一种无筋轻质土台背的填筑方法与流程

本发明是一种涉及建筑工程领域，具体涉及一种无筋轻质土台背的填筑方法。

背景技术：

随着国民经济的迅猛发展，从城市到山区，沿海到内陆，高速公路、城市快速路等交通方式得到了广泛建设，而“桥头跳车”现象严重影响行车的安全性和舒适感，一直以来备受关注。“桥头跳车”问题传统上是通过台背路基的地基处理和严格的台背回填来处理，然而由于土源运距远，施工场地狭小，大型机械使用困难等原因，当前台背路基处理效果并不理想。轻质土重度小，强度高，施工方便等优势，能很好的解决台背回填施工过程的征地拆迁、土源紧张、施工作业面不足、工程造价大等问题，越来越受到人们的关注。然而在实际应用中，轻质土填筑整层填筑一般每层填筑厚度要求小于1米；台背回填轻质土路基排水常采用PVC管底部排水，渗入路基的水难以排出；轻质土加筋多采用横向钢筋或铺设钢筋网，代价高、易生锈，整体性不强，如荷载作用时，易产生脱空；加筋轻质土路基因内部钢筋的影响，无法采用雷达对其无损检测；因雨水的侵入，气泡结构遭到破坏，严重影响轻质土路基的稳定性和耐久性，同时，造成水资源浪费；且在施工完成后，轻质土台背路基通常不做进一步处理，由混凝土面板的外观裸露在人们视野，影响周围环境的绿化和美观。

技术实现要素：

针对以上所述的轻质土台背路基出现的情况，本发明提出了一种无筋轻质土台背的填筑方法，可以达到轻质土路基无筋、节约水资源和绿化环境的目的，有效的提高轻质土路基的整体性、承载力和促进生态平衡。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种无筋轻质土台背的填筑方法，所述非轻质土路基两侧边坡坡度为1：x，x取1～2，所述填筑方法包括以下步骤：

步骤一、在非轻质土路基上进行分级削坡，形成多个坡度为1:1～1:2的斜坡，每级斜坡之间形成一个平台，平台宽度为1.0～3.0米；

步骤二、在底层非轻质土路基横向两个坡脚线向路基中心线内平移h₁*x米处，在非轻质土路基底层斜坡与结构物之间设置第一层侧向挡板，第一层侧向挡板的高度h₁为1.5～3.5米，非轻质土路基、结构物和第一层侧向挡板围合形成第一层台背填筑区域；

步骤三、在第一层台背填筑区域内，在非轻质土路基的横向间隔设置多个纵梁，单个纵梁沿路基纵向设置，在路基的纵向间隔设置多个横梁，单个横梁垂直于路基纵向设置，在纵梁和横梁围成的填筑区域内铺设纵向、横向和竖向PVC管，这三个方向的PVC管连通形成立方体网架，其中PVC管的直径D为80～110毫米，每根PVC管的长度L为1.0～2.0米，PVC管中灌满中粗砂，中粗砂的渗透系数k取值为0.005cm/s≤k≤0.01cm/s；

步骤四、在纵梁和横梁围成的填充区域内分层填充抗压强度为q₁的轻质土，q₁取值范围为0.60MPa≤q₁≤0.80MPa，每层填充高度为h米，0.5≤h≤1.0；

步骤五、在第一层侧向挡板向路基中心线内平移h₂x米处，在非轻质土路基斜坡和结构物之间设置第二层侧向挡板，第二层侧向挡板的高度h₂为1.5～3.5米，非轻质土路基斜坡、结构物和第二层侧向挡板围合形成第二层台背填筑区域；

步骤六、在第二层台背填筑区域内，设置多个纵梁和横梁，并且该区域内的纵、横梁位于第一层台背填筑区域内的纵、横梁中间位置，成交错布置状态，在第二层纵梁和横梁围成的填筑区域内铺设纵向、横向和竖向PVC管，这三个方向的PVC管连通形成立方体网架，且第二层的竖向PVC管与第一层的竖向PVC管高度方向上连接，在第二层纵梁和横梁围成的填充区域内分层填充抗压强度为q₂的轻质土，0.60MPa≤q₂≤0.80MPa，每层填充高度为h米；

以此类推填筑第三层至第m层台背填筑区域，台背填筑区域总层数为m，第m层台背填筑区域与非轻质土路基齐平，第m层台背填筑区域高度为h_m米，1.5≤h_m≤3.5；在第m层纵梁和横梁围成的填充区域内分层填充抗压强度为q_m的轻质土，0.60MPa≤q_m≤q_m-1......≤q₂≤q₁≤0.80MPa，每层填充高度为h米；

步骤七、在顶层台背填筑区域的横向两侧开设轻质土排水沟，该轻质土排水沟的深度较非轻质土路基两侧排水沟深h_u，0.3≤h_u≤1.0米，当一次雨量较大，多出的雨水将通过非轻质土路基排水沟排出；轻质土排水沟的表面由防水混凝土覆盖，防止水渗入轻质土；顶层台背填筑区域内的横向PVC管与轻质土排水沟的底部齐平，且插入轻质土排水沟中。

优选地，因侧向挡板一般为矩形，非轻质土路基分级削坡出现斜坡，侧向挡板与非轻质土路基斜坡相交处出现空隙，应在斜坡路基土中人工开挖卡槽，以便于侧向挡板埋置于非轻质土路基之中，从而合围成密封填筑区域。

每层非轻质土路基斜坡高度根据轻质土填筑高度H取值，当H大于4米时，分级削坡，每层斜坡高度取值范围2～4米，当H小于4米时，可直接削坡；每级斜坡可填筑1～2层轻质土。

作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤三和步骤六中纵、横梁的尺寸为：第i层纵横梁的尺寸为沿公路纵向的纵梁宽度为a_i米，填充区域宽度为b_i米，公路横向的横梁宽度为c_i米，填充区域宽度为d_i米。其中0.5m≤a_i≤a_i-1，0.5m≤c_i≤c_i-1，1≤i≤m。

作为本发明的一种优选技术方案，所述纵、横梁的做法为由两块钢模板围合形成矩形槽，钢模板上用于穿过PVC管处开设有直径等于PVC管径的通孔，且在该通孔内穿过钢模板和矩形槽设置直径等于PVC管径的钢管，第i层台背填筑区域在矩形槽内填筑抗压强度为σ_i的轻质土，其中1.4MPa≤σ₁≤1.6MPa，σ₁≥σ₂≥......≥σ_i≥......≥σ_m，0.8MPa≤σ_m≤1.0MPa。

作为本发明的一种优选技术方案，所述每层侧向挡板连接处用沥青密封，然后在侧向挡板形成的台阶上覆盖土壤，形成与非轻质土路基两侧边坡坡度一致的边坡，并播种植被。

作为本发明的一种优选技术方案，所述纵向和竖向PVC管的两端密封，横向PVC管的两端穿过侧向挡板，横向PVC管的两端采用滤网封住出口，顶层横向PVC管长度方向由两端向中间有2％～5％的坡度，其他横向PVC管长度方向由中间向两端有2％～5％的坡度，以便于储排水。

无筋轻质土路基中布设灌砂PVC管，以释放填筑温度应力，并作为路基排水通道。该填筑方法使纵横梁形成填筑空间内轻质土强度达到有侧限抗压强度，从而提高了高大台背轻质土路基的承载力与稳定性，同时本发明在填筑过程中避免使用钢筋网等加筋材料，不仅节约造价，加强了轻质土路基的整体性，且利于后期采用雷达等无损检测技术检测工程质量。

与现有技术相比，本发明有益效果为：

1、无筋填筑施工。纵横梁与其合围的填充区域均采用轻质土填筑，轻质土强度仅由不同的水泥、水和气泡的配合比调节，无需掺合剂，且在路基施工过程无加筋，单一材质的高强度纵横梁与其合围的填充区域共同作用，增强了路基整体性。

2、提高路基强度。高强度纵横梁的分层交错设置，使充填区域轻质土强度达到有侧限抗压强度，从而在高强度纵横梁和有侧限的充填轻质土的作用下提高了高大台背轻质土路基的承载力与稳定性。

3、无损检测。避免使用钢筋网等加筋材料，不仅节约造价，且利于后期采用雷达等无损检测技术检测工程质量。

4、加快施工进度。分块分层填筑，每层填筑厚度合理增大，各分块区域分别凝固，施工无间隙期，有效加快施工进度。

5、保护路基。轻质土路基中布设灌砂PVC管，以释放填筑温度应力，并作为路基排水通道，加强了轻质土路基的整体性。轻质土周围采用防水材料保护，以植被覆盖，有效防止水分渗入轻质土内，保护轻质土气泡结构。

6、节水环保。通过纵横布置的灌砂PVC管，有效储存排放雨水，经过砂土渗流灌溉路基两侧边坡植被，节约水资源，且路基两侧阶梯式填筑，覆盖土壤，播种植被，有利于美化和保护环境，促进生态平衡。

附图说明

图1为本发明路基填筑纵断面图；

图1中X为沿路基的纵向，Y为垂直路基的横向，Z为垂直地面的竖向；

图2为本发明路基填筑水平剖面图，即图1中的A-A剖面图；

图3为本发明路基填筑横断面图，即图1中的B-B剖面图；

图4为本发明路基填筑连续两层各分块区域示意图；

图4中4a为第一层台背填筑区域内的纵、横梁分布结构；4b为第二层台背填筑区域内的纵、横梁分布结构；

图5为本发明路基分层填筑横断面示意图。

图中标号为：1、结构物；2、非轻质土路基；3、斜坡；4、平台；5、中粗砂；6、侧向挡板；7、轻质土排水沟；8、横向PVC管；9、竖向PVC管；10、非轻质土路基边坡；11、纵梁；12、横梁。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1-5所示，本发明涉及结构物1、非轻质土路基2、斜坡3、平台4、中粗砂5、侧向挡板6、轻质土排水沟7、横向PVC管8、竖向PVC管9、非轻质土路基边坡10、纵梁11、横梁12等技术特征。

本发明中所述的结构物例如桥台，侧向挡板为预制混凝土板。本发明中X为沿路基的纵向，Y为垂直路基的横向，Z为垂直地面的竖向；故沿着路基的方向铺设的梁称为纵梁，垂直路基的方向铺设的梁称为横梁。

一种无筋轻质土台背的填筑方法，所述台背位于结构物与老路基之间，所述非轻质土路基两侧边坡坡度为1：x，x取1～2，所述填筑方法包括以下步骤：

步骤一、在非轻质土路基上进行分级削坡，形成多个坡度为1:1～1:2的斜坡，每级斜坡之间形成一个平台，平台宽度为1.0m～3.0m；

非轻质土路基与轻质土路基连接处，非轻质土路基需分解削坡，每级坡留置平台，可以防止非轻质土路基垮塌，同时便于非轻质土路基填土与轻质土紧密连接。其中，分级削坡坡度范围为1:1～1:2，平台宽度为1.0m～3.0m，坡面用工程机械压实，防止土体松散滑落。

步骤二、在底层非轻质土路基横向两个坡脚线向路基中心线内平移h₁x米处，在非轻质土路基底层斜坡与结构物之间设置第一层侧向挡板，第一层侧向挡板的高度h₁为1.5m～3.5m，非轻质土路基、结构物和第一层侧向挡板围合形成第一层台背填筑区域；

步骤三、在第一层台背填筑区域内，在非轻质土路基的横向间隔设置多个纵梁，单个纵梁沿路基纵向设置，在路基的纵向间隔设置多个横梁，单个横梁垂直于路基纵向设置，在纵梁和横梁围成的填筑区域内铺设纵向、横向和竖向PVC管，这三个方向的PVC管连通形成立方体网架，其中PVC管的直径D为80～110mm，每根PVC管的长度L为1.0～2.0m，PVC管中灌满中粗砂，中粗砂的渗透系数k取值为0.005cm/s≤k≤0.01cm/s；

步骤四、在纵梁和横梁围成的填充区域内分层填充抗压强度为q₁的轻质土，q₁取值范围为0.60MPa≤q₁≤0.80MPa，每层填充高度为h，0.5m≤h≤1.0m；

步骤五、在第一层侧向挡板向路基中心线内平移h₂x米处，在非轻质土路基斜坡和结构物之间设置第二层侧向挡板，第二层侧向挡板的高度h₂为1.5m～3.5m，非轻质土路基斜坡、结构物和第二层侧向挡板围合形成第二层台背填筑区域；

步骤六、在第二层台背填筑区域内，设置多个纵梁和横梁，并且该区域内的纵、横梁位于第一层台背填筑区域内的纵、横梁中间位置，成交错布置状态，在第二层纵梁和横梁围成的填筑区域内铺设纵向、横向和竖向PVC管，这三个方向的PVC管连通形成立方体网架，且第二层的竖向PVC管与第一层的竖向PVC管高度方向上连接，在第二层纵梁和横梁围成的填充区域内分层填充抗压强度为q₂的轻质土，0.60MPa≤q₂≤0.80MPa，每层填充高度为h；

以此类推填筑第三层至第m层台背填筑区域，第m层台背填筑区域与非轻质土路基齐平，第m层台背填筑区域高度为h_m，1.5m≤h_m≤3.5m；在第m层纵梁和横梁围成的填充区域内分层填充抗压强度为q_m的轻质土，0.60MPa≤q_m≤q_m-1......≤q₂≤q₁≤0.80MPa，每层填充高度为h；

步骤七、在顶层台背填筑区域的横向两侧开设轻质土排水沟，该轻质土排水沟的深度较非轻质土路基两侧排水沟深h_u，0.3m≤h_u≤1.0m，当一次雨量较大，多出的雨水将通过非轻质土路基排水沟排出；轻质土排水沟的表面由防水混凝土覆盖，防止水渗入轻质土；顶层台背填筑区域内的横向PVC管与轻质土排水沟的底部齐平，且插入轻质土排水沟中。

本发明所述纵向和竖向PVC管的两端密封，横向PVC管的两端穿过侧向挡板，横向PVC管的两端采用滤网封住出口，顶层横向PVC管长度方向由两端向中间有2％～5％的坡度，其他横向PVC管长度方向由中间向两端有2％～5％的坡度，以便于排水。

本发明所述每层侧向挡板连接处用沥青密封，然后在侧向挡板形成的台阶上覆盖土壤，覆盖土壤厚度大于30cm，形成与非轻质土路基两侧边坡坡度一致的边坡，并播种植被。

步骤三和步骤六纵、横梁的做法为由两块钢模板围合形成矩形槽，钢模板上用于穿过PVC管处开设有直径等于PVC管的通孔，且在该通孔内穿过钢模板和矩形槽设置直径等于PVC管的钢管，第i层台背填筑区域在矩形槽内填筑抗压强度为σ_i的轻质土，其中1.4MPa≤σ₁≤1.6MPa，σ₁≥σ₂≥......≥σ_i≥......≥σ_m，0.8MPa≤σ_m≤1.0MPa。

如图4所示，钢模板形成纵、横梁，纵、横梁将每层填筑区域分隔形成多个填筑区域，纵、横梁和填充区域的尺寸为：第i层纵横梁的尺寸为沿公路纵向的纵梁宽度为a_i，填充区域宽度为b_i，公路横向的横梁宽度为c_i，填充区域宽度为d_i。其中0.5m≤a_i≤a_i-1，0.5m≤c_i≤c_i-1，1≤i≤m。在纵梁和横梁围成的填充区域内分层填充抗压强度为q_i的轻质土，0.60MPa≤q_i≤0.80MPa，每层填充高度为h，0.5m≤h≤0.8m。

实施例

本实施例中，正常养护过程中PVC管内为饱和砂，路床宽度W，台背路基长度L_u，当排水沟注满水时，容量V为

V＝2WL_uh_u (1)

路基两侧PVC管横向出口共约n个，出口截面积

S＝nπD²/4 (2)

通过PVC管内饱和中粗砂将储水逐渐补给护坡植被土壤，需要时间约

t＝V/kS (3)

本实施例中，纵横梁每层交错布置，中间有充填区域，将每层轻质土路基简化为复合地基，纵横梁视为“十字桩”，充填轻质土视为土体，每一层承载力可按照复合地基承载力计算，根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ78-2012)，第一层轻质土承载力为

f₁＝β₁×σ₁+0.95×(1-β₁)×q₁ (4)

第m层轻质土承载力为

f_m＝β_m×σ_m+0.95×(1-β_m)×q_m (5)

β为纵横梁面积置换率

特别的，当路床宽度W＝35m，台背路基长度Lu＝30m，路基高度H＝10m，老路基削坡坡度为1:1，平台宽度为2.0m，平台放坡长度共14m，中粗砂渗透系数k＝0.008cm/s，PVC管直径为d＝110mm，每根长度为L＝1.0m，两侧PVC管出水口约720个，填筑区域高度h₁＝h₂＝3.0m,h₃＝h₄＝2.0m，填充区域每层轻质土填筑高度h＝1.0m，选用3种强度轻质土，q₁＝q₂＝q₃＝q₄＝0.6MPa，σ₁＝σ₂＝1.4MPa，σ₃＝σ₄＝0.8MPa，纵横梁宽度a₁＝a₂＝1.5m，a₃＝a₄＝1.0m，c₁＝c₂＝1.5m，c₃＝c₄＝1.0m，充填区域尺寸为b₁＝b₂＝5.0m，b₃＝b₄＝5.5m，d₁＝d₂＝4.0m，d₃＝d₄＝4.5m时，以上参数代入(1)～(6)式，得

当排水沟注满水时，容量V为：

V＝2WL_uh_u＝2×35×(30+14)×0.5＝1540m³

路基两侧PVC管横向出口共约720个，出口截面积

S＝720×πd²/4＝0.11²π/4＝6.84m²

通过PVC管内饱和中粗砂将储水逐渐补给护坡植被土壤，需要时间约

t＝V/kS＝1540/8×10^-5×6.84＝2.8×10⁶s＝32d

纵横梁面积置换率

填筑区域第一层和第二层承载力为

f₁＝f₂＝β₁×σ₁+0.95×(1-β₁)×q₁＝1.04MPa

填筑区域第三层和第四层承载力为

f₃＝f₄＝β₃×σ₃+0.95×(1-β₃)×q₃＝0.64MPa

路基底部和顶部承载力相对一般轻质土路基均有明显提高，能够满足设计承载力要求。对于干旱少雨地区，通过本发明的施工方法，考虑蒸发等因素，至少可满足20～30天的土壤供水。建议旱季10～15天一次的植被表层晒水养护和排水沟注水工作。