纤维4012、第二芯吸纤维502可用聚对苯二甲酸乙二醇酯经过纺丝制成。

使用时，可将第二外部吸水层501的两端端部裁剪掉一部分，以使得其内包覆的多根第二芯吸纤维502的两端裸露在大气中，进而加速水份地蒸发排出。优选地，多根第二芯吸纤维502的两端露出第二外部吸水层501至少10cm。

本申请实施例的第二外部吸水层501可以用高吸水海绵制成，如PVA海绵、PE海绵、PU海绵等。第二外部吸水层501可以快速吸收其周围的水份，营造一个饱和水环境，使得包覆在其内的多根第二芯吸纤维502可快速地将第二外部吸水层501吸收进来的水份吸收并从水平方向传导出去。此外，第二外部吸水层501还可以起到过滤作用，防止细小颗粒物进入到多根第二芯吸纤维502内进而堵塞多根第二芯吸纤维502的排水通道。

可选地，请一并参阅图3、图4和图5，本申请实施例的塑料排水板4包括塑料芯板402、吸水结构层401和滤水层403；吸水结构层401固定连接在塑料芯板402的外表面上，具体地，吸水结构层401可以通过胶粘剂粘接的形式固定到塑料芯板402上，此处的“外表面”指的是塑料芯板402上靠近滤水层403的那一面。滤水层403包覆在吸水结构层401和塑料芯板402上。

滤水层403具有滤水作用，滤水层403可允许软土层1内的水份自由穿过而阻止软土层1内的颗粒物进入到塑料排水板4内部，滤水层403可采用常规的非织造土工布来制作，例如，可采用长纤热扎无纺布进行制作。

本申请实施例的塑料排水板4的制成长度可达200米，塑料排水板4整体呈圆形卷曲状。塑料芯板402可采用聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)混合掺配来进行制作。

可选地，请一并参阅图3、图4，本申请实施例的塑料芯板402包括第一端部支撑板4021、第二端部支撑板4022和位于第一端部支撑板4021与第二端部支撑板4022之间的中间排水结构。第二端部支撑板4022与第一端部支撑板4021相对设置，第二端部支撑板4022可以与第一端部支撑板4021的形状、结构相同；中间排水结构由多个第一斜板4023和多个第二斜板4024依次交错连接而成；第一斜板4023和第二斜板4024呈V型连接；第一斜板4023和第二斜板4024间形成V型排水槽4025；中间排水结构的两端分别与第一端部支撑板4021和第二端部支撑板4022固定连接；部分吸水结构层401固定连接在第一端部支撑板4021和第二端部支撑板4022的外表面上。在受到外部预压荷载的作用下，软土层1内的水份被挤压进中间排水结构的V型排水槽4025内，通过V型排水槽4025自下而上排出。

本申请实施例的塑料芯板402的结构不同于传统塑料排水板的芯板结构，传统塑料排水板的芯板结构横断面呈串联十字交叉型，而本申请的塑料芯板402的横断面呈串联V字型。因传统塑料排水板的芯板结构横断面呈串联十字交叉型，这就导致传统塑料排水板的外表面，即靠近滤水层403的那一面的表面积较小，不利于在其外表面上固定粘附吸水结构层401。此外，本申请实施例的这种V字型的塑料芯板402具有更好的结构强度和韧性，在受到外部荷载压力的情况下不容易发生变形损坏。

可选地，请一并参阅图3、图4，第一斜板4023和第二斜板4024的连接处设有支撑横板4026，部分吸水结构层401固定连接在支撑横板4026的外表面上。在本申请实施例中，通过在第一斜板4023和第二斜板4024的连接处增设支撑横板4026，一方面可以增强塑料排水板4的整体结构强度，可对其外部包覆的滤水层403提供更好的骨架支撑作用；另一方面，多个支撑横板4026的设置增大了塑料芯板402的外表面，更利于在其外表面上固定粘附上更多、更大面积的吸水结构层401，进而增强塑料排水板4整体的主动吸水能力，利于更快速地吸收并排出软土层1内残留的少量水份，进一步提升路基的长期稳定性能。

可选地，请一并参阅图3、图4，第一端部支撑板4021、第二端部支撑板4022和支撑横板4026的外表面上设有排水凹槽4027，排水凹槽4027可沿着第一端部支撑板4021、第二端部支撑板4022和支撑横板4026的外表面均匀设置多个。塑料排水板4在受到预压荷载作用后，吸水结构层401吸收进的水份受到挤压后可通过排水凹槽4027自下而上排出，利于快速排出吸水结构层401内的水份。

传统的路基结构中的塑料排水板只能被动地排水，即在预压荷载作用下排出软土层1中的绝大部分水份，预压荷载排水完成后，传统塑料排水板通常被废弃在软土层1中而不能进一步发挥作用。而本申请实施例的主动吸水路基结构采用带主动吸水结构的塑料排水板4在预压荷载排水完成后，其吸水结构层401可进一步发挥主动吸水、排水作用，同时配合吸水耦合介质层2和水平导水层5的吸水导水作用，形成排水循环，可加速软土层1土体的固结速率，并通过长期、持续地向上输水作用保持软土层1的稳定，进一步提升路基的长期稳定性能。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种主动吸水路基结构，其特征在于，包括：

软土层；

吸水耦合介质层，其覆盖在所述软土层上方；所述吸水耦合介质层由高分子持水颗粒和粘性土共同碾压形成；或所述吸水耦合介质层由高分子持水颗粒、砂性土和碎石共同碾压形成；

路堤土层，其覆盖在所述吸水耦合介质层上方；以及

塑料排水板，其插设在所述软土层和所述吸水耦合介质层之中；所述塑料排水板内设有吸水结构层，所述吸水结构层包括第一外部吸水层和设于所述第一外部吸水层内的多根第一芯吸纤维；多根所述第一芯吸纤维的一端位于所述软土层内，多根所述第一芯吸纤维的另一端位于所述吸水耦合介质层内。

2.如权利要求1所述的一种主动吸水路基结构，其特征在于，还包括水平导水层，所述水平导水层设于所述吸水耦合介质层中，且所述水平导水层的两端外露于所述吸水耦合介质层之外；所述水平导水层包括第二外部吸水层和设于所述第二外部吸水层内的多根第二芯吸纤维；多根所述第二芯吸纤维在所述水平导水层内水平放置；多根所述第一芯吸纤维的另一端与所述第二外部吸水层抵接。

3.如权利要求1所述的一种主动吸水路基结构，其特征在于，所述高分子持水颗粒在所述吸水耦合介质层中的质量添加比例为0.05％～0.5％。

4.如权利要求3所述的一种主动吸水路基结构，其特征在于，所述高分子持水颗粒为聚丙烯酸钠交联物、丙烯酸—乙烯醇共聚物、丙烯腈聚合皂化物、聚乙烯醇交联聚合物中的至少一种。

5.如权利要求1所述的一种主动吸水路基结构，其特征在于，所述塑料排水板包括：

塑料芯板，所述吸水结构层固定连接在所述塑料芯板的外表面上；以及

滤水层，其包覆在所述吸水结构层和所述塑料芯板上。

6.如权利要求5所述的一种主动吸水路基结构，其特征在于，所述塑料芯板包括：

第一端部支撑板；

第二端部支撑板，其与所述第一端部支撑板相对设置；以及

中间排水结构，其由多个第一斜板和多个第二斜板依次交错连接而成；所述第一斜板和所述第二斜板呈V型连接；所述第一斜板和所述第二斜板间形成V型排水槽；所述中间排水结构的两端分别与所述第一端部支撑板和所述第二端部支撑板固定连接；

部分所述吸水结构层固定连接在所述第一端部支撑板和所述第二端部支撑板的外表面上。

7.如权利要求6所述的一种主动吸水路基结构，其特征在于，所述第一斜板和所述第二斜板的连接处设有支撑横板，部分所述吸水结构层固定连接在所述支撑横板的外表面上。

8.如权利要求7所述的一种主动吸水路基结构，其特征在于，所述第一端部支撑板、所述第二端部支撑板和所述支撑横板的外表面上设有排水凹槽。

9.如权利要求2所述的一种主动吸水路基结构，其特征在于，所述第一外部吸水层和所述第二外部吸水层为PVA海绵、PE海绵、PU海绵中的任意一种。

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