CN117904912A - 一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于公路建设技术领域，具体涉及一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构及施工方法。包括地基，地基上铺设有底部隔水区，底部隔水区上铺设有软质岩填芯区，软质岩填芯区的两侧设置有超疏水软质岩包边疏水区，软质岩填芯区上铺设有超疏水软质岩封盖疏水区，软岩超疏水封盖区上铺设有刚度恒稳区，刚度恒稳区上铺设有路面结构层，底部隔水区、超疏水软质岩包边疏水区、超疏水软质岩封盖疏水区及刚度恒稳区的外侧面共同构成边坡坡面，边坡坡面上铺设有坡面防护区。本发明的路基结构稳定性好、刚度稳定、工后沉降小，可避免软质岩路基的开裂、沉陷等，实现路基路面的延寿，提升路面行车的舒适性。
Description
技术领域
本发明属于公路建设技术领域，具体涉及一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构及施工方法。
背景技术
软质岩具有遇水崩解、软化，甚至泥化，变形急剧增大、强度急剧衰减的工程特性，是不良的路基填料。当前，绿色公路建设稳步推进，“少借方、零弃方”的公路路基填筑方法是必然要求。软质岩作为公路路基填料得到了规模化利用。
实际工程中，采用无机结合料改良处治或黏性土封闭的方法进行软质岩路基的修筑，取得了一定的效果。但同时也发现，软质岩路基路面的开裂、沉陷等病害仍较其他路基填料更为多发。究其根源，软质岩路基的沉降变形大和强度衰减是其病害的根本原因，水是软质岩路基沉降变形大和强度衰减的主要诱因。显然，软质岩路基的修筑技术难题尚未解决。
实现软质岩路基的湿度稳定、刚度恒稳、工后沉降小是软质岩路基高质量建设的关键。为此，提出了一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构及施工方法。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本发明公开了一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构及施工方法，并具体公开了以下技术方案：
一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构，包括地基，所述地基的上方铺设有底部隔水区，所述底部隔水区的上方铺设有软质岩填芯区，所述软质岩填芯区的两侧设置有超疏水软质岩包边疏水区，所述软质岩填芯区的上方铺设有超疏水软质岩封盖疏水区，所述超疏水软质岩封盖疏水区的上方铺设有刚度恒稳区，所述刚度恒稳区的上方铺设有路面结构层，所述底部隔水区、所述超疏水软质岩包边疏水区、所述超疏水软质岩封盖疏水区以及所述刚度恒稳区的外侧面共同构成边坡坡面，所述边坡坡面上铺设有坡面防护区；
还包括路基排水系统和路面排水系统，所述路基排水系统包括坡面急流槽、平台截水沟、坡脚排水沟，所述平台截水沟和所述坡面急流槽均设置于边坡坡面上，所述坡脚排水沟设置于靠近边坡坡面的坡脚处的地基上，所述平台截水沟和所述坡脚排水沟均与所述坡面急流槽连通，所述坡面急流槽的顶端与路面排水系统的排水口连通。
进一步的，所述底部隔水区的填料为硬质岩石、中硬质岩石的石渣或碎石，所述底部隔水区的厚度不小于50cm，所述底部隔水区的石料最大粒径不超过层厚的2/3；
所述软质岩填芯区的填料为软质岩，所述软质岩包括较软岩、软岩和极软岩，所述软质岩填芯区的上路堤的摊铺层厚不大于30cm，所述软质岩填芯区的下路堤的摊铺层厚不大于40cm，所述软质岩填芯区的填料最大粒径小于层厚；
所述超疏水软质岩包边疏水区的填料为超疏水软质岩，所述超疏水软质岩包边疏水区的上路堤的摊铺层厚不大于30cm，所述超疏水软质岩包边疏水区的下路堤的摊铺层厚不大于40cm，所述超疏水软质岩包边疏水区的填料最大粒径不大于10cm；
所述超疏水软质岩封盖疏水区的填料为超疏水软质岩，所述超疏水软质岩封盖疏水区的厚度不小于30cm，所述超疏水软质岩封盖疏水区的填料最大粒径不超过10cm；
所述超疏水软质岩为渗透有超疏水溶液的软质岩；
所述刚度恒稳区的填料为硬质岩石或中硬质岩石，所述刚度恒稳区的厚度不小于80cm，所述刚度恒稳区的摊铺层厚不大于30cm，所述刚度恒稳区的填料最大粒径小于10cm。
进一步的，所述坡面防护区采用骨架植草结构，所述骨架植草结构的骨架采用拱形砼骨架，拱形砼骨架上设置有拦水带和排水槽，所述坡面防护区的最小客土层厚度不小于15cm。
一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构的施工方法，包括以下步骤：
S1、施工准备，包括施工测量、试验、地基处理以及试验路段施工；
S2、进行地基表层的填前压实和压实度检测；
S3、进行底部隔水区的施工；
S4、采用布设方格网、插杆、挂线的方式控制松铺厚度，同步进行第一层软质岩填芯区、第一层超疏水软质岩包边疏水区的上料、摊铺、平整和超粒径块石的破碎；
S5、根据第一层超疏水软质岩包边疏水区的软质岩方量，按照步骤S1中的试验确定的最佳掺配比和最佳水乳比，计算第一层超疏水软质岩包边疏水区需要掺配的超疏水乳液和水的方量；
S6、按照步骤S1中的试验路段确定的超疏水溶液配制工艺，将步骤S5中的超疏水乳液和水进行稀释、拌和，配制第一层超疏水软质岩包边疏水区所需的超疏水溶液；
S7、按照步骤S1中的试验路段确定的超疏水溶液喷洒、溶液和软质岩拌和及翻松晾晒的工艺参数，进行第一层超疏水软质岩包边疏水区范围内超疏水乳液的喷洒、乳液与软质岩的拌和及翻松晾晒的施工；
S8、进行第一层超疏水软质岩包边疏水区的粗平施工；
S9、同步进行第一层超疏水软质岩包边疏水区和第一层软质岩填芯区的精平施工；
S10、按照步骤S1中的试验路段确定的压实工艺参数，同步进行第一层超疏水软质岩包边疏水区和第一层软质岩填芯区的压实施工；
S11、按照步骤S1中的试验路段确定的压实质量检测方法、指标及标准，同步进行第一层超疏水软质岩包边疏水区和第一层软质岩填芯区的压实质量检测；压实质量合格，完成第一层超疏水软质岩包边疏水区和第一层软质岩填芯区的施工；压实质量不合格，明确原因，进行针对性处理，直至压实质量合格；
S12、依次重复S4至S11的施工步骤，进行其余层位的施工，直至填筑至软质岩填芯区的顶面高程；
S13、参照步骤S4，进行第一层超疏水软质岩封盖疏水区的上料、摊铺、平整和超粒径块石的破碎；并参照步骤S5中的方法，计算需要掺配的超疏水乳液和水的方量；参照步骤S6中的方法，配制超疏水溶液；参照步骤S7中的方法，进行超疏水溶液的喷洒、溶液与软质岩的拌和、翻松晾晒的施工；参照步骤S8至S11中的方法，进行第一层超疏水软质岩封盖疏水区的粗平、精平、碾压和质量检测施工；
S14、根据步骤S13的方法，进行超疏水软质岩封盖疏水区其余层位的施工，直至填筑至超疏水软质岩封盖疏水区的顶面高程；
S15、进行刚度恒稳区的上料、摊铺、平整、碾压和质量检测施工，直至填筑至路基顶面高程；
S16、进行坡面防护区和坡面急流槽的施工；
S17、进行路基整修和交工验收；
S18、路基交工验收合格后，进行路面结构层的施工。
进一步的，步骤S1中的试验为路基施工前，对路基基底原状土、拟作为路基填料的软质岩、中硬质岩石和硬质岩石的石渣或碎石进行取样试验；
试验土样包括路基基底原状土、软质岩和超疏水软质岩、中硬质岩石和硬质岩石的石渣或碎石；
路基基底原状土的试验项目包括天然含水率试验、液限试验、塑限试验、颗粒分析试验和击实试验，明确基底原状土的工程分类和特性；
软质岩的试验项目包括天然含水率试验、液限试验、塑限试验、颗粒分析试验、击实试验、CBR试验以及饱和单轴抗压强度试验，明确软质岩的路用特性、分类和适用范围；
超疏水软质岩的试验项目包括击实试验、CBR试验、超疏水性试验以及耐水性试验，明确超疏水软质岩的路用特性，提出超疏水软质岩的最佳掺配比及超疏水溶液的最佳水乳比；
中硬质岩石和硬质岩石的石渣或碎石的试验项目包括击实试验、CBR试验和饱和单轴抗压强度试验，明确石渣或碎石的路用特性和适用范围。
进一步的，步骤S14中的超疏水软质岩封盖疏水区的顶面设4％的排水横坡。
进一步的，超疏水软质岩包边疏水区和超疏水软质岩封盖疏水区的渗透系数≤10ml/min；超疏水软质岩包边疏水区和超疏水软质岩封盖疏水区的超疏水性能检测方法采用目测法，超疏水软质岩压实层干燥后，进行泼水，目测其是否形成荷叶效应；超疏水软质岩包边疏水区和超疏水软质岩封盖疏水区的吸水率现场取样，并进行制件和泡水测试，吸水率≤2％，试件的吸水率计算公式为：
式中，w——试件的吸水率(％)；m1——泡水后试筒和试件的合质量(g)；m2——试筒和试件的合质量(g)；m——试筒的质量(g)。
进一步的，超疏水软质岩的击实试验的具体步骤如下：
A1、准备试验用土：将软质岩进行破碎，过40mm的圆孔筛，筛取击实试验的试料用量，采用烘干法进行烘干，并称取干土重量；
A2、配制超疏水溶液：分别按照1:4、1:6、1:8、1:10的水乳比进行超疏水乳液的稀释，配制超疏水溶液；
A3、闷料：按照四分法制备试样，每一种水乳比的超疏水溶液至少准备5个试样，分别按照1％～3％递增的原则加入超疏水溶液，将土样拌和均匀，并密封闷料一昼夜备用；
A4、制件与试验：按照击实试验的相关要求进行制件和试验；
A5、整理数据：获得不同超疏水溶液对的最佳含水率和最大干密度；
超疏水软质岩的CBR试验的具体步骤如下：
B1、准备试验用土：将软质岩进行破碎，过20mm的圆孔筛，筛取CBR试验的试料用量，采用烘干法进行烘干，并称取干土重量；
B2、配制超疏水溶液：分别按照1:4、1:6、1:8、1:10的水乳比进行超疏水乳液的稀释，配制超疏水溶液；
B3、闷料：按照四分法制备试样，每一种水乳比的超疏水溶液，分别按照最佳含水率+2％、最佳含水率+4％、最佳含水率+6％的标准，将超疏水溶液分别加入称取的烘干土样中，将土样拌和均匀，并密封闷料四昼夜备用；
B4、闷料干燥处理：闷料结束后，将闷好的土样进行自然晾晒或50℃烘箱内烘干处理，含水率处理至最佳含水率，且表面干燥；
B5、制件与试验：按照CBR试验的相关要求进行制件和试验；
B6、整理数据：获得不同超疏水溶液对的承载比和膨胀率；
超疏水软质岩的超疏水性试验的具体步骤如下：
C1、准备试验用土：将软质岩进行破碎，过20mm的圆孔筛，筛取CBR试验的试料用量，采用烘干法进行烘干，并称取干土重量；
C2、配制超疏水溶液：分别按照1:4、1:6、1:8、1:10的水乳比进行超疏水乳液的稀释，配制超疏水溶液；
C3、闷料：按照四分法制备试样，每一种水乳比的超疏水溶液，分别按照最佳含水率+2％、最佳含水率+4％、最佳含水率+6％的标准，将超疏水溶液分别加入称取的烘干土样中，将土样拌和均匀，并密封闷料四昼夜备用；
C4、闷料干燥处理：闷料结束后，将闷好的土样进行自然晾晒或50℃烘箱内烘干处理，含水率处理至最佳含水率，且表面干燥；
C5、制件与脱模：按照承载比试验的相关要求进行制件，制件后进行脱模；
C6、滴水超疏水性试验：在试件的上端面、下端面和侧面进行滴水，目测试件的超疏水效果；
超疏水软质岩的耐水性以泡水前后单轴抗压强度的衰变情况表征，单轴抗压强度试验的具体步骤如下：
D1、准备试验用试件：采用干法制备软质岩圆柱体试样，圆柱体试样的尺寸为φ50mm×100mm，并在烘箱内烘干；
D2、配制超疏水溶液：分别按照1:4、1:6、1:8、1:10的水乳比进行超疏水乳液的稀释，配制超疏水溶液；
D3、浸润试件：将试件分别放入不同水乳比的超疏水溶液中，然后取出、密封、浸润试件一昼夜备用；
D4、试件干燥处理：闷件结束后，将闷好的试件进行自然晾晒或50℃烘箱内烘干处理，直至表面干燥；
D5、试件泡水：将干燥后的试件，放入水中浸泡，浸泡四天，目测试件的超疏水和崩解情况；
D6、试验：参照单轴抗压强度试验的相关规定，分别对D1中的烘干试件和D5中的泡水试件进行试验；
D7、整理数据：分析超疏水软质岩的耐水性；
超疏水软质岩的耐崩解性试验的具体步骤如下：
E1、准备试验用试件：选取每块质量为40g～60g的浑圆块状试件，每组试验试件的数量不少于10个，并在烘箱内烘干；
E2、配制超疏水溶液：分别按照1:4、1:6、1:8、1:10的水乳比进行超疏水乳液的稀释，配制超疏水溶液；
E3、浸润试件：将试件分别放入不同水乳比的超疏水溶液中，然后取出、密封、浸润试件一昼夜备用；
E4、开始试验：闷件结束后，按照耐崩解性试验的试验步骤进行试验；
E5、整理数据：计算超疏水软质岩的耐崩解性指数。
进一步的，步骤S18中，路面结构层铺筑前，高性能路基至少经历一个完整雨季或6个月的自然沉降稳定期。
进一步的，步骤S18中，路面结构层铺筑待沉降稳定后进行，路面结构层开始铺筑前3个月的路基沉降速率平均值不大于2mm/月。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明中底部隔水区可引排地下水和地表水，隔离毛细水，增强路基与地基的摩擦力，增加路基的稳定性；超疏水软质岩包边疏水区和封盖区可避免水入渗路基，确保软质岩路基的湿度稳定；刚度恒稳区可确保路基刚度稳定。本发明确保了路基的稳定性好、刚度稳定和工后沉降小，可避免软质岩路基的开裂、沉陷等，实现路基路面的延寿，提升路面行车的舒适性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中施工方法的流程图。
1-地基、2-底部隔水区、3-软质岩填芯区、4-超疏水软质岩封盖疏水区、5-刚度恒稳区、6-超疏水软质岩包边疏水区、7-坡面防护区、8-路面结构层。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参照图1，一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构，包括地基1，所述地基1的上方铺设有底部隔水区2，所述底部隔水区2的上方铺设有软质岩填芯区3，所述软质岩填芯区3的两侧设置有超疏水软质岩包边疏水区6，所述软质岩填芯区3的上方铺设有超疏水软质岩封盖疏水区4，所述超疏水软质岩封盖疏水区4的上方铺设有刚度恒稳区5，所述刚度恒稳区5的上方铺设有路面结构层8，所述底部隔水区2的侧面、所述超疏水软质岩包边疏水区6的外侧面、所述超疏水软质岩封盖疏水区4的侧面以及所述刚度恒稳区5的侧面共同构成边坡坡面，所述边坡坡面上铺设有坡面防护区7；
还包括路基排水系统和路面排水系统，所述路基排水系统和所述路面排水系统有效衔接。所述路基排水系统包括坡面急流槽、平台截水沟、坡脚排水沟等，所述坡面急流槽设置于边坡坡面上，与路面排水系统泄水口、平台截水沟泄水口、坡脚排水沟有效衔接，所述平台截水沟长度超过500m时，宜在中间适宜位置处增设泄水口，与坡面急流槽有效衔接，所述坡脚排水沟设置于密实的地基1上，距离路基坡脚的距离不小于2m。所述路面排水系统包括路面表面集中排水系统、中央分隔带排水系统、路面边缘排水系统。所述路面表面集中排水系统包括沥青路面横坡、路肩拦水带等，所述中央分隔带排水由防水层、纵向排水渗沟、集水槽和横向排水管等组成，所述路面边缘排水系统宜由透水性填料集水沟、纵向排水管、横向出水管和过滤织物等组成。
所述底部隔水区2的填料为硬质岩石、中硬质岩石的石渣或碎石，所述底部隔水区的厚度不小于50cm，所述底部隔水区2的石料最大粒径不超过层厚的2/3。
在本实施例中，高速公路超疏水软质岩高性能路基结构的路基填土边坡高度不超过20m；路基填土边坡高度超过8m时，路基边坡中部设置宽度不小于2m的平台，每级边坡高度不宜超过8m；一级边坡坡度不宜陡于1:1.5，二、三级边坡坡度不宜陡于1:1.75；平台上设置平台排水沟，平台排水沟与坡面急流槽连通。
本实施例中，所述软质岩包括较软岩、软岩和极软岩，用作路基填料的软质岩的最小承载比和最大粒径符合规范中路基部位的相关规定。
本实施例中，所述超疏水软质岩是指采用超疏水溶液与软质岩以适当比例混合并干燥后形成的具有超疏水特性(荷叶效应)的土体，所述的超疏水溶液为超疏水乳液兑水稀释后的稀释液，兑水稀释倍数为1:2至1:30；所述的超疏水乳液为浓缩液，其有效物质含量为50％，有效物质对各种路基填料的重量比为0.01％至1％。
本实施例中，所述软质岩填芯区3的下路堤部位的摊铺层厚不大于40cm，石料最大粒径小于40cm；上路堤部位的摊铺层厚不大于30cm，石料最大粒径小于30cm；首先，软质岩填芯区3和超疏水软质岩包边疏水区6同步先采用后挂专用耕耙犁的大型推土机和羊足碾压路机反复耙压；其次，待超疏水软质岩包边疏水区6反复翻松晾晒至最佳含水率附近时，和超疏水软质岩包边疏水区6同步按照试验路段确定的压实工艺进行碾压，碾压工艺一般为采用自重不小于22t的振动压路机进行压实，碾压方式为静压+振压相结合，振压遍数不少于4遍，直至碾压结束；压实质量检测合格后，进行下一层位的施工，直至填筑至软质岩填芯区3的顶面高程。
本实施例中，所述超疏水软质岩包边疏水区6的填料为超疏水软质岩，所述超疏水软质岩包边疏水区6的下路堤部位的摊铺层厚不大于40cm，上路堤部位的摊铺层厚不大于30cm；疏水软质岩包边区6的填料最大粒径不大于10cm。超疏水软质岩包边疏水区6的宽度不小于1.0m，上下一致；超疏水软质岩包边疏水区6与软质岩填芯区3的填料同步上料、同步摊铺、同步进行超粒径石料的破碎。首先，在包边区宽度范围内按照试验路段确定的超疏水溶液喷洒、拌和工艺进行超疏水软质岩路拌法施工，一般情况下，喷洒、拌和遍数不宜少于3遍；其次，拌和均匀后，按照试验路段确定的翻松晾晒工艺进行翻松晾晒，直至晾晒至最佳含水率附近；第三，和软质岩填芯区3同步进行精平，按照试验路段确定的压实工艺进行碾压，碾压工艺一般为采用自重不小于22t的振动压路机进行压实，碾压方式为静压+振压相结合，振压遍数不少于4遍，直至碾压结束；最后，与软质岩填芯区3同步进行压实质量检测；压实质量检测合格后，进行下一层位的施工，直至填筑至软质岩填芯区3的顶面高程。
本实施例中，所述超疏水软质岩封盖疏水区4的填料为超疏水软质岩，所述超疏水软质岩封盖疏水区4的松铺厚度不超过25cm，所述超疏水软质岩封盖疏水区4的填料的最大粒径不超过10cm。超疏水软质岩封盖疏水区4的压实按照试验路段确定的压实工艺进行碾压，碾压工艺一般为采用自重不小于26t的振动压路机进行压实，碾压方式为静压+振压相结合，振压遍数不少于4遍，直至碾压结束；压实质量检测合格后，进行下一层位的施工，直至填筑至超疏水软质岩封盖疏水区4的顶面高程。超疏水软质岩封盖疏水区4的顶面设4％的横坡，确保水能通过横坡及时排出路基。
本实施例中，所述刚度恒稳区5的填料为硬质岩石、中硬质岩石的石渣或碎石，所述刚度恒稳区5的厚度不小于80cm，所述刚度恒稳区5的填料的最大粒径不超过10cm，所述刚度恒稳区5的摊铺层厚不大于30cm。刚度恒稳区5的压实按照试验路段确定的压实工艺进行碾压，碾压工艺一般为采用自重不小于26t的振动压路机进行压实，碾压方式为静压+振压相结合，振压遍数不少于6遍，直至碾压结束；压实质量检测合格后，进行下一层位的施工，直至填筑至刚度恒稳区5的顶面高程。
实施例2
参照图2，一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构的施工方法，包括以下步骤：
S1、施工准备，包括施工测量、试验、地基处理、试验路段；
S2、进行地基1表层的填前压实和压实度检测；
S3、进行底部隔水区2的施工；
S4、采用布设方格网、插杆、挂线的方式控制松铺厚度，同步进行第一层软质岩填芯区3、第一层超疏水软质岩包边疏水区6的上料、摊铺、平整和超粒径块石的破碎；
S5、根据第一层超疏水软质岩包边疏水区6的软质岩方量，按照步骤S1中试验确定的最佳掺配比和最佳水乳比，计算第一层超疏水软质岩包边疏水区6需要掺配的超疏水乳液和水的方量；
S6、按照步骤S1中试验路段确定的超疏水溶液配制工艺，将步骤S5的超疏水乳液和水进行稀释、拌和，配制第一层超疏水软质岩包边疏水区6所需的超疏水溶液；
S7、按照步骤S1中试验路段确定的超疏水溶液喷洒、溶液和软质岩拌和及翻松晾晒等工艺参数，进行第一层超疏水软质岩包边疏水区6范围内超疏水乳液的喷洒、乳液与软质岩的拌和及翻松晾晒等的施工；
S8、进行第一层超疏水软质岩包边疏水区6的粗平施工；
S9、同步进行第一层超疏水软质岩包边疏水区6和第一层软质岩填芯区3的精平施工；
S10、按照S1试验路段确定的压实工艺参数，同步进行第一层超疏水软质岩包边疏水区6和第一层软质岩填芯区3的压实施工；
S11、按照S1试验路段确定的压实质量检测方法、指标及标准，同步进行第一层超疏水软质岩包边疏水区6和第一层软质岩填芯区3的压实质量检测。压实质量合格，完成第一层超疏水软质岩包边疏水区6和第一层软质岩填芯区3的施工；压实质量不合格，明确原因，进行针对性处理，直至压实质量合格；
S12、依次重复S4至S11的施工步骤，进行其余层位的施工，直至填筑至软质岩填芯区3的顶面高程；
S13、参照步骤S4，进行第一层超疏水软质岩封盖疏水区4的上料、摊铺、平整和超粒径块石的破碎；并参照步骤S5中的方法，计算需要掺配的超疏水乳液和水的方量；参照步骤S6中的方法，配制超疏水溶液；参照步骤S7中的方法，进行超疏水溶液的喷洒、溶液与软质岩的拌和、翻松晾晒等的施工；参照步骤S8至S11中的方法，进行第一层超疏水软质岩封盖疏水区4的粗平、精平、碾压和质量检测施工；
S14、根据步骤S13的方法，进行超疏水软质岩封盖疏水区4其余层位的施工，直至填筑至超疏水软质岩封盖疏水区4的顶面高程；
S15、进行刚度恒稳区5的上料、摊铺、平整、碾压和质量检测施工，直至填筑至路基顶面高程；
S16、进行坡面防护区7和坡面急流槽的施工；
S17、进行路基整修和交工验收；
S18、路基交工验收合格后，进行路面结构层8的施工。
本实施例中，步骤S1中的施工测量为路基施工前，根据《公路路基施工技术规范》(JTG/T3610-2019)的有关规定，做好施工测量。
本实施例中，步骤S1中的试验为路基施工前，对路基基底原状土、拟作为路基填料的软质岩、中硬质岩石和硬质岩石的石渣或碎石进行取样试验。
试验土样包括路基基底原状土、软质岩和超疏水软质岩、中硬质岩石和硬质岩石的石渣或碎石。
路基基底原状土的试验项目包括天然含水率、液限、塑限、颗粒分析、击实等，明确基底原状土的工程分类和特性；
软质岩的试验项目包括天然含水率、液限、塑限、颗粒分析、击实、CBR、饱和单轴抗压强度等，明确软质岩的路用特性、分类和适用范围；
超疏水软质岩的试验项目包括击实、CBR、超疏水性、耐水性等，明确超疏水软质岩的路用特性，提出超疏水软质岩的最佳掺配比(超疏水溶液：软质岩)及超疏水溶液的最佳水乳比(水：超疏水乳液)。
中硬质岩石和硬质岩石的石渣或碎石的试验项目包括击实、CBR、饱和单轴抗压强度等，明确石渣或碎石的路用特性和适用范围；
本实施例中，步骤S1中的地基处理为路基填筑施工前，根据《公路路基设计规范》(JTGD30-2015)和施工图设计的有关规定，做好地基处理。
本实施例中，步骤S1中的试验路段为路基填筑施工前，铺筑试验路段。试验路段施工总结包括下列内容：
A1、填料试验、检测报告等；
A2、超疏水乳液稀释、拌和等超疏水溶液配制工艺；
A3、超疏水溶液的喷洒和喷洒遍数、溶液与软质岩的拌和和拌和遍数、超疏水软质岩的翻松晾晒和翻松晾晒遍数等工艺及参数；
A4、软质岩及超疏水软质岩压实的机械及组合、松铺厚度、碾压遍数、碾压速度、碾压方式、碾压含水率控制范围等压实工艺参数；
A5、中硬质岩石、硬质岩石的石渣或碎石压实的机械及组合、松铺厚度、碾压遍数、碾压速度、碾压方式等压实工艺参数；
A6、压实质量控制方法、指标及标准
A7、超疏水软质岩包边疏水区和封盖区的渗透系数、超疏水性能、吸水率等。
本实施例中，步骤S14中的超疏水软质岩封盖疏水区的顶面设4％的排水横坡。
本实施例中，超疏水软质岩包边疏水区和封盖区的渗透系数按照《公路路基路面现场测试规程》(JTG3450-2019)中的T0971-2019沥青路面渗水系数测试方法测试，渗水系数≤10ml/min，每200m每压实层测2处。
本实施例中，超疏水软质岩包边疏水区和封盖区的超疏水性能检测方法采用目测法，超疏水软质岩压实层干燥后，进行泼水，目测其是否形成荷叶效应。
本实施例中，超疏水软质岩包边疏水区和封盖疏水区的吸水率现场取样，参照《公路土工试验规程》(JTG3430-2020)中的T0134-2019承载比(CBR)测试方法进行制件和泡水测试，吸水率≤2％，每200m每压实层测2处。
试件的吸水率按式(1)计算。
式中，w——试件的吸水率(％)；m1——泡水后试筒和试件的合质量(g)；m2——试筒和试件的合质量(g)；m——试筒的质量(g)。
本实施例中，超疏水软质岩的击实试验的具体步骤如下：
A1、准备试验用土。将软质岩进行破碎，过40mm的圆孔筛，筛取击实试验的试料用量，烘干法烘干，并称取干土重量。
A2、配制超疏水溶液。分别按照1:4、1:6、1:8、1:10的水乳比进行超疏水乳液的稀释，配制超疏水溶液。
A3、闷料。按照四分法制备试样，每一种水乳比的超疏水溶液至少准备5个试样，分别按照1％～3％递增的原则加入超疏水溶液，将土样拌和均匀，并密封闷料一昼夜备用。
A4、制件与试验。按照《公路土工试验规程》(JTG3430-2020)中的T0131-2019击实试验的相关要求进行制件和试验。
A5、整理数据。获得不同超疏水溶液对的最佳含水率和最大干密度。
本实施例中，超疏水软质岩的CBR试验的具体步骤如下：
B1、准备试验用土。将软质岩进行破碎，过20mm的圆孔筛，筛取CBR试验的试料用量，烘干法烘干，并称取干土重量。
B2、配制超疏水溶液。分别按照1:4、1:6、1:8、1:10的水乳比进行超疏水乳液的稀释，配制超疏水溶液。
B3、闷料。按照四分法制备试样，根据已确定的最佳含水率，每一种水乳比的超疏水溶液，分别按照最佳含水率+2％、最佳含水率+4％、最佳含水率+6％的标准，将超疏水溶液分别加入称取的烘干土样中，将土样拌和均匀，并密封闷料四昼夜备用。
B4、闷料干燥处理。闷料结束后，将闷好的土样进行自然晾晒或50℃烘箱内烘干处理，含水率处理至最佳含水率，且表面干燥。
B5、制件与试验。按照《公路土工试验规程》(JTG3430-2020)中的T0134-2019承载比(CBR)试验的相关要求进行制件和试验。
B6、整理数据。获得不同超疏水溶液对的承载比和膨胀率。
本实施例中，超疏水软质岩的超疏水性试验的具体步骤如下：
C1、准备试验用土。将软质岩进行破碎，过20mm的圆孔筛，筛取CBR试验的试料用量，烘干法烘干，并称取干土重量。
C2、配制超疏水溶液。分别按照1:4、1:6、1:8、1:10的水乳比进行超疏水乳液的稀释，配制超疏水溶液。
C3、闷料。按照四分法制备试样，根据已确定的最佳含水率，每一种水乳比的超疏水溶液，分别按照最佳含水率+2％、最佳含水率+4％、最佳含水率+6％的标准，将超疏水溶液分别加入称取的烘干土样中，将土样拌和均匀，并密封闷料四昼夜备用。
C4、闷料干燥处理。闷料结束后，将闷好的土样进行自然晾晒或50℃烘箱内烘干处理，含水率处理至最佳含水率，且表面干燥。
C5、制件与脱模。按照《公路土工试验规程》(JTG3430-2020)中的T0134-2019承载比(CBR)试验的相关要求进行制件，制件后进行脱模。脱模时尽量避免破坏试件。
C6、滴水超疏水性试验。在试件的上端面、下端面和侧面进行滴水，目测试件的超疏水效果。
本实施例中，超疏水软质岩的耐水性以泡水前后单轴抗压强度的衰变情况表征，单轴抗压强度试验的具体步骤如下：
D1、准备试验用试件。采用干法制备软质岩圆柱体试样，圆柱体试样的尺寸宜为φ50mm×100mm，并在烘箱内烘干。
D2、配制超疏水溶液。分别按照1:4、1:6、1:8、1:10的水乳比进行超疏水乳液的稀释，配制超疏水溶液。
D3、浸润试件。将试件分别放入不同水乳比的超疏水溶液中，然后取出、密封、浸润试件一昼夜备用。
D4、试件干燥处理。闷件结束后，将闷好的试件进行自然晾晒或50℃烘箱内烘干处理，直至表面干燥。
D5、试件泡水。将干燥后的试件，放入水中浸泡，浸泡四天，目测试件的超疏水和崩解情况。
D6、试验。参照《公路工程岩石试验规程》(JTGE41-2005)中T0221-2005单轴抗压强度试验的相关规定，分别对D1中烘干试件和D5中泡水试件进行试验。
D7、整理数据。分析超疏水软质岩的耐水性。
本实施例中，超疏水软质岩的耐崩解性试验的具体步骤如下：
E1、准备试验用试件。选取每块质量为40g～60g的浑圆块状试件，每组试验试件的数量不少于10个，并在烘箱内烘干。
E2、配制超疏水溶液。分别按照1:4、1:6、1:8、1:10的水乳比进行超疏水乳液的稀释，配制超疏水溶液。
E3、浸润试件。将试件分别放入不同水乳比的超疏水溶液中，然后取出、密封、浸润试件一昼夜备用。
E4、开始试验。闷件结束后，按照《公路工程岩石试验规程》(JTGE41-2005)中T0207-2005耐崩解性试验的试验步骤进行试验。
E5、整理数据。计算超疏水软质岩的耐崩解性指数。
本实施例中，超疏水软质岩适用的最佳掺配比和最佳水乳比根据相关试验结果综合确定。
本实施例中，步骤S18中，路面结构层8铺筑前，高性能路基至少经历一个完整雨季或6个月的自然沉降稳定期。
本实施例中，步骤S18中，路面结构层8铺筑必须待沉降稳定后进行。路面结构层8开始铺筑前3个月的路基沉降速率平均值不大于2mm/月
本发明中底部隔水区2可引排地下水和地表水，隔离毛细水，增强路基与地基1的摩擦力，增加路基的稳定性；超疏水软质岩包边疏水区6和封盖疏水区4可避免水入渗路基，确保软质岩路基的湿度稳定；刚度恒稳区5可确保路基刚度稳定。本发明确保了路基的稳定性好、刚度稳定和工后沉降小，可避免软质岩路基的开裂、沉陷等，实现路基路面的延寿，提升路面行车的舒适性。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构，其特征在于，包括地基，所述地基的上方铺设有底部隔水区，所述底部隔水区的上方铺设有软质岩填芯区，所述软质岩填芯区的两侧设置有超疏水软质岩包边疏水区，所述软质岩填芯区的上方铺设有超疏水软质岩封盖疏水区，所述超疏水软质岩封盖疏水区的上方铺设有刚度恒稳区，所述刚度恒稳区的上方铺设有路面结构层，所述底部隔水区、所述超疏水软质岩包边疏水区、所述超疏水软质岩封盖疏水区以及所述刚度恒稳区的外侧面共同构成边坡坡面，所述边坡坡面上铺设有坡面防护区；
还包括路基排水系统和路面排水系统，所述路基排水系统包括坡面急流槽、平台截水沟、坡脚排水沟，所述平台截水沟和所述坡面急流槽均设置于边坡坡面上，所述坡脚排水沟设置于靠近边坡坡面的坡脚处的地基上，所述平台截水沟和所述坡脚排水沟均与所述坡面急流槽连通，所述坡面急流槽的顶端与路面排水系统的排水口连通。
2.根据权利要求1所述的一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构，其特征在于，所述底部隔水区的填料为硬质岩石、中硬质岩石的石渣或碎石，所述底部隔水区的厚度不小于50cm，所述底部隔水区的石料最大粒径不超过层厚的2/3；
所述软质岩填芯区的填料为软质岩，所述软质岩包括较软岩、软岩和极软岩，所述软质岩填芯区的上路堤的摊铺层厚不大于30cm，所述软质岩填芯区的下路堤的摊铺层厚不大于40cm，所述软质岩填芯区的填料最大粒径小于层厚；
所述超疏水软质岩包边疏水区的填料为超疏水软质岩，所述超疏水软质岩包边疏水区的上路堤的摊铺层厚不大于30cm，所述超疏水软质岩包边疏水区的下路堤的摊铺层厚不大于40cm，所述超疏水软质岩包边疏水区的填料最大粒径不大于10cm；
所述超疏水软质岩封盖疏水区的填料为超疏水软质岩，所述超疏水软质岩封盖疏水区的厚度不小于30cm，所述超疏水软质岩封盖疏水区的填料最大粒径不超过10cm；
所述超疏水软质岩为渗透有超疏水溶液的软质岩；
所述刚度恒稳区的填料为硬质岩石或中硬质岩石，所述刚度恒稳区的厚度不小于80cm，所述刚度恒稳区的摊铺层厚不大于30cm，所述刚度恒稳区的填料最大粒径小于10cm。
3.根据权利要求1所述的一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构，其特征在于，所述坡面防护区采用骨架植草结构，所述骨架植草结构的骨架采用拱形砼骨架，拱形砼骨架上设置有拦水带和排水槽，所述坡面防护区的最小客土层厚度不小于15cm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、施工准备，包括施工测量、试验、地基处理以及试验路段施工；
S2、进行地基表层的填前压实和压实度检测；
S3、进行底部隔水区的施工；
S4、采用布设方格网、插杆、挂线的方式控制松铺厚度，同步进行第一层软质岩填芯区、第一层超疏水软质岩包边疏水区的上料、摊铺、平整和超粒径块石的破碎；
S5、根据第一层超疏水软质岩包边疏水区的软质岩方量，按照步骤S1中的试验确定的最佳掺配比和最佳水乳比，计算第一层超疏水软质岩包边疏水区需要掺配的超疏水乳液和水的方量；
S6、按照步骤S1中的试验路段确定的超疏水溶液配制工艺，将步骤S5中的超疏水乳液和水进行稀释、拌和，配制第一层超疏水软质岩包边疏水区所需的超疏水溶液；
S7、按照步骤S1中的试验路段确定的超疏水溶液喷洒、溶液和软质岩拌和及翻松晾晒的工艺参数，进行第一层超疏水软质岩包边疏水区范围内超疏水乳液的喷洒、乳液与软质岩的拌和及翻松晾晒的施工；
S8、进行第一层超疏水软质岩包边疏水区的粗平施工；
S9、同步进行第一层超疏水软质岩包边疏水区和第一层软质岩填芯区的精平施工；
S10、按照步骤S1中的试验路段确定的压实工艺参数，同步进行第一层超疏水软质岩包边疏水区和第一层软质岩填芯区的压实施工；
S11、按照步骤S1中的试验路段确定的压实质量检测方法、指标及标准，同步进行第一层超疏水软质岩包边疏水区和第一层软质岩填芯区的压实质量检测；压实质量合格，完成第一层超疏水软质岩包边疏水区和第一层软质岩填芯区的施工；压实质量不合格，明确原因，进行针对性处理，直至压实质量合格；
S12、依次重复S4至S11的施工步骤，进行其余层位的施工，直至填筑至软质岩填芯区的顶面高程；
S13、参照步骤S4，进行第一层超疏水软质岩封盖疏水区的上料、摊铺、平整和超粒径块石的破碎；并参照步骤S5中的方法，计算需要掺配的超疏水乳液和水的方量；参照步骤S6中的方法，配制超疏水溶液；参照步骤S7中的方法，进行超疏水溶液的喷洒、溶液与软质岩的拌和、翻松晾晒的施工；参照步骤S8至S11中的方法，进行第一层超疏水软质岩封盖疏水区的粗平、精平、碾压和质量检测施工；
S14、根据步骤S13的方法，进行超疏水软质岩封盖疏水区其余层位的施工，直至填筑至超疏水软质岩封盖疏水区的顶面高程；
S15、进行刚度恒稳区的上料、摊铺、平整、碾压和质量检测施工，直至填筑至路基顶面高程；
S16、进行坡面防护区和坡面急流槽的施工；
S17、进行路基整修和交工验收；
S18、路基交工验收合格后，进行路面结构层的施工。
5.根据权利要求4所述的一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构的施工方法，其特征在于，步骤S1中的试验为路基施工前，对路基基底原状土、拟作为路基填料的软质岩、中硬质岩石和硬质岩石的石渣或碎石进行取样试验；
试验土样包括路基基底原状土、软质岩和超疏水软质岩、中硬质岩石和硬质岩石的石渣或碎石；
路基基底原状土的试验项目包括天然含水率试验、液限试验、塑限试验、颗粒分析试验和击实试验，明确基底原状土的工程分类和特性；
软质岩的试验项目包括天然含水率试验、液限试验、塑限试验、颗粒分析试验、击实试验、CBR试验以及饱和单轴抗压强度试验，明确软质岩的路用特性、分类和适用范围；
超疏水软质岩的试验项目包括击实试验、CBR试验、超疏水性试验以及耐水性试验，明确超疏水软质岩的路用特性，提出超疏水软质岩的最佳掺配比及超疏水溶液的最佳水乳比；
中硬质岩石和硬质岩石的石渣或碎石的试验项目包括击实试验、CBR试验和饱和单轴抗压强度试验，明确石渣或碎石的路用特性和适用范围。
6.根据权利要求4所述的一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构的施工方法，其特征在于，步骤S14中的超疏水软质岩封盖疏水区的顶面设4％的排水横坡。
7.根据权利要求4所述的一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构的施工方法，其特征在于，超疏水软质岩包边疏水区和超疏水软质岩封盖疏水区的渗透系数≤10ml/min；超疏水软质岩包边疏水区和超疏水软质岩封盖疏水区的超疏水性能检测方法采用目测法，超疏水软质岩压实层干燥后，进行泼水，目测其是否形成荷叶效应；超疏水软质岩包边疏水区和超疏水软质岩封盖疏水区的吸水率现场取样，并进行制件和泡水测试，吸水率≤2％，试件的吸水率计算公式为：
式中，w——试件的吸水率(％)；m1——泡水后试筒和试件的合质量(g)；m2——试筒和试件的合质量(g)；m——试筒的质量(g)。
8.根据权利要求5所述的一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构的施工方法，其特征在于，超疏水软质岩的击实试验的具体步骤如下：
A1、准备试验用土：将软质岩进行破碎，过40mm的圆孔筛，筛取击实试验的试料用量，采用烘干法进行烘干，并称取干土重量；
A2、配制超疏水溶液：分别按照1:4、1:6、1:8、1:10的水乳比进行超疏水乳液的稀释，配制超疏水溶液；
A3、闷料：按照四分法制备试样，每一种水乳比的超疏水溶液至少准备5个试样，分别按照1％～3％递增的原则加入超疏水溶液，将土样拌和均匀，并密封闷料一昼夜备用；
A4、制件与试验：按照击实试验的相关要求进行制件和试验；
A5、整理数据：获得不同超疏水溶液对的最佳含水率和最大干密度；
超疏水软质岩的CBR试验的具体步骤如下：
B1、准备试验用土：将软质岩进行破碎，过20mm的圆孔筛，筛取CBR试验的试料用量，采用烘干法进行烘干，并称取干土重量；
B2、配制超疏水溶液：分别按照1:4、1:6、1:8、1:10的水乳比进行超疏水乳液的稀释，配制超疏水溶液；
B3、闷料：按照四分法制备试样，每一种水乳比的超疏水溶液，分别按照最佳含水率+2％、最佳含水率+4％、最佳含水率+6％的标准，将超疏水溶液分别加入称取的烘干土样中，将土样拌和均匀，并密封闷料四昼夜备用；
B4、闷料干燥处理：闷料结束后，将闷好的土样进行自然晾晒或50℃烘箱内烘干处理，含水率处理至最佳含水率，且表面干燥；
B5、制件与试验：按照CBR试验的相关要求进行制件和试验；
B6、整理数据：获得不同超疏水溶液对的承载比和膨胀率；
超疏水软质岩的超疏水性试验的具体步骤如下：
C1、准备试验用土：将软质岩进行破碎，过20mm的圆孔筛，筛取CBR试验的试料用量，采用烘干法进行烘干，并称取干土重量；
C2、配制超疏水溶液：分别按照1:4、1:6、1:8、1:10的水乳比进行超疏水乳液的稀释，配制超疏水溶液；
C3、闷料：按照四分法制备试样，每一种水乳比的超疏水溶液，分别按照最佳含水率+2％、最佳含水率+4％、最佳含水率+6％的标准，将超疏水溶液分别加入称取的烘干土样中，将土样拌和均匀，并密封闷料四昼夜备用；
C4、闷料干燥处理：闷料结束后，将闷好的土样进行自然晾晒或50℃烘箱内烘干处理，含水率处理至最佳含水率，且表面干燥；
C5、制件与脱模：按照承载比试验的相关要求进行制件，制件后进行脱模；
C6、滴水超疏水性试验：在试件的上端面、下端面和侧面进行滴水，目测试件的超疏水效果；
超疏水软质岩的耐水性以泡水前后单轴抗压强度的衰变情况表征，单轴抗压强度试验的具体步骤如下：
D1、准备试验用试件：采用干法制备软质岩圆柱体试样，圆柱体试样的尺寸为φ50mm×100mm，并在烘箱内烘干；
D2、配制超疏水溶液：分别按照1:4、1:6、1:8、1:10的水乳比进行超疏水乳液的稀释，配制超疏水溶液；
D3、浸润试件：将试件分别放入不同水乳比的超疏水溶液中，然后取出、密封、浸润试件一昼夜备用；
D4、试件干燥处理：闷件结束后，将闷好的试件进行自然晾晒或50℃烘箱内烘干处理，直至表面干燥；
D5、试件泡水：将干燥后的试件，放入水中浸泡，浸泡四天，目测试件的超疏水和崩解情况；
D6、试验：参照单轴抗压强度试验的相关规定，分别对D1中的烘干试件和D5中的泡水试件进行试验；
D7、整理数据：分析超疏水软质岩的耐水性；
超疏水软质岩的耐崩解性试验的具体步骤如下：
E1、准备试验用试件：选取每块质量为40g～60g的浑圆块状试件，每组试验试件的数量不少于10个，并在烘箱内烘干；
E2、配制超疏水溶液：分别按照1:4、1:6、1:8、1:10的水乳比进行超疏水乳液的稀释，配制超疏水溶液；
E3、浸润试件：将试件分别放入不同水乳比的超疏水溶液中，然后取出、密封、浸润试件一昼夜备用；
E4、开始试验：闷件结束后，按照耐崩解性试验的试验步骤进行试验；
E5、整理数据：计算超疏水软质岩的耐崩解性指数。
9.根据权利要求4所述的高速公路超疏水软质岩高性能路基结构的施工方法，其特征在于，步骤S18中，路面结构层铺筑前，高性能路基至少经历一个完整雨季或6个月的自然沉降稳定期。
10.根据权利要求4所述的高速公路超疏水软质岩高性能路基结构的施工方法，其特征在于，步骤S18中，路面结构层铺筑待沉降稳定后进行，路面结构层开始铺筑前3个月的路基沉降速率平均值不大于2mm/月。
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| CN202410068402.9A CN117904912A (zh) | 2024-01-17 | 2024-01-17 | 一种高速公路超疏水软质岩高性能路基结构及施工方法 |
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