CN116219818B - 一种基于全尾矿粉的功能梯度复合路基及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于全尾矿粉的功能梯度复合路基及其施工方法，属于路基设计技术领域，由下而上依次包括普通尾矿粉路堤区、固化尾矿粉路堤区、泡沫轻质土Ⅱ区和泡沫轻质土Ⅰ区，在路基外侧设置有挡土墙及其附属结构；路基由上至下回弹模量逐渐降低；普通尾矿粉路堤区全部采用粒径小于50μm尾矿粉填筑，固化尾矿粉路堤区采用水泥固化后的尾矿粉填筑，泡沫轻质土Ⅱ区和泡沫轻质土Ⅰ区由两种不同湿容重的掺尾矿的泡沫轻质土浇筑而成。本发明提出一种新型路基形式，采用粒径小于50μm的尾矿粉填筑路堤，浇筑轻质土路床，可以大量消耗尾矿细粉，降低工程造价，解决尾矿细粉的土地占用和环境污染问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于全尾矿粉的功能梯度复合路基及其施工方法，具体涉及一种细尾矿粉的利用方式，一种新型路基布置形式，以及一种与新型路基布置形式相适应的新型路基施工工艺，属于路基设计技术领域。
背景技术
随着我国采矿技术的高速发展，矿产开采规模和开采速度不断提升，与此同时的尾矿堆积问题也日渐严峻。据统计，2021年我国共生产各类尾矿13.08亿吨，综合利用量4.28亿吨，新增堆积量8.8亿吨，尾矿堆积总量达235.1亿吨。目前，尾矿主要应用于混凝土浇筑、生产玻璃和陶瓷等。但以上方式主要选用粒径大于50μm的尾矿颗粒，对于粒径小于50μm的尾矿粉，除矿坑回填外，目前仍无有效的利用方法。
尾矿粉堆积会导致以下问题：(1)尾矿粉堆积会占用大量耕地，在土地资源日益紧张的环境下，尾矿库的建立和维护会消耗大量资金、占用大量资源。(2)尾矿粉暴露在空气中，会产生大量粉尘，污染大气和水环境、危害居民的身体健康。(3)尾矿粉堆积容易引发地质灾害，对居民的生命和财产安全产生不利影响。
综上，提出一种对尾矿粉进行大量利用的方法具有非常重要的环境与经济效益。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于全尾矿粉的功能梯度复合路基及其施工方法，提出一种新型路基形式，采用粒径小于50μm的尾矿粉填筑路堤，浇筑轻质土路床，可以大量消耗尾矿细粉，降低工程造价，解决尾矿细粉的土地占用和环境污染问题。
本发明采用以下技术方案：
一种基于全尾矿粉的功能梯度复合路基，由下而上依次包括普通尾矿粉路堤区、固化尾矿粉路堤区、泡沫轻质土Ⅱ区和泡沫轻质土Ⅰ区，在路基外侧设置有支挡路基的挡土墙及其附属结构；
路基由上至下回弹模量逐渐降低，符合路床层从上至下逐渐降低的受力特点；普通尾矿粉路堤区全部采用粒径小于50μm尾矿粉填筑，固化尾矿粉路堤区采用水泥固化后的尾矿粉填筑，泡沫轻质土Ⅱ区和泡沫轻质土Ⅰ区由两种不同湿容重的掺尾矿的泡沫轻质土浇筑而成，通过控制湿容重达成泡沫轻质土的回弹模量的调节。
优选的，所述泡沫轻质土Ⅰ区的湿容重为600～800kg/m3，回弹模量约为700～1200MPa；泡沫轻质土Ⅱ区湿容重为500～700kg/m3，回弹模量约为300～800MPa；固化尾矿粉路堤区的回弹模量约为100～350MPa；普通尾矿粉路堤区的回弹模量约为20～120MPa。
泡沫轻质土Ⅱ区和泡沫轻质土Ⅰ区形成的上、下路床共同形成板体结构。计算结果表明，路床的两层泡沫轻质土能承受大部分路面传递来的车辆荷载，显著减少荷载在路堤中的传递深度，符合路基承受荷载要求由上而下逐渐降低的特点(路基包括上部的路床和下部的路堤两部分，上面用泡沫轻质土代替路床结构，下部用尾矿作为路堤结构)，在满足路基路用功能的同时，解决尾矿粉的大量堆积问题。
优选的，普通尾矿粉路堤区底部设置有用于隔绝地下水的粒料透水层，粒料透水层厚度为30cm，粒料透水层采用粒料填筑(包括级配碎石、级配砾石、符合级配的天然砂砾、部分砾石经轧制掺配而成的级配碎砾石，以及泥结碎石、泥灰结碎石、填隙碎石等基层材料)。
优选的，泡沫轻质土Ⅰ区的高度为70-80cm，泡沫轻质土Ⅱ区的高度为80-90cm，在泡沫轻质土Ⅰ区、泡沫轻质土Ⅱ区之间铺设土工格栅；
所述固化尾矿粉路堤区高度为30-40cm，固化尾矿粉路堤区中采用4％掺量的水泥对尾矿粉进行固化，即在尾矿粉中掺入水泥提升强度，其抗压强度不低于0.4MPa，防止路面水下渗，解决尾矿粉路基遇水软化的问题；
普通尾矿粉路堤区的高度视路基高度而定(由工程所需高度减去其他区域高度获得)；
优选的，为增加填土高度大于6m的高填方路基的稳定性，在普通尾矿粉路堤区的不同深度处分层埋设有横向锚杆，横向锚杆路线纵向间距为8m；
第一层横向锚杆即最底层锚杆位于开挖清表后地面线以上5m处，高度每增加3米，增设一层横向锚杆，最上层横向锚杆距离固化尾矿粉路堤区距离不得少于0.5m；
横向锚杆沿路基的横截面左右对称分布，横向锚杆的长度从下至上依次减小，优选的，横向锚杆长度为该横向锚杆至开挖清表后地面线竖向距离的1.2-1.4倍。
优选的，所述挡土墙上设置有预留孔，用于埋设横向锚杆，预留孔的孔直径优选为3cm；
每一横向锚杆末端浇筑有锚固块，以提高横向锚杆的侧向锚固力，另一端置于挡土墙的预留孔内，并浇筑水泥封孔。
优选的，在路基外侧，根据地质、地形条件，设置不同结构形式的挡土墙以增强路基稳定性，实现集约用地的目的。山区由于天然石材较多，采用重力式砌石挡土墙；平原地区采用钢筋混凝土薄壁式挡土墙；考虑弯道受力特点，在弯道内侧采用拱形挡土墙。本发明根据地质、地形条件，提出基于不同挡墙结构类型的尾矿细粉路基形式，实现集约用地的目的。
设置挡土墙的作用在于：
(1)防止尾矿粉直接暴露于空气中，产生环境污染。
(2)作为路基结构的侧限，增强路基稳定性。
(3)挡土墙可以充当泡沫轻质土保护壁，在浇筑施工期起临时模板的作用。
(4)在挡土墙墙趾外侧设置排水沟。
优选的，泡沫轻质土Ⅱ区和泡沫轻质土Ⅰ区之间架设钢塑土工格栅来进行路床加固，纵、横向极限抗拉强度要求大于60KN/m，纵、横向极限抗拉强度下的伸长率小于等于3％，连接点极限分离力大于等于300N；
固化尾矿粉路堤区底部和泡沫轻质土Ⅰ区上部均设置有防渗土工膜，厚度为0.5mm。
一种上述的基于全尾矿粉的功能梯度复合路基的施工方法，包括以下步骤：
(1)地表处理：在路基填筑前，清楚路基表面的软弱土层，清除完毕后，按规范要求压实度将地表碾压；
(2)在路堤两侧设置挡土墙：在天然石材较多的山区，可采用重力式砌石挡土墙；平原地区采用钢筋混凝土薄壁式挡土墙；考虑弯道受力特点，在弯道内侧采用拱形挡土墙；挡土墙的基础埋置至地表以下1m至1.25m；在挡土墙预留孔以埋设锚杆，孔直径为3cm；
(3)设置排水设施：在固化尾矿粉路堤区底部设置PVC排水管，在路基底部粒料透水层设外侧设置横穿挡土墙的泄水孔，挡土墙外侧墙趾处设置纵向排水沟；沿路堤不同深度设置排水设施，排除路基积水，减小挡土墙所受水压力；
(4)采用分层压实法摊铺和压实尾矿粉；
(5)在普通尾矿粉路堤区的不同深度处分层埋设有横向锚杆，横向锚杆路线纵向间距为8m；第一层横向锚杆即最底层锚杆位于开挖清表后地面线以上5m处，高度每增加3米，增设一层横向锚杆，最上层横向锚杆距离固化尾矿粉路堤区距离不得少于0.5m；
横向锚杆沿路基的横截面左右对称分布，横向锚杆的长度从下至上依次减小，优选的，横向锚杆长度为该横向锚杆至开挖清表后地面线竖向距离的1.2-1.4倍；
在锚杆锚固末端浇筑混凝土锚固块，以提高锚杆的侧向锚固力。将锚杆的另一端置入挡土墙预留孔后浇筑水泥浆进行封孔；
(6)在固化尾矿粉路堤区上浇筑两层不同湿容重的泡沫轻质土，即泡沫轻质土Ⅱ区和泡沫轻质土Ⅰ区，形成上、下路床；泡沫轻质土Ⅰ区的湿密度为600～800kg/m3，高度为70-80cm，泡沫轻质土Ⅱ区湿密度为500～700kg/m3，高度为80-90cm；在两层泡沫轻质土之间铺设土工格栅；泡沫轻质土按水平分层浇筑施工，单层厚度应为0.3m，上下两层轻质土的浇筑时间间隔不宜小于8小时；轻质土沿纵向分仓浇筑，分仓长度不超过20m，单个浇筑区顶面面积不超过400m2；在泡沫轻质土Ⅰ区上部铺设防渗土工膜，防止泡沫轻质土暴露使用；
(7)泡沫轻质土浇筑完成后，用土工膜覆盖养护，保持湿润，至表面浇注层强度≥0.4MPa后方可进行路面结构层施工。
优选的，步骤(4)具体为：
首先，在路堤底部铺设厚度30cm的粒料透水层以防止地下水上升，随后通过尾矿粉铺筑普通尾矿粉路堤区，尾矿粉每层松铺高度为30cm；先稳压，后振动碾压，在直线路段内由两侧路肩处向内侧路碾压，并重叠1/2轮宽，后轮必须超过两段的接缝，后轮压完路面全宽时为一遍；在规定时间内碾压至要求的密实度，同时轮迹不突出，碾压6～8遍为宜；碾压时使尾矿含水率维持在最佳含水率左右，最佳含水率可通过对尾矿粉进行击实试验测得，通过采样烘干控制施工中的实际含水率，机械摊铺尾矿后采用冲击碾压法，碾压距路堤顶部0.8m以下的部分直至达到94％以上的压实度，碾压路堤顶部0-0.8m的部分直至达到96％以上的压实度；采用4％掺量的水泥对路堤顶部30cm尾矿粉进行固化得到固化尾矿粉路堤区，以防止路面水下渗，解决尾矿粉路基遇水软化的问题。
本发明未详尽之处，均可采用现有技术。
本发明的有益效果为：
(1)本发明提出了一种层状的功能梯度路基形式，路基填料回弹模量由上而下逐渐降低，以适应路基不同深度处的承载要求。
(2)本发明采用粒径小于50μm的尾矿粉填筑路堤，浇筑轻质土路床，可以大量消耗尾矿细粉，降低工程造价，解决尾矿细粉的土地占用和环境污染问题。
(3)本发明的路堤底部设置30cm粒料透水层以隔绝地下水，并且采用水泥对路堤顶部的固化尾矿粉路堤区的尾矿细粉进行固化，使其抗压强度不低于0.4MPa，防止路面水下渗，解决尾矿细粉路基遇水软化的问题。
(4)本发明针对高填方路堤，提出一种新型锚杆布置及安装方式，以增加挡土墙稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例中选用的尾矿粉的粒度分布；
图2为本发明实施例中尾矿粉的击实曲线；
图3为本发明实施例中一般路堤的标准断面示意图；
图4为本发明实施例中高填方扶壁式挡土墙路基标准横断面图；
图5为本发明实施例中重力式挡土墙路基标准横断面图；
图3-5的单位均为cm，图3～图5均为本发明的新型路基横断面布置形式，具体的采用哪种形式，可根据不同的地形地质条件进行适配；
其中，1-路面结构层，2-泡沫轻质土Ⅰ区，3-泡沫轻质土Ⅱ区，4-普通尾矿粉路堤区，5-防渗土工膜，6-粒料透水层，7-护栏，8-C30砼护栏基础，9-钢塑土工格栅，10-PVC排水管，11-纵向排水沟，12-原地面线，13-开挖清表后地面线，14-横向锚杆，15-泄水孔，16-固化尾矿粉路堤区。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。
实施例1：
一种基于全尾矿粉的功能梯度复合路基，本实施例拟应用于双向四车道高速公路的高填方路基，路基全宽3.75*4(行车道宽度)+3.5*2(路肩宽度)+4(中央分隔带宽度)＝26m，路基高度12m，指路基的填筑高度，即开挖清表后地面线13至泡沫轻质土Ⅰ区2顶部的高度，具体施工图参见附图4，由下而上依次包括普通尾矿粉路堤区4、固化尾矿粉路堤区16、泡沫轻质土Ⅱ区3和泡沫轻质土Ⅰ区2，在路基外侧设置有支挡路基的挡土墙及其附属结构；
路基由上至下回弹模量逐渐降低，符合路床层从上至下逐渐降低的受力特点；普通尾矿粉路堤区4全部采用粒径小于50μm尾矿粉填筑，固化尾矿粉路堤区16采用水泥固化后的尾矿粉填筑，泡沫轻质土II区3和泡沫轻质土I区2由两种不同湿容重的掺尾矿的泡沫轻质土浇筑而成，通过控制湿容重达成泡沫轻质土的回弹模量的调节。
本实施例采用的尾矿粉，如图1和表1、表2所示，80％的尾矿粒径在50μm以下。
表1：粒度分布简易表
| 粒径μm | 含量％ |
| 0.000-1.000 | 5.99 |
| 1.000-2.000 | 6.58 |
| 2.0000-5.000 | 12.40 |
| 5.000-10.00 | 12.66 |
| 10.00-20.00 | 17.36 |
| 20.00-45.00 | 24.34 |
| 45.00-75.00 | 11.36 |
| 75.00-100.0 | 4.09 |
| 100.0-200.0 | 4.93 |
| 200.0-300.0 | 0.29 |
表2：筛目分级表
其中图1中，左侧坐标代表尾矿粉中小于某一粒径的颗粒质量占总质量的百分比，对应虚线曲线，右侧坐标是虚线曲线的导数图像对应曲线(即实线曲线)，体现了在对应粒径下虚线曲线的变化速度快慢。
经击实试验绘制出击实曲线(见图2)测得，该尾矿粉的最佳含水率约为11.1％，最大干密度约为1.31×10kg/m3，94％的压实度对应的含水率为7.2％、16.5％，96％的压实度对应的含水率为7.8％、15.3％。尾矿粉渗透系数小，水分易在表面集中，需对路堤排水进行专门设计。
实施例2：
一种基于全尾矿粉的功能梯度复合路基，如实施例1所述，所不同的是，泡沫轻质土I区2的湿容重为600～800kg/m3，回弹模量约为700～1200MPa；泡沫轻质土II区3湿容重为500～700kg/m3，回弹模量约为300～800MPa；固化尾矿粉路堤区16的回弹模量约为100～350MPa；普通尾矿粉路堤区4的回弹模量约为20～120MPa。
泡沫轻质土Ⅱ区和泡沫轻质土Ⅰ区形成的上、下路床共同形成板体结构。计算结果表明，路床的两层泡沫轻质土能承受大部分路面传递来的车辆荷载，显著减少荷载在路堤中的传递深度，符合路基承受荷载要求由上而下逐渐降低的特点(路基包括上部的路床和下部的路堤两部分，上面用泡沫轻质土代替路床结构，下部用尾矿作为路堤结构)，在满足路基路用功能的同时，解决尾矿粉的大量堆积问题。
实施例3：
一种基于全尾矿粉的功能梯度复合路基，如实施例2所述，所不同的是，普通尾矿粉路堤区4底部设置有用于隔绝地下水的粒料透水层6，粒料透水层厚度为30cm，粒料透水层6采用粒料填筑(包括级配碎石、级配砾石、符合级配的天然砂砾、部分砾石经轧制掺配而成的级配碎砾石，以及泥结碎石、泥灰结碎石、填隙碎石等基层材料)。
实施例4：
一种基于全尾矿粉的功能梯度复合路基，如实施例3所述，所不同的是，泡沫轻质土Ⅰ区2的高度优选为70cm，泡沫轻质土Ⅱ区3的高度优选为80cm，在泡沫轻质土Ⅰ区2、泡沫轻质土Ⅱ区3之间铺设钢塑土工格栅9；
固化尾矿粉路堤区16高度为30-40cm，固化尾矿粉路堤区中采用4％掺量的水泥对尾矿粉进行固化，即在尾矿粉中掺入水泥提升强度，其抗压强度不低于0.4MPa，防止路面水下渗，解决尾矿粉路基遇水软化的问题；
普通尾矿粉路堤区的高度视路基高度而定(由工程所需高度减去其他区域高度获得)。
实施例5：
一种基于全尾矿粉的功能梯度复合路基，如实施例4所述，所不同的是，如图4、5所示，为增加填土高度大于6m的高填方路基的稳定性，在普通尾矿粉路堤区4的不同深度处分层埋设有横向锚杆14，横向锚杆路14线纵向间距为8m；
第一层横向锚杆即最底层锚杆位于开挖清表后地面线以上5m处，高度每增加3米，增设一层横向锚杆，最上层横向锚杆距离固化尾矿粉路堤区距离不得少于0.5m；
横向锚杆14沿路基的横截面左右对称分布，横向锚杆14的长度从下至上依次减小，优选的，横向锚杆长度为该横向锚杆至开挖清表后地面线竖向距离的1.2-1.4倍。
挡土墙上设置有预留孔，用于埋设横向锚杆14，预留孔的孔直径优选为3cm；
每一横向锚杆末端浇筑有锚固块，以提高横向锚杆的侧向锚固力，另一端置于挡土墙的预留孔内，并浇筑水泥封孔。
实施例6：
一种基于全尾矿粉的功能梯度复合路基，如实施例5所述，所不同的是，在路基外侧，根据地质、地形条件，设置不同结构形式的挡土墙以增强路基稳定性，实现集约用地的目的。山区由于天然石材较多，采用重力式砌石挡土墙；平原地区采用钢筋混凝土薄壁式挡土墙；考虑弯道受力特点，在弯道内侧采用拱形挡土墙。本发明根据地质、地形条件，提出基于不同挡墙结构类型的尾矿细粉路基形式，实现集约用地的目的。
设置挡土墙的作用在于：
(1)防止尾矿粉直接暴露于空气中，产生环境污染。
(2)作为路基结构的侧限，增强路基稳定性。
(3)挡土墙可以充当泡沫轻质土保护壁，在浇筑施工期起临时模板的作用。
(4)在挡土墙墙趾外侧设置纵向排水沟11。
实施例7：
一种基于全尾矿粉的功能梯度复合路基，如实施例6所述，所不同的是，泡沫轻质土Ⅱ区3和泡沫轻质土Ⅰ区2之间架设钢塑土工格栅9来进行路床加固，纵、横向极限抗拉强度要求大于60KN/m，纵、横向极限抗拉强度下的伸长率小于等于3％，连接点极限分离力大于等于300N；
固化尾矿粉路堤区16底部和泡沫轻质土Ⅰ区2上部均设置有防渗土工膜5，厚度为0.5mm。
实施例8：
一种基于全尾矿粉的功能梯度复合路基的施工方法，包括以下步骤：
(1)地表处理：在路基填筑前，清楚路基表面的耕植土、腐殖土等软弱土层，清除完毕后，按规范要求压实度将地表碾压；
(2)在路堤两侧设置挡土墙：在天然石材较多的山区，可采用重力式砌石挡土墙；平原地区采用钢筋混凝土薄壁式挡土墙；考虑弯道受力特点，在弯道内侧采用拱形挡土墙；挡土墙的基础埋置至地表以下1m至1.25m；在挡土墙预留孔以埋设锚杆，孔直径为3cm；
(3)设置排水设施：在固化尾矿粉路堤区底部设置PVC排水管10，在路基底部粒料透水层6设外侧设置横穿挡土墙的泄水孔15，挡土墙外侧墙趾处设置纵向排水沟11；沿路堤不同深度设置排水设施，排除路基积水，减小挡土墙所受水压力；
(4)采用分层压实法摊铺和压实尾矿粉；
首先，在路堤底部铺设厚度30cm的粒料透水层6以防止地下水上升，粒料透水层可采用级配碎石、级配砾石、符合级配的天然砂砾等；
随后通过尾矿粉铺筑普通尾矿粉路堤区4，尾矿粉每层松铺高度为30cm；先稳压，后振动碾压，在直线路段内由两侧路肩处向内侧路碾压，并重叠1/2轮宽，后轮必须超过两段的接缝，后轮压完路面全宽时为一遍；在规定时间内碾压至要求的密实度，同时轮迹不突出，碾压6～8遍为宜；碾压时使尾矿含水率维持在最佳含水率左右，最佳含水率可通过对尾矿粉进行击实试验测得，通过采样烘干控制施工中的实际含水率，机械摊铺尾矿后采用冲击碾压法，碾压距路堤顶部0.8m以下的部分直至达到94％以上的压实度，碾压路堤顶部0-0.8m的部分直至达到96％以上的压实度；采用4％掺量的水泥对路堤顶部30cm尾矿粉进行固化得到固化尾矿粉路堤区，以防止路面水下渗，解决尾矿粉路基遇水软化的问题。
(5)在普通尾矿粉路堤区4的不同深度处分层埋设有横向锚杆14，横向锚杆路线纵向间距为8m；竖向高于填土5m和8m处各设置一根锚杆。下层锚杆长度设为8m，上层锚杆长度设为11m。
在锚杆锚固末端浇筑混凝土锚固块，以提高锚杆的侧向锚固力。将锚杆的另一端置入挡土墙预留孔后浇筑水泥浆进行封孔；
(6)在固化尾矿粉路堤区16上浇筑两层不同湿容重的泡沫轻质土，即泡沫轻质土Ⅱ区3和泡沫轻质土Ⅰ区2，形成上、下路床；泡沫轻质土Ⅰ区2的湿密度为800kg/m3，高度为70cm，泡沫轻质土Ⅱ区3湿密度为500～700kg/m3，高度为80cm，路床层共计1.5m；在两层泡沫轻质土之间铺设钢塑土工格栅9，纵、横向极限抗拉强度要求大于60KN/m，纵横向极限抗拉强度下的伸长率小于等于3％，连接点极限分离力大于等于300N；钢塑土工格栅按图示位置和宽度水平铺设，不需要锚固在面板中，但须铺设安装牢靠，横、纵向搭接宽度不小于10cm；
泡沫轻质土按水平分层浇筑施工，单层厚度应为0.3m，上下两层轻质土的浇筑时间间隔不宜小于8小时；轻质土沿纵向分仓浇筑，分仓长度不超过20m，单个浇筑区顶面面积不超过400m2；在泡沫轻质土Ⅰ区上部铺设防渗土工膜，防止泡沫轻质土暴露使用；路床顶面设置一层土工膜，厚度为0.5mm。在路堤顶部距挡土墙2m处布置如图4所示的防渗土工膜5，土工膜的下端铺设至路堤上部的泄水孔15处；
轻质土按水平分层浇筑施工。浇筑时，须从软管的前端直接浇筑，出料口与浇筑面高差不应大于1m。轻质土沿纵向分仓浇筑，分仓长度不超过20m，单个浇筑区顶面面积不超过400m2。在离泡沫轻质土路基顶部0.5m至1.0m的轻质土内设置金属网。金属网材料宜为镀锌铁丝，其规格为Φ1mm～2mm@5cm×5cm或Φ3mm～4mmm@10cm×10cm。
沿路基纵向每隔15～25m设置一道沉降缝，由泡沫轻质土向下延伸至基础，沉降缝宽1～2cm，全断面填塞泡沫板；
(7)泡沫轻质土浇筑完成后，用防渗土工膜5覆盖养护，保持湿润，至表面浇注层强度≥0.4MPa后方可进行路面结构层1施工；
泡沫轻质土路床施工完毕后，仅当泡沫轻质土Ⅰ区2强度≥0.4MPa或路床弯沉满足设计要求，方可进行路面结构层施工。路面结构层1施工应避免大型机械直接在路床顶部行走，卸料车、压路机应在推平机械的后端行驶，采取边推平、边卸料、边碾压的前进方式施工。
另外，如图3-5所示，路基两侧还设置有护栏7以及C30砼护栏基础8，当防撞护栏基础与泡沫轻质土顶面存在空隙时，采用C30素砼调平，砼用量计入防撞护栏基础。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于全尾矿粉的功能梯度复合路基，其特征在于，由下而上依次包括普通尾矿粉路堤区、固化尾矿粉路堤区、泡沫轻质土Ⅱ区和泡沫轻质土Ⅰ区，在路基外侧设置有挡土墙；
路基由上至下回弹模量逐渐降低；普通尾矿粉路堤区全部采用粒径小于50μm尾矿粉填筑，固化尾矿粉路堤区采用水泥固化后的尾矿粉填筑，泡沫轻质土Ⅱ区和泡沫轻质土Ⅰ区由两种不同湿容重的掺尾矿的泡沫轻质土浇筑而成；
所述泡沫轻质土Ⅰ区的湿容重为600~800 kg/m³，回弹模量为700~1200MPa；泡沫轻质土Ⅱ区湿容重为500~700 kg/m³，回弹模量为300~800MPa；固化尾矿粉路堤区的回弹模量为100~350 MPa；普通尾矿粉路堤区的回弹模量为20~120MPa；
普通尾矿粉路堤区底部设置有用于隔绝地下水的粒料透水层，粒料透水层厚度为30cm；
泡沫轻质土Ⅰ区的高度为70-80cm，泡沫轻质土Ⅱ区的高度为80-90cm，在泡沫轻质土Ⅰ区、泡沫轻质土Ⅱ区之间铺设土工格栅；
所述固化尾矿粉路堤区高度为30-40cm，固化尾矿粉路堤区中采用4%掺量的水泥对尾矿粉进行固化，其抗压强度不低于0.4MPa；
为增加稳定性，在普通尾矿粉路堤区的不同深度处分层埋设有横向锚杆，横向锚杆路线纵向间距为8m；
第一层横向锚杆即最底层锚杆位于开挖清表后地面线以上5m处，高度每增加3米，增设一层横向锚杆，最上层横向锚杆距离固化尾矿粉路堤区距离不得少于0.5m；
横向锚杆沿路基的横截面左右对称分布，横向锚杆的长度从下至上依次减小，横向锚杆长度为该横向锚杆至开挖清表后地面线竖向距离的1.2-1.4倍。
2.根据权利要求1所述的基于全尾矿粉的功能梯度复合路基，其特征在于，所述挡土墙上设置有预留孔，用于埋设横向锚杆，预留孔的孔直径为3cm；
每一横向锚杆末端浇筑有锚固块，以提高横向锚杆的侧向锚固力，另一端置于挡土墙的预留孔内，并浇筑水泥封孔。
3.根据权利要求2所述的基于全尾矿粉的功能梯度复合路基，其特征在于，所述挡土墙采用重力式砌石挡土墙、钢筋混凝土薄壁式挡土墙或拱形挡土墙。
4.根据权利要求3所述的基于全尾矿粉的功能梯度复合路基，其特征在于，泡沫轻质土Ⅱ区和泡沫轻质土Ⅰ区之间架设钢塑土工格栅来进行路床加固，纵、横向极限抗拉强度大于60KN/m，纵、横向极限抗拉强度下的伸长率小于等于3%，连接点极限分离力大于等于300N；
固化尾矿粉路堤区底部和泡沫轻质土Ⅰ区上部均设置有防渗土工膜。
5.一种权利要求1-4任一所述的基于全尾矿粉的功能梯度复合路基的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）地表处理：在路基填筑前，清除路基表面的软弱土层，清除完毕后，按规范要求压实度将地表碾压；
（2）在路堤两侧设置挡土墙：在天然石材较多的山区，采用重力式砌石挡土墙；平原地区采用钢筋混凝土薄壁式挡土墙；在弯道内侧采用拱形挡土墙；挡土墙的基础埋置至地表以下1m至1.25m；在挡土墙预留孔以埋设锚杆，孔直径为3cm；
（3）设置排水设施：在固化尾矿粉路堤区底部设置PVC排水管，在路基底部粒料透水层外侧设置横穿挡土墙的泄水孔，挡土墙外侧墙趾处设置纵向排水沟；
（4）采用分层压实法摊铺和压实尾矿粉；
（5）在普通尾矿粉路堤区的不同深度处分层埋设有横向锚杆，横向锚杆路线纵向间距为8m；第一层横向锚杆即最底层锚杆位于开挖清表后地面线以上5m处，高度每增加3米，增设一层横向锚杆，最上层横向锚杆距离固化尾矿粉路堤区距离不得少于0.5m；
横向锚杆沿路基的横截面左右对称分布，横向锚杆的长度从下至上依次减小，横向锚杆长度为该横向锚杆至开挖清表后地面线竖向距离的1.2-1.4倍；
在锚杆锚固末端浇筑混凝土锚固块，以提高锚杆的侧向锚固力，将锚杆的另一端置入挡土墙预留孔后浇筑水泥浆进行封孔；
（6）在固化尾矿粉路堤区上浇筑两层不同湿容重的泡沫轻质土，即泡沫轻质土Ⅱ区和泡沫轻质土Ⅰ区，形成上、下路床；泡沫轻质土Ⅰ区的湿密度为600~800kg/m³，高度为70-80cm，泡沫轻质土Ⅱ区湿密度为500~700 kg/m³，高度为80-90cm；在两层泡沫轻质土之间铺设土工格栅；泡沫轻质土按水平分层浇筑施工，单层厚度应为0.3m，上下两层轻质土的浇筑时间间隔不宜小于8小时；轻质土沿纵向分仓浇筑，分仓长度不超过20m，单个浇筑区顶面面积不超过400m2；在泡沫轻质土Ⅰ区上部铺设防渗土工膜，防止泡沫轻质土暴露使用；
（7）泡沫轻质土浇筑完成后，用土工膜覆盖养护，保持湿润，至表面浇注层强度≥0.4MPa后方可进行路面结构层施工。
6.根据权利要求5所述的基于全尾矿粉的功能梯度复合路基的施工方法，其特征在于，步骤（4）具体为：
首先，在路堤底部铺设厚度30cm的粒料透水层以防止地下水上升，随后通过尾矿粉铺筑普通尾矿粉路堤区，尾矿粉每层松铺高度为30cm；先稳压，后振动碾压，在直线路段内由两侧路肩处向内侧路碾压，并重叠1/2轮宽，后轮必须超过两段的接缝，后轮压完路面全宽时为一遍；在规定时间内碾压至要求的密实度，同时轮迹不突出，碾压6~8遍为宜；碾压时使尾矿含水率维持在最佳含水率，机械摊铺尾矿后采用冲击碾压法，碾压距路堤顶部0.8m以下的部分直至达到94%以上的压实度，碾压路堤顶部0-0.8m的部分直至达到96%以上的压实度；采用4%掺量的水泥对路堤顶部30cm尾矿粉进行固化得到固化尾矿粉路堤区，以防止路面水下渗，解决尾矿粉路基遇水软化的问题。
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|---|---|---|---|---|
| CN102704364A (zh) * | 2012-06-29 | 2012-10-03 | 石家庄铁道大学 | 一种粘土包边尾矿砂路基结构及其施工方法 |
| CN208055787U (zh) * | 2018-02-23 | 2018-11-06 | 安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司 | 一种掺尾矿砂的道路结构 |
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