一种防冻隔水层及路基的制作方法

本申请涉及路基结构技术领域，具体涉及一种防冻隔水层及路基。

背景技术：

路基是路面的基础，是经过开挖或填筑而形成的土工构筑物。路基能够为路面铺设及车辆运营提供必要条件，并承受路面及车辆或者路面及交通荷载，同时将交通荷载向路基深处传递与扩散。

目前，通常利用翻挖碾压、挖除换填、增加碎石盲沟等低填浅挖的方式建设路基，形成低填浅挖路基。低填浅挖路基中的路基填料质量较好，能够提高路基的承载力，并遏制地下水对于路基的不良影响。

如果以低填浅挖的方式在含有冻土的高原季冻区中建设路基，则路基的一部分需要位于冻深线以下。冻土会在春夏等温度较高的季节融化，冻土融化形成的水分进入路基，导致路基中含水量增高，而路基中的含水量过高时，容易导致路基发生冻胀和翻浆。因此，目前亟需开发一种能够防冻隔水的路基，以防止路基含水量过高导致路基发生冻胀和翻浆。

技术实现要素：

本申请提供一种防冻隔水层及路基，以解决路基含水量过高导致路基发生冻胀和翻浆的问题。

本申请的第一方面，提供一种防冻隔水层，所述防冻隔水层设置于路基的底部，并与冻土相接触，所述防冻隔水层包括：

至少一层防渗膜，所述防渗膜用于阻断冻土中的水分向路基方向迁移；

设置于所述防渗膜的两个侧面的无纺土工布，所述无纺土工布用于包裹所述防渗膜，以便隔离所述防渗膜与路基填料或冻土，并且防止所述防渗膜由于荷载产生较大的形变。

可选的，所述无纺土工布的极限伸张率小于所述防渗膜的极限伸张率。

可选的，在所述防渗膜的上部和下部分别设置至少一层无纺土工布。

可选的，

所述防冻隔水层的极限抗拉强度至少为17kn/m；

所述防冻隔水层的极限伸张率至少为30％；

所述防冻隔水层的cbr顶破强度至少为3.0kn；

所述防冻隔水层的撕破强度至少为0.42kn；

所述防冻隔水层的厚度至少为2.4毫米；

所述防冻隔水层的垂直渗透系数小于1×10^-11cm/s。

可选的，每平米所述无纺土工布的质量至少为150克。

本申请的第二方面，提供一种路基，所述路基包括第一方面任意一种可能实现方式提供的防冻隔水层。

可选的，所述路基还包括：设置于所述防冻隔水层上部的路基填料，以及，设置于所述路基填料表面的路面；所述路基填料用于承受所述路面的荷载。

可选的，所述防冻隔水层设置于所述路基填料的底部和侧面，所述防冻隔水层用于包裹所述路基填料。

可选的，所述路基填料的含水率为4～8％。

由以上技术方案可知，本申请提供一种防冻隔水层及路基，所述防冻隔水层设置于路基的底部，所述防冻隔水层包括：至少一层防渗膜，所述防渗膜用于阻断冻土中的水分向路基方向迁移；设置于所述防渗膜的两个侧面的无纺土工布，所述无纺土工布用于包裹所述防渗膜，以便隔离所述防渗膜与路基填料或冻土，并且防止所述防渗膜由于荷载产生较大的形变。本申请提供的防冻隔水层设置于路基的底部，防冻隔水层作为路基与高原季冻区中的冻土之间的隔断，由于其本身的防渗透功能，能够阻断冻土中的水分向路基迁移，使得路基中的路基填料的含水量稳定，避免路基填料在冻融环境下造成路基冻胀或翻浆。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，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防冻隔水层的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种路基的横截面示意图。

具体实施方式

以下对本申请进行详细说明。

参考图1所示的结构示意图，本申请提供一种防冻隔水层，所述防冻隔水层设置于路基的底部，并与冻土相接触，所述防冻隔水层包括：至少一层防渗膜1，所述防渗膜用于阻断冻土中的水分向路基方向迁移；设置于所述防渗膜的两个侧面的无纺土工布2，所述无纺土工布用于包裹所述防渗膜，以便隔离所述防渗膜与路基填料或冻土，并且防止所述防渗膜由于荷载产生较大的形变。

本申请提供的防冻隔水层应用于路基的底部，实际应用中，防冻隔水层需承受至少两个方面的荷载，第一方面，在施工过程中，为使防冻隔水层与底部的冻土相贴合，需要利用机械设备在铺设好的防冻隔水层表面碾压或运输材料等，在此过程中，防冻隔水层需要承受机械设备的荷载作用；第二方面，在路基表面铺设路面后即投入运营，在运营期间，防冻隔水层需要承受路面、路面停放的车辆以及流动的车辆对其的荷载作用。

为使防冻隔水层能够承受施工期间以及运营期间的荷载作用，需要防冻隔水层本身具有较好的性能。本申请中，所述防冻隔水层的cbr顶破强度至少为3.0kn；所述防冻隔水层的撕破强度至少为0.42kn。

在施工过程中，机械设备对于防冻隔水层的碾压通常是不同不进行的，例如，从一侧碾压至另一侧，防冻隔水层在机械设备的碾压作用下通常会发生形变。为了减少这种形变，在防渗膜的上下两侧各设置一层无纺土工布。无纺土工布采用无纺织工艺进行加工，无纺织相对于传统的纺织工艺制备的土工布伸张率较低，利用无纺土工布包裹防渗膜，能够减少防冻隔水层整体的极限伸张率和极限抗拉强度。本申请中，所述防冻隔水层的极限抗拉强度至少为17kn/m；所述防冻隔水层的极限伸张率至少为30％。

本申请提供的防冻隔水层至少包括一层防渗膜和两层无纺土工布，防冻隔水层整体的厚度至少为2.4毫米；所述防冻隔水层的垂直渗透系数小于1×10^-11cm/s，能够很好的避免冻土中的水分迁移至路基填料中。

在一种可实现的方式中，防渗膜为高密度聚乙烯制备而成，并且添加碳黑、抗老化剂、抗氧剂、紫外线吸收剂和稳定剂等辅料，防渗膜的厚度至少为0.3毫米，使得防渗膜具有防冻和抗紫外线的功能。

本申请提供的无纺土工布的质量至少为150克/平米，要求无纺土工布的密度较高，一方面，无纺土工布作为防冻隔水层的外表面，需要和其他材料相接触，因此，无纺土工布需要具有一定的强度，以避免路基填料与防渗膜造成损坏，而影响防渗膜的正常使用；另一方面，无纺土工布的极限伸张率小于所述防渗膜的极限伸张率，施工过程中，防渗膜由于机械设备碾压作用不均衡导致形变时，无纺土工布能够将防渗膜包裹起来，将防渗膜的形变限制在可控范围内，避免防渗膜发生较大的形变。

可选的，在所述防渗膜的上部和下部分别设置至少一层无纺土工布。

由以上技术方案可知，本申请提供一种防冻隔水层，所述防冻隔水层包括：至少一层防渗膜，所述防渗膜用于阻断冻土中的水分向路基方向迁移；设置于所述防渗膜的两个侧面的无纺土工布，所述无纺土工布用于包裹所述防渗膜，以便隔离所述防渗膜与路基填料或冻土，并且防止所述防渗膜由于荷载产生较大的形变。本申请提供的防冻隔水层设置于路基的底部，防冻隔水层作为路基与高原季冻区中的冻土之间的隔断，由于其本身的防渗透功能，能够阻断冻土中的水分向路基迁移，使得路基中的路基填料的含水量稳定，避免路基填料在冻融环境下造成路基冻胀或翻浆。

参考图2所示的路基横截面示意图，本申请提供的路基包括防冻隔水层，所述防冻隔水层铺设于地基表面。所述路基还包括：设置于所述防冻隔水层上部的路基填料，以及，设置于所述路基填料表面的路面，即图2中所示路面b；所述路基填料用于承受所述路面的荷载。

实际应用中，路基的底部和侧面均为冻土，其中，路基的侧面是指沿所述路基宽度方向上的侧面，为防止底部和两侧的冻土对路基产生影响，将防冻隔水层设置于所述路基填料的底部和侧面，所述防冻隔水层用于包裹所述路基填料。

可选的，所述路基填料的含水率为4～8％。路基填料含水率应根据不同路基填料的土工试验确定，因此含水率不应作为对本申请的限制。

本申请中，设置于路基填料上方的路面高于原地面，路面的水分通常难以下渗至路基所在的位置，因此保证了路基填料含水率的稳定。而路面的水分通常沿路面和路基的侧面顺流而下，为防止顺流而下的水分对于地面的冲刷，通常在路基的两侧挖设有盲沟，盲沟的底部低于路基的底部，一方面，用于储存从路面流下的水分，另一方面，辅助控制地表水的水平面在路基的底部以下，有利于维持路基填料含水率的正常。

在一种可实现的方式中，本申请提供的防冻隔水层的施工顺序包括以下步骤：

(1)将低填浅挖路段原状土清理，标高至路床(路基填料)底部或者该地区冻深线以下。

(2)对清理出的面进行整平碾压，压实度等指标满足路基填筑的要求，并剔除表面尖锐物。

(3)铺设防冻隔水层，铺设时首先铺筑一层无纺土工布，然后铺筑防渗膜，再铺筑一层无纺土工布，宽度不足时应做搭接处理，搭接宽度不小于20cm，防渗膜的宽度应预留足，确保两侧宽度能包住路基侧面的高度。

(4)回填土方，若原状土各项指标满足要求即进行回填，含水率过高可经晾晒处理再回填，若不满足要求，可采用普通路基填料回填。

由以上技术方案可知，本申请提供一种路基，所述路基包括防冻隔水层、设置于所述防冻隔水层上部的路基填料，以及，设置于所述路基填料表面的路面；所述路基填料用于承受所述路面的荷载。本申请提供的防冻隔水层设置于路基的底部和侧面，用于包裹所述路基填料，防冻隔水层作为路基与高原季冻区中的冻土之间的隔断，由于其本身的防渗透功能，能够阻断冻土中的水分向路基迁移，使得路基中的路基填料的含水量稳定，避免路基填料在冻融环境下造成路基冻胀或翻浆。

以下结合实际应用说明本申请提供的路基的施工步骤。

实施准备：

物资机械准备，施工前根据工程量合理配置施工人员和机械，机械主要有挖掘机、装载机、运输车、压路机、平地机等。

根据工程量购置材料，即土工布及土工膜(或者为土工复核材料)，材料需按照要求和频率进行检测，确保质量满足要求。

现场实施：

(1)测量放样，根据低填浅挖路基处理的长度、宽度及深度放样出位置及标高，并做好明显标志；

(2)作业人员根据放样情况组织机械设备开挖至设计标高位置，然后组织压路机对开挖出的表面进行碾压；

(3)测量人员对碾压完成的顶面进行标高复测，若满足设计及规范要求，则进行下一道工序，否则继续进行标高整修，直至满足设计要求。

(4)试验人员对碾压完成的顶面进行压实度检测，若满足要求，则进行下一道工序，否则继续进行碾压直至压实度满足要求。

(5)铺设防冻隔水层，按照一布、一膜、一布的顺序分别铺筑，防冻隔水层一次铺筑完成。铺筑时防渗膜宽度不足，需分几次铺筑才能满足路基宽度时，注意首先要保证搭接宽度不小于20cm，防渗膜两侧应预留富足的宽度，以便于后面将路基侧面包裹，预留宽度应大于低填浅挖处理的厚度。

(6)回填土方时，试验检测人员对开挖出的土进行检测，若含水率等各项指标满足要求，则利用翻挖的土方进行回填，否则应进行处理，例如通过晾晒达到含水率要求，然后再回填土方。回填土方按照一般路基分层填筑工艺实施，如下：

①首先放出中桩、边桩，每10米设花杆进行挂线施工，挂线高度高出地面30cm左右，用以控制填筑宽度及松铺厚度。并用白灰打出网格线，用以控制卸料间距。

②由专人指挥卸车，卸料次序为先低后高，同一排先两侧后中央。使用推土机摊料、找坡，每层填土松铺厚度不大于30cm。

③碾压前对填土层的松铺厚度、平整度及含水量进行检查，符合要求后方可进行碾压。碾压按照直线段先两侧后中间，小半径曲线段由内侧向外侧，纵向进退式进行。压路机重叠宽度为1/3轮宽，碾压遍数根据压实度检测情况确定，做到无漏压、无死角、碾压均匀。

④碾压合格后检验压实度、表面平整度、宽度，横纵坡度和外观质量等指标，满足要求后进行下一层施工。

⑤施工完最后一层填筑后，将两侧防渗土工膜内的土清理，然后折叠包裹侧面，并进行固定，土工布外侧通过土方回填覆盖。

(7)尽快施工路面结构层，防止降雨等水分进入防冻隔水层内。

以下结合实施例和对比例对本申请进一步说明。

现有低填浅挖的方案有：翻挖碾压、换填及设置盲沟等，为了对比现有方案与本申请提供的方案，以100m长低填浅挖段为例，路基宽度26m，处理厚度50cm，对比不同低填浅挖方案建设路基所需的花费。

实施例1：采用土工隔断层，共设置断层材料＝100*(26+0.5+0.5)＝2700㎡，处理费用＝2700*38＝113400，翻挖碾压土方＝100*26*0.5＝1300m³，处理费用＝1300*14.05＝18265元，费用合计131665元，处理效果显著、可靠，且费用较低。

对比例1：采用翻挖碾压土方＝100*26*0.5＝1300m³，处理费用＝1300*14.05＝18265元，处理效果一般，暂时将填料通过翻挖晾晒达到要求，很难保证后期含水率的变化；

对比例2：采用换填砂砾+盲沟，换填共1300m³，处理费用＝1300*143.55(含挖除)＝186615元，盲沟拟定纵向两侧共200m，处理费用＝200*864.49＝172898元，费用合计359513元，处理效果可满足要求，总体上可以控制毛细水，但是费用较大。

从处理质量效果分析，实施例1和对比例2明显优于对比例1，考虑到本技术适用于高海拔严寒冻融地区，对比例1很容易受到地表水或地下水影响，导致路基发生冻害。

从工程造价、节约材料及劳动强度等方面分析，实施例1优于对比例2。若处理厚度加大，则经济性差别更大；从处理效果分析，两个处理原理不同，对比例2是通过优化填料来控制毛细水的上升，积水通过盲沟排出，这样降低了填料冻胀、翻浆出现。实施例1是通过彻底隔断外界水进入路基，保持路基含水率处于合适状态，同样避免路基在冻融环境下出现冻胀、翻浆等病害。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。