專利名稱：一種防治季凍區道路病害的路基結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種路基結構的技術領域，尤其涉及一種防治季凍區道路病害的路基 結構。這種路基結構利用復合防排水板阻斷地基與路基的水力聯系，切斷凍結過程中凍結 水的上升通道，減小凍脹變形；在春融期，利用布設在最大凍深處高導水率復合防排水板快 速有效的排除最大凍深處積聚的水分，從而保證了路基的濕度狀態；另一方面在路床頂部 全斷面鋪設立體土工格柵增加路基的整體剛度，有效地控制季凍區路基凍脹、融沉變形，協 調不均勻變形。
背景技術：
中國季節性凍土面積分布十分廣泛，占國土面積的53. 5%。季凍區路基在凍融 作用下產生凍脹融沉變形，凍融作用導致路面過早破壞，產生縱向裂縫，冰雪融水沿裂縫下 滲，使得凍害加深，導致道路翻漿、冒泥。凍土地區公路路基凍融破壞最重要的原因是凍融 過程中水分遷移改變了路基土的濕度狀態。在季節性凍土區，冬季路基土溫度降至零攝氏 度以下，路基土中一部分液態水凍結成為冰，土壤未凍水減少，基質勢降低。在土壤基質勢 梯度作用下，路基未凍結區水分不斷向凍結鋒面遷移，鋒面附件含水量變化劇烈，特別是當 路基高度較低，地下水位埋深較淺時，路基本體中總含水量會有較大幅度提高，凍結鋒面處 可能出現冰層；春融期，冰融化的水并不能在短時間內由重力梯度作用遷移完畢，這樣路基 濕度增大，特別是在最大凍深處，土體可能出現過飽和狀態，從而導致路基較大的融沉破壞 和道路翻漿。我國高速公路正處在蓬勃發展階段，廣袤季節性凍土區公路建設也是如火如荼， 為了減小道路凍害常用的工程措施有控制路基填料、加強排水設施、增設砂墊層等。但是， 由于季節性凍土的復雜性以及施工原因，季凍區道路病害仍然以凍害為主。為了減小冰凍作用對季凍區道路的危害，必須有效的阻斷路基本體外的水分向路 基內遷移，同時在春融期能加快路基最大凍深處積聚水分的滲透速率，有效的控制路基的 濕度狀況。同時，路基土在凍融作用下產生不均勻的凍脹和融沉，使得路面結構產生破壞， 加劇路基濕度狀況惡化，因此須采取措施提高路基特別是上路床的剛度，減小路基在凍融 作用下的不均勻變形。
發明內容
本發明的目的是在于提供了一種防治季凍區道路病害的路基結構，該路基很好的 改善季凍區路基的濕度狀態，提高路基剛度，減小凍脹融沉不均勻變形，有效降低道路凍 害。冬季路基凍結時，能夠有效的阻止路基凍結時地下水對路基的補給，隔斷路基本體內 凍結水向上路床遷移；在春融期能通過高導水率排水板，增大路基土橫向滲透性，及時排除 由于凍結作用而富集在復合防排水板下層的水，降低路基土特別是最大凍深處土體的含水 量。同時路床頂部全斷面鋪設的立體土工格柵增加了路基整體剛度，有效地控制季凍區路 基凍脹、融沉變形，協調不均勻變形。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現—種防治季凍區道路病害的路基結構，該路基結構由在地基土上鋪設基底復合防 排水板、路提填土、最大凍深處復合防排水板、路提填土、路床頂部立體土工格柵構成，其特 征在于路基填筑時在地基土原地面路基底面寬度范圍內全斷面鋪設一層復合防排水板， 在復合防排水板上填筑下路提填土至道路最大凍深標高，再次沿路基全斷面鋪設最大凍深 處復合防排水板，繼續填筑上路提基土至設計路提標高，在路基上路床頂面全斷面鋪設立 體土工格柵，在道路最大凍深處全斷面鋪設最大凍深處復合防排水板，路提底部原地面全 斷面鋪設復合防排水板，復合防排水板、最大凍深處復合防排水板均由復合土工膜、三維土 工網芯、慮水土工布組成。所述的基底復合防排水板、最大凍深處復合防排水板都是由復合土工膜、三維土 工網芯、慮水土工布組成的，有橫向高導水率、法向低滲透率的土工合成材料，該材料即使 在很高的荷載下也能保持橫向具有很高的排水性能，慮水土工布卻有著較好的法向隔水功 能。所述的下路提填土與地基土之間鋪設的基底復合防排水板的復合土工膜向上，慮 水土工布向下。所述的下路提填土與下路提填土之間鋪設的最大凍深復合防排水板的慮水土工 布向上，復合土工膜向下，復合防排水板呈人字形在路提路拱上鋪設，路拱橫坡坡率為4%。所述的該復合防排水板埋設在季凍區道路最大凍深位置，最大道路凍深深度Hf由 當地氣象監測得到，無氣象記錄時可用理論公式計算。所述的地基土與下路提填土之間鋪設的基底復合防排水板的復合土工膜向上，慮 水土工布向下。所述的立體土工格柵由縱橫向肋帶組成，縱橫向肋帶較窄，結點有較高的支持強 度，立體土工格柵和土體組成的復合體具有較大的整體剛度，能夠減小路基的不均勻凍脹 融沉變形。在壓實的天然地基上鋪設一層復合防排水板，該層復合防排水板復合土工膜一面 應朝上；在復合防排水板上按照規范標準填筑路基至計算最大凍深標高，并保證路基橫坡 坡率為3% 4%，鋪設最大凍深處復合防排水板，該層復合防排水板復合土工膜一面應朝 下；填筑路提至設計標高后在路床頂面鋪設立體土工格柵。復合防排水板是集排水、防水功能與一體的新型防排水材料，其結構組成是一面 濾水慮水土工布，中間三維土工網芯，另一面慮水土工布，具有高孔隙率、橫向高導水率、法 向低滲透率等特點。中間三維土工網芯，筋條剛性大，縱向排列，形成排水通道，上下交叉排 列的筋條形成支撐防止慮水土工布嵌入排水通道。這樣即使在很高的荷載下也能保持很高 的排水性能。另一面的慮水土工布卻有著較好的隔水功能。立體土工格柵是一種橫向肋帶和縱向肋帶立體交叉，縱橫向肋帶較窄，結點圓柱 體具有很高支持強的的土工格柵。立體土工格柵能有效提高土體和筋帶間相互作用，形成 具有較高整體剛度的立體格柵_ 土體復合體。這種防治季凍區道路病害的新型路基結構的工作原理是冬季氣溫降低，路基土 從上至下發生凍結，在溫度梯度和真空抽吸左右下地基及為凍結路基土中自由水向上遷 移，基底復合防排水板的復合土工膜能夠有效地隔斷地基中的水分向路提中遷移，最大凍深處復合防排水板的復合土工膜能夠有效地阻止下路提中的水分向上路床中遷移，這樣在 凍結過程中整個路提特別是上路床的總含水量(液態含水量+含冰量)得到有效控制；眾 多周知，由于冬季凍結時水分大量向凍結鋒面遷移，使得最大凍深處春融期含水量最大，在 上覆壓力作用和三維土工芯網水平方向高導水率聯合作用下，上路床水分向三維土工芯網 遷移并排除路提本體，進一步降低了路基特別是上路床的濕度；另一方面，路床頂部全斷面 鋪設的立體土工格柵增加了路基整體剛度，有效地控制季凍區路基凍脹、融沉變形，協調不 均勻變形。本發明就能積極主動阻隔外界水分進入路提本體，及時排除路提水分，提高路基 剛度減小凍融差異變形。本發明的優點與產生的有益效果1、本新型防治道路凍害的路基結構，充分并合理利用復合防排水板的復合土工膜 隔水性、三維土工芯網的高導水性，阻斷地基和路面結構中水分進入路提本體，利用路基自 重排除富集在最大凍深處的春融液態水，降低了路提特別是上路床土體濕度，從而提高了 季凍區路基的抗凍能力、提高了路基強度，降低了季凍區道路凍害，解決了季凍區路基的特 殊問題。2、本路基結構不僅能夠阻斷地基中水分向路提中遷移，而且不會向傳統土工膜一 樣使得遷移至土工膜的水分不能及時排除，而在土工膜下方富集，造成路基病害。3、本新型防治道路凍害的路基結構充分利用了立體土工格柵提高路基整體剛度 特性，路基整體剛度的提高，能有效地減小凍脹、融沉差異變形，減小凍融作用對路面結構 的破壞作用，有效防治道路凍害。4、本發明的路基結構簡單，主要材料為符合要求的路基填料和復合防排水板、立 體土工格柵，降低了路基濕度、提高了路基整體剛度，防治季凍區道路病害效果明顯，施工 簡便，具有較好的應用推廣前景。
圖1為一種防治季凍區道路病害的路基結構橫斷面構造示意2為一種圖1中局部A的放大示意3為一種圖1中局部B的放大示意4為一種圖1局部C的立體土工格柵放大示意5為一種冬季凍結過程中路基水分運移示意6為一種春融期路基水分運移示意7為一種中國季節性凍土標準凍深線示意中部位及所對應的標記上路提填土 1、下路提填土 2、地基土 3、排水邊溝4、路 肩5、基底復合防排水板7 (蘭普森LPS-1600)、復合土工膜7a、三維土工網芯7b、慮水土工 布7c、最大凍深處復合防排水板8、路床頂部立體土工格柵9、路面結構層10、凍結水遷移路 徑示意GD0、春融期水遷移路徑示意G。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述根據圖1可知，一種防治季凍區道路病害的路基結構，該路基結構由在地基土 3上鋪設基底復合防排水板7、路提填土 2、最大凍深處復合防排水板8、上路提填土 1、路床頂部 立體土工格柵9構成，路基填筑時在地基土 3原地面路基底面寬度范圍內全斷面鋪設一層 復合防排水板7，在復合防排水板上填筑下路提填土 2至道路最大凍深標高，再次沿路基全 斷面鋪設最大凍深處復合防排水板8，繼續填筑上路提路基土 1至設計路提標高，在路基上 路床頂面全斷面鋪設立體土工格柵9。在道路最大凍深處、路提底部原地面全斷面鋪設復 合防排水板7，在路床頂面沿路基橫斷面方向鋪設立體土工格柵9。所述的基底復合防排水 板7、最大凍深處復合防排水板8都是由復合土工膜7a、三維土工網芯7b、慮水土工布7c組 成，有橫向高導水率、法向低滲透率的土工合成材料，該材料即使在很高的荷載下也能保持 橫向具有很高的排水性能，慮水土工布卻有著較好的法向隔水功能。所述的下路提填土 2與地基土 3之間鋪設的基底復合防排水板7的復合土工膜7a 向上，慮水土工布7c向下。所述的下路提填土 2與路提填土 1之間鋪設的最大凍深復合防排水板8的慮水土 工布7c向上，復合土工膜7a向下，復合防排水板7呈人字形在路提路拱上鋪設，路拱橫坡 坡率為4%。所述的復合防排水板7的復合土工膜7a朝上，三維土工網芯7b朝下。所述的該復合防排水板埋設在季凍區道路最大凍深位置，最大道路凍深深度Hf由 當地氣象監測得到，無氣象記錄時可由經驗公式公式計算Hf = abcZd式中Hf-多年最大凍深(m)；Zd-大地標準凍深(m)；若無實測資料可查《公路路基設計手冊》“中國季節性凍土 標準凍深線圖”；a-路面路基材料熱物性系數，見表1 ；b-路基濕度系數，見表2 ；C-路基斷面形式系數，見表3。表1路面路基材料熱物性系數a
權利要求
一種防治季凍區道路病害的路基結構，該路基結構由地基土(3)、復合防排水板(7)、下路堤填土(2)、最大凍深處復合防排水板(8)、上路堤填土(1)、路床頂部立體土工格柵(9)構成，其特征在于路基填筑時在地基土(3)原地面路基底面寬度范圍內全斷面鋪設一層復合防排水板(7)，在復合防排水板(7)上填筑下路堤填土(2)至道路最大凍深標高，再次沿路基全斷面鋪設最大凍深處復合防排水板(8)，繼續填筑上路堤基土(1)至設計路堤標高，在路基上路床頂面全斷面鋪設立體土工格柵(9)，在道路最大凍深處全斷面鋪設最大凍深處復合防排水板(8)，路堤底部原地面全斷面鋪設復合防排水板(7)，復合防排水板(7)、最大凍深處復合防排水板(8)由復合土工膜(7a)、三維土工網芯(7b)、慮水土工布(7c)組成。
2.根據權利要求1所述的一種防治季凍區道路病害的路基結構，其特征在于所述的 下路提填土(2)與路提填土(1)之間鋪設的最大凍深復合防排水板(8)的慮水土工布(7c) 向上，復合土工膜(7a)向下。
3.根據權利要求1所述的一種防治季凍區道路病害的路基結構，其特征在于所述的 復合防排水板(7)埋設在季凍區道路最大凍深位置，最大道路凍深深度Hf。
4.根據權利要求1所述的一種防治季凍區道路病害的路基結構，其特征在于所述的 復合防排水板(7)呈人字形在路提路拱上鋪設。
5.根據權利要求1所述的一種防治季凍區道路病害的路基結構，其特征在于所述的 地基土(3)與下路提填土(2)之間鋪設的基底復合防排水板(7)的復合土工膜(7a)向上， 慮水土工布(7c)向下。
全文摘要
本發明公開了一種防治季凍區道路病害的路基結構，路基填筑時在地基土原地面路基底面寬度范圍內全斷面鋪設一層復合防排水板，在復合防排水板上填筑下路堤填土至道路最大凍深標高，再次沿路基全斷面鋪設最大凍深處復合防排水板，繼續填筑上路堤基土至設計路堤標高，在路基上路床頂面全斷面鋪設立體土工格柵，在道路最大凍深處、路堤底部原地面全斷面鋪設復合防排水板，在路床頂面沿路基橫斷面方向鋪設立體土工格柵，下路堤填土與地基土之間鋪設的基底復合防排水板的復合土工膜向上，慮水土工布向下。結構簡單，降低了路基濕度、提高了路基整體剛度，降低了季凍區道路凍害，防治季凍區道路病害效果明顯，具有應用推廣前景。
文檔編號E02D3/10GK101956355SQ20101021761
公開日2011年1月26日 申請日期2010年6月25日 優先權日2010年6月25日
發明者付偉, 何斌, 吳萬平, 吳莎, 程平, 鄧濤, 阮艷彬 申請人:中交第二公路勘察設計研究院有限公司