CN101956356B

CN101956356B - 一种防止寒区道路翻浆的新型路基结构

Info

Publication number: CN101956356B
Application number: CN 201010272125
Authority: CN
Inventors: 赖远明; 董元宏; 张世民
Original assignee: Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute of CAS
Current assignee: Northwest Institute of Eco Environment and Resources of CAS
Priority date: 2010-09-01
Filing date: 2010-09-01
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-09-01
Also published as: CN101956356A

Abstract

本发明公开一种防止寒区道路翻浆的新型路基结构，它是由防水土工布、碎石层、透水土工布和路基填土构成，在夯实的天然地表上铺筑由粗颗粒土构成的路基填土后，铺设防水土工布；然后在防水土工布上铺筑碎石层；在碎石层顶部铺设透水土工布后，铺筑路基填土。本发明利用透水土工布将路基填土融化产生的水分进入路基中碎石层，然后通过碎石层从路基两侧排出；利用碎石层的隔热作用，减小冻土的冻结深度，从而减少冻结过程中从路基下部向路基内迁移的水分；而防水土工布既可以阻止下部水分迁移进入路基上部，又可以阻止路基上部的水分渗入路基下部。这种路基结构能够有效降低路基填土的含水量，防止寒区道路翻浆病害的发生，从而保障寒区道路的高质量运行。

Description

一种防止寒区道路翻浆的新型路基结构

技术领域

本发明专利涉及一种寒冷地区道路的路基结构形式，它可有效地降低寒冷地区道路路基的含水量，防止道路发生翻浆病害，保障寒区道路的高质量运营。

背景技术

冻土是指具有负温和含冰的土体和岩石，按生存时间主要分为多年冻土和季节冻土。我国是世界第三冻土大国，多年冻土约占国土面积的22％，季节冻土约占国土面积的48％。冻土中由于冰和未冻水的存在，性质及其复杂，且对温度十分敏感，温度升高时，其内的冰融化成水，造成承载力降低，会给寒冷地区工程带来各种冻胀、融沉病害。我国季节性冻土地区道路冻害现象相当严重。主要表现为翻浆、路面裂缝、道路及附属构筑物的冻胀破坏、涎流冰对道路及附属构筑物的破坏。而翻浆病害则是这些冻害中的一个重要类型，路基冻结过程中，冻胀使路基土水分富集，春季地面融化时导致路面和路基翻浆。翻浆病害严重影响寒区道路的运行条件，对道路的通行质量带来威胁，并影响道路发挥正常的交通量水平。

由此可见，寒区道路翻浆的基本原因是路基中水分富集而造成的后果，因此，做好路基的排水和隔水设施是消除路基冻胀和翻浆的根本措施。宋朝晖等(宋朝晖，杨清伟，孟宪洪.道路翻浆及其防治.黑龙江交通科技，2001，89：40-43)在“道路翻浆及其防治”一文中分析总结了目前防止翻浆的主要措施，主要包括以下几个方面：通过换土和土基压实等改善土质的冻胀性；通过做好路基路面的排水、设置隔离层、提高路基等改善路基的水分条件；改变路基的温度状况，通过减小冻结深度来减轻冻胀程度；改善路面结构等。但是，室内试验和实际工程均证明，通过换填粗颗粒土的方法只能减少冻胀，不能消除水分迁移。在反复冻融的情况下，粗颗粒填土内的含水量仍会有较大的提高，仍有翻浆现象的发生。因此，要防止翻浆最为根本和最为有效的是在改变路基的温度状况的同时，改善水分迁移条件。因此，在所有防止寒区道路翻浆的措施中，能兼顾这二者的措施将最为有效。从这个出发点考虑，本发明提供一种新的综合性的寒区道路翻浆防止措施。

发明内容

为了有效防止寒区道路发生翻浆病害，保障其高质量运营，本发明的目的在于提供一种防止寒区道路翻浆的新型路基结构。该路基结构利用碎石层中导热系数较小的空气隔热作用来减小冻结深度和融化深度，路基填土层渗漏的水通过透水土工布，由碎石层内的孔隙将路面渗入路基中的水排出；通过防水土工布防止路基下的水分在冻结过程中向上迁移进入路基上部和路基上部的水分进入路基下部，从而达到降低寒区道路含水量，防止翻浆病害的目的。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种防止寒区道路翻浆的新型路基结构，是由碎石层、防水土工布、透水土工布、和路基填土构成，其特征是在夯实的天然地表上铺筑30～150cm的粗颗粒土构成的路基填土；在其上铺设防水土工布；然后在防水土工布上铺设碎石层，碎石层厚度为50cm～80cm，碎石粒径为5cm-20cm；再在碎石层上铺设透水土工布和路基填土。

目前，应用于寒区道路的碎石层，往往是利用碎石层厚度碎石孔隙中空气的自然对流效应来高效降低冻土温度，实现对冻土的主动保护(即制冷作用)；而本发明中引入碎石层的目的在于，利用碎石层在没有产生自然对流效应条件下孔隙中空气的隔热作用来减小冻结深度和融化深度，以及利用碎石层碎石孔隙的导水作用来排水。因此，本发明中碎石层的作用与其它寒区路基(如青藏铁路中的主动冷却路基)中碎石层的作用有着本质的不同。

本发明的优点与产生的有益效果是：

1、效果明显。本发明综合利用碎石层的隔热排水作用和土工布的防水作用。冬季时，碎石层的隔热作用能够减小冻结深度和减缓冻结速度，从而减少冻结时路基下部水分的向上迁移；春季从路面渗入路基的水分能够通过透水土工布，由碎石层的孔隙排出。二者的结合利用，能够有效控制路基的含水量。因此，这种路基结构能够有效降低路基中的含水量，防止翻浆病害的发生。

2、便于施工。碎石层可就地取材，而施工时，仅需在普通路基施工工序的基础上加入土工布的铺设和碎石层的铺筑，工序简单，施工难度较小。

3、碎石层取材方便，成本低廉。可实现无污染施工，利于保护环境。另外，施工过程不会对冻土产生大的人为扰动，利于维护冻土的稳定性。

附图说明

图1是本发明横断面示意图。

图2a是无碎石层与土工布的路基中心孔水分分布。

图2b是本发明碎石路基左幅路基中心孔水分分布。

图3是碎石路基左幅路基中心孔不同深度处体积含水量随时间的变化。

具体实施方式

下面结合附图，将对本发明的技术方案再做进一步的说明。

实施例1

参照附图1，一种防止寒区道路翻浆的新型路基结构，在夯实的天然地表上铺筑铺由60cm的粗颗粒土构成的路基填土4；在其上铺设防水土工布2；在防水土工布2铺设碎石层1，碎石层1厚度为50cm，碎石粒径为5cm-20cm；然后再在碎石层1上铺设透水土工布3和路基填土4。

冷季时，由于碎石层内孔隙中空气的隔热作用，冻土的冻结深度和冻结速度都被降低，因此减少了路基冻结过程中向冻结锋面迁移的水分，而铺设在碎石层底部的防水土工布则能进一步阻止下部水分的向上迁移。暖季来临时，路基开始出现从上至下的融化。路面上的融雪和雨水通过路面渗入路基；碎石层以上路基填土内的冰融化形成的水分也会通过碎石层顶部的透水土工布进入碎石层。这时因为受到碎石层底部防水土工布的隔水作用，这些水分无法继续下渗，而只能通过碎石层内的孔隙向路基两侧排出。由此可见，冷季时，碎石层的隔冷作用和防水土工布的隔水作用减少了路基下部水分进入路基内部；暖季时，透水土工布的透水作用、碎石层的排水作用以及防水土工布的隔水作用将从上部进入路基的水分以及路基填土融化产生的水分排出。所以，这种路基结构能够有效降低寒区道路路基的含水量，从而防止翻浆病害的发生。

为了验证本发明防止寒区道路翻浆的效果，本发明在109国道K2915+170-K2915+190处不冻泉路基试验段，修筑了治理翻浆的路基和对比试验路基。治理翻浆的新型路基结构如附图1所示，在夯实的天然地表上铺筑铺由60cm的粗颗粒土构成的路基填土4；然后全断面铺设防水土工布2；然后在防水土工布2上铺设人工堆积碎石层1，碎石层1厚度为50cm，碎石粒径为5cm-20cm；再在碎石层1上铺设透水土工布3和路基填土4。对照试验：路基与治理翻浆的试验路基尺寸相同，不同之处在于路基中没有碎石层和土工布。路基试验段于2009年10月中旬完工。

两种路基不同深度处体积含水量变化和分布特征示于图2a～图3。图2a是无碎石层与土工布的路基中心孔水分分布。图2b是本发明碎石路基左幅路基中心孔水分分布。从图2a可以看到：无碎石层与土工布的路基中心孔在路面下250-300厘米处的含水量为15％到20％，而在路面下50厘米处的含水量也在15％-20％。这说明，这种路基填土排水能力较差。从图2b可以看到：碎石试验路基图2b中心孔在路面下300厘米处的含水量为35％，而在路面下50厘米处的含水量也在15％到16.2％。从图2a与图2b的比较来看，碎石层与土工布结合的路基具有较强的隔水排水能力，防翻浆能力较强。从图3可以看到本发明碎石路基路中孔在路面下300厘米处的含水量为35％，而在路面下50厘米处的含水量只有5％-16.2％。同样说明，碎石土工布结合的路基具有较好的隔水排水能力。

Claims

1.一种防止寒区道路翻浆的路基结构，是由碎石层(1)、防水土工布(2)、透水土工布(3)和路基填土(4)构成，其特征是在夯实的天然地表(5)上铺筑30～150cm的粗颗粒土构成的路基填土(4)；在其上铺设防水土工布(2)；然后在防水土工布(2)上铺设碎石层(1)，碎石层(1)厚度为50cm～80cm，碎石粒径为5cm-20cm；再在碎石层(1)上铺设透水土工布(3)和路基填土。