专利名称：一种防治季冻区道路病害的路基结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种路基结构的技术领域，尤其涉及一种防治季冻区道路病害的路基 结构。这种路基结构利用复合防排水板阻断地基与路基的水力联系，切断冻结过程中冻结 水的上升通道，减小冻胀变形；在春融期，利用布设在最大冻深处高导水率复合防排水板快 速有效的排除最大冻深处积聚的水分，从而保证了路基的湿度状态；另一方面在路床顶部 全断面铺设立体土工格栅增加路基的整体刚度，有效地控制季冻区路基冻胀、融沉变形，协 调不均勻变形。
背景技术：
中国季节性冻土面积分布十分广泛，占国土面积的53. 5%。季冻区路基在冻融 作用下产生冻胀融沉变形，冻融作用导致路面过早破坏，产生纵向裂缝，冰雪融水沿裂缝下 渗，使得冻害加深，导致道路翻浆、冒泥。冻土地区公路路基冻融破坏最重要的原因是冻融 过程中水分迁移改变了路基土的湿度状态。在季节性冻土区，冬季路基土温度降至零摄氏 度以下，路基土中一部分液态水冻结成为冰，土壤未冻水减少，基质势降低。在土壤基质势 梯度作用下，路基未冻结区水分不断向冻结锋面迁移，锋面附件含水量变化剧烈，特别是当 路基高度较低，地下水位埋深较浅时，路基本体中总含水量会有较大幅度提高，冻结锋面处 可能出现冰层；春融期，冰融化的水并不能在短时间内由重力梯度作用迁移完毕，这样路基 湿度增大，特别是在最大冻深处，土体可能出现过饱和状态，从而导致路基较大的融沉破坏 和道路翻浆。我国高速公路正处在蓬勃发展阶段，广袤季节性冻土区公路建设也是如火如荼， 为了减小道路冻害常用的工程措施有控制路基填料、加强排水设施、增设砂垫层等。但是， 由于季节性冻土的复杂性以及施工原因，季冻区道路病害仍然以冻害为主。为了减小冰冻作用对季冻区道路的危害，必须有效的阻断路基本体外的水分向路 基内迁移，同时在春融期能加快路基最大冻深处积聚水分的渗透速率，有效的控制路基的 湿度状况。同时，路基土在冻融作用下产生不均勻的冻胀和融沉，使得路面结构产生破坏， 加剧路基湿度状况恶化，因此须采取措施提高路基特别是上路床的刚度，减小路基在冻融 作用下的不均勻变形。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种防治季冻区道路病害的路基结构，该路基很好的 改善季冻区路基的湿度状态，提高路基刚度，减小冻胀融沉不均勻变形，有效降低道路冻 害。冬季路基冻结时，能够有效的阻止路基冻结时地下水对路基的补给，隔断路基本体内 冻结水向上路床迁移；在春融期能通过高导水率排水板，增大路基土横向渗透性，及时排除 由于冻结作用而富集在复合防排水板下层的水，降低路基土特别是最大冻深处土体的含水 量。同时路床顶部全断面铺设的立体土工格栅增加了路基整体刚度，有效地控制季冻区路 基冻胀、融沉变形，协调不均勻变形。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现—种防治季冻区道路病害的路基结构，该路基结构由在地基土上铺设基底复合防 排水板、路提填土、最大冻深处复合防排水板、路提填土、路床顶部立体土工格栅构成，其特 征在于路基填筑时在地基土原地面路基底面宽度范围内全断面铺设一层复合防排水板， 在复合防排水板上填筑下路提填土至道路最大冻深标高，再次沿路基全断面铺设最大冻深 处复合防排水板，继续填筑上路提基土至设计路提标高，在路基上路床顶面全断面铺设立 体土工格栅，在道路最大冻深处全断面铺设最大冻深处复合防排水板，路提底部原地面全 断面铺设复合防排水板，复合防排水板、最大冻深处复合防排水板均由复合土工膜、三维土 工网芯、虑水土工布组成。所述的基底复合防排水板、最大冻深处复合防排水板都是由复合土工膜、三维土 工网芯、虑水土工布组成的，有横向高导水率、法向低渗透率的土工合成材料，该材料即使 在很高的荷载下也能保持横向具有很高的排水性能，虑水土工布却有着较好的法向隔水功 能。所述的下路提填土与地基土之间铺设的基底复合防排水板的复合土工膜向上，虑 水土工布向下。所述的下路提填土与下路提填土之间铺设的最大冻深复合防排水板的虑水土工 布向上，复合土工膜向下，复合防排水板呈人字形在路提路拱上铺设，路拱横坡坡率为4%。所述的该复合防排水板埋设在季冻区道路最大冻深位置，最大道路冻深深度Hf由 当地气象监测得到，无气象记录时可用理论公式计算。所述的地基土与下路提填土之间铺设的基底复合防排水板的复合土工膜向上，虑 水土工布向下。所述的立体土工格栅由纵横向肋带组成，纵横向肋带较窄，结点有较高的支持强 度，立体土工格栅和土体组成的复合体具有较大的整体刚度，能够减小路基的不均勻冻胀 融沉变形。在压实的天然地基上铺设一层复合防排水板，该层复合防排水板复合土工膜一面 应朝上；在复合防排水板上按照规范标准填筑路基至计算最大冻深标高，并保证路基横坡 坡率为3% 4%，铺设最大冻深处复合防排水板，该层复合防排水板复合土工膜一面应朝 下；填筑路提至设计标高后在路床顶面铺设立体土工格栅。复合防排水板是集排水、防水功能与一体的新型防排水材料，其结构组成是一面 滤水虑水土工布，中间三维土工网芯，另一面虑水土工布，具有高孔隙率、横向高导水率、法 向低渗透率等特点。中间三维土工网芯，筋条刚性大，纵向排列，形成排水通道，上下交叉排 列的筋条形成支撑防止虑水土工布嵌入排水通道。这样即使在很高的荷载下也能保持很高 的排水性能。另一面的虑水土工布却有着较好的隔水功能。立体土工格栅是一种横向肋带和纵向肋带立体交叉，纵横向肋带较窄，结点圆柱 体具有很高支持强的的土工格栅。立体土工格栅能有效提高土体和筋带间相互作用，形成 具有较高整体刚度的立体格栅_ 土体复合体。这种防治季冻区道路病害的新型路基结构的工作原理是冬季气温降低，路基土 从上至下发生冻结，在温度梯度和真空抽吸左右下地基及为冻结路基土中自由水向上迁 移，基底复合防排水板的复合土工膜能够有效地隔断地基中的水分向路提中迁移，最大冻深处复合防排水板的复合土工膜能够有效地阻止下路提中的水分向上路床中迁移，这样在 冻结过程中整个路提特别是上路床的总含水量(液态含水量+含冰量)得到有效控制；众 多周知，由于冬季冻结时水分大量向冻结锋面迁移，使得最大冻深处春融期含水量最大，在 上覆压力作用和三维土工芯网水平方向高导水率联合作用下，上路床水分向三维土工芯网 迁移并排除路提本体，进一步降低了路基特别是上路床的湿度；另一方面，路床顶部全断面 铺设的立体土工格栅增加了路基整体刚度，有效地控制季冻区路基冻胀、融沉变形，协调不 均勻变形。本发明就能积极主动阻隔外界水分进入路提本体，及时排除路提水分，提高路基 刚度减小冻融差异变形。本发明的优点与产生的有益效果1、本新型防治道路冻害的路基结构，充分并合理利用复合防排水板的复合土工膜 隔水性、三维土工芯网的高导水性，阻断地基和路面结构中水分进入路提本体，利用路基自 重排除富集在最大冻深处的春融液态水，降低了路提特别是上路床土体湿度，从而提高了 季冻区路基的抗冻能力、提高了路基强度，降低了季冻区道路冻害，解决了季冻区路基的特 殊问题。2、本路基结构不仅能够阻断地基中水分向路提中迁移，而且不会向传统土工膜一 样使得迁移至土工膜的水分不能及时排除，而在土工膜下方富集，造成路基病害。3、本新型防治道路冻害的路基结构充分利用了立体土工格栅提高路基整体刚度 特性，路基整体刚度的提高，能有效地减小冻胀、融沉差异变形，减小冻融作用对路面结构 的破坏作用，有效防治道路冻害。4、本发明的路基结构简单，主要材料为符合要求的路基填料和复合防排水板、立 体土工格栅，降低了路基湿度、提高了路基整体刚度，防治季冻区道路病害效果明显，施工 简便，具有较好的应用推广前景。
图1为一种防治季冻区道路病害的路基结构横断面构造示意2为一种图1中局部A的放大示意3为一种图1中局部B的放大示意4为一种图1局部C的立体土工格栅放大示意5为一种冬季冻结过程中路基水分运移示意6为一种春融期路基水分运移示意7为一种中国季节性冻土标准冻深线示意中部位及所对应的标记上路提填土 1、下路提填土 2、地基土 3、排水边沟4、路 肩5、基底复合防排水板7 (兰普森LPS-1600)、复合土工膜7a、三维土工网芯7b、虑水土工 布7c、最大冻深处复合防排水板8、路床顶部立体土工格栅9、路面结构层10、冻结水迁移路 径示意GD0、春融期水迁移路径示意G。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述根据图1可知，一种防治季冻区道路病害的路基结构，该路基结构由在地基土 3上铺设基底复合防排水板7、路提填土 2、最大冻深处复合防排水板8、上路提填土 1、路床顶部 立体土工格栅9构成，路基填筑时在地基土 3原地面路基底面宽度范围内全断面铺设一层 复合防排水板7，在复合防排水板上填筑下路提填土 2至道路最大冻深标高，再次沿路基全 断面铺设最大冻深处复合防排水板8，继续填筑上路提路基土 1至设计路提标高，在路基上 路床顶面全断面铺设立体土工格栅9。在道路最大冻深处、路提底部原地面全断面铺设复 合防排水板7，在路床顶面沿路基横断面方向铺设立体土工格栅9。所述的基底复合防排水 板7、最大冻深处复合防排水板8都是由复合土工膜7a、三维土工网芯7b、虑水土工布7c组 成，有横向高导水率、法向低渗透率的土工合成材料，该材料即使在很高的荷载下也能保持 横向具有很高的排水性能，虑水土工布却有着较好的法向隔水功能。所述的下路提填土 2与地基土 3之间铺设的基底复合防排水板7的复合土工膜7a 向上，虑水土工布7c向下。所述的下路提填土 2与路提填土 1之间铺设的最大冻深复合防排水板8的虑水土 工布7c向上，复合土工膜7a向下，复合防排水板7呈人字形在路提路拱上铺设，路拱横坡 坡率为4%。所述的复合防排水板7的复合土工膜7a朝上，三维土工网芯7b朝下。所述的该复合防排水板埋设在季冻区道路最大冻深位置，最大道路冻深深度Hf由 当地气象监测得到，无气象记录时可由经验公式公式计算Hf = abcZd式中Hf-多年最大冻深(m)；Zd-大地标准冻深(m)；若无实测资料可查《公路路基设计手册》“中国季节性冻土 标准冻深线图”；a-路面路基材料热物性系数，见表1 ；b-路基湿度系数，见表2 ；C-路基断面形式系数，见表3。表1路面路基材料热物性系数a
权利要求
一种防治季冻区道路病害的路基结构，该路基结构由地基土(3)、复合防排水板(7)、下路堤填土(2)、最大冻深处复合防排水板(8)、上路堤填土(1)、路床顶部立体土工格栅(9)构成，其特征在于路基填筑时在地基土(3)原地面路基底面宽度范围内全断面铺设一层复合防排水板(7)，在复合防排水板(7)上填筑下路堤填土(2)至道路最大冻深标高，再次沿路基全断面铺设最大冻深处复合防排水板(8)，继续填筑上路堤基土(1)至设计路堤标高，在路基上路床顶面全断面铺设立体土工格栅(9)，在道路最大冻深处全断面铺设最大冻深处复合防排水板(8)，路堤底部原地面全断面铺设复合防排水板(7)，复合防排水板(7)、最大冻深处复合防排水板(8)由复合土工膜(7a)、三维土工网芯(7b)、虑水土工布(7c)组成。
2.根据权利要求1所述的一种防治季冻区道路病害的路基结构，其特征在于所述的 下路提填土(2)与路提填土(1)之间铺设的最大冻深复合防排水板(8)的虑水土工布(7c) 向上，复合土工膜(7a)向下。
3.根据权利要求1所述的一种防治季冻区道路病害的路基结构，其特征在于所述的 复合防排水板(7)埋设在季冻区道路最大冻深位置，最大道路冻深深度Hf。
4.根据权利要求1所述的一种防治季冻区道路病害的路基结构，其特征在于所述的 复合防排水板(7)呈人字形在路提路拱上铺设。
5.根据权利要求1所述的一种防治季冻区道路病害的路基结构，其特征在于所述的 地基土(3)与下路提填土(2)之间铺设的基底复合防排水板(7)的复合土工膜(7a)向上， 虑水土工布(7c)向下。
全文摘要
本发明公开了一种防治季冻区道路病害的路基结构，路基填筑时在地基土原地面路基底面宽度范围内全断面铺设一层复合防排水板，在复合防排水板上填筑下路堤填土至道路最大冻深标高，再次沿路基全断面铺设最大冻深处复合防排水板，继续填筑上路堤基土至设计路堤标高，在路基上路床顶面全断面铺设立体土工格栅，在道路最大冻深处、路堤底部原地面全断面铺设复合防排水板，在路床顶面沿路基横断面方向铺设立体土工格栅，下路堤填土与地基土之间铺设的基底复合防排水板的复合土工膜向上，虑水土工布向下。结构简单，降低了路基湿度、提高了路基整体刚度，降低了季冻区道路冻害，防治季冻区道路病害效果明显，具有应用推广前景。
文档编号E02D3/10GK101956355SQ20101021761
公开日2011年1月26日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者付伟, 何斌, 吴万平, 吴莎, 程平, 邓涛, 阮艳彬 申请人:中交第二公路勘察设计研究院有限公司