一种加筋碎石框架结构路基加固体系及其加固方法与流程

本发明属于路基加固工程领域，涉及一种路基加固体系及加固方法，尤其涉及一种加筋碎石框架结构路基加固体系及其加固方法。

背景技术：

近年来，随着我国经济的飞速发展以及国家对基础设计建设的重视和投入，公路建设如火如荼，我国的公路运输能力将得到进一步提升。道路交通体系的完善促进各个地区物质资源的相互流动，将极大地推动国民经济的发展。

然而，通过对大量在役道路常见病害的统计表明，在道路运营阶段，路基在车辆荷载的长期振动和挤压作用下，路基极易出现不均匀沉降，导致路面开裂等病害，尤其是软土等特殊土地区，道路病害现象更为突出。路面裂缝的出现将数量级的提高路面的渗透水能力，在外界降雨入渗条件下，雨水通过裂缝渗入路基土体中，进一步导致路基填土软化，路面沉陷加剧，严重影响路面正常通行，甚至导致交通事故发生。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种结构力学性能合理、整体性和防渗性好以及承载力高的加筋碎石框架结构路基加固体系及其加固方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种加筋碎石框架结构路基加固体系，其特征在于：所述加筋碎石框架结构路基加固体系包括加筋碎石垫层、路堤填土、加筋碎石桩、土工格室加筋碎石层以及面层；所述土工格室加筋碎石层与加筋碎石垫层相互平行；所述加筋碎石桩纵向设置在土工格室加筋碎石层以及加筋碎石垫层之间并分别与土工格室加筋碎石层以及加筋碎石垫层相连；所述土工格室加筋碎石层与加筋碎石桩和加筋碎石垫层之间填充有路堤填土；所述面层铺设在土工格室加筋碎石层的上表面；所述加筋碎石垫层、加筋碎石桩以及土工格室加筋碎石层通过预埋注浆管进行联合注浆形成整体的加筋碎石框架结构加固体系。

作为优选，本发明所采用的加筋碎石垫层包括土工格栅或土工格室以及填充在土工格栅或土工格室中的碎石；所述土工格栅或土工格室是一层或多层；所述土工格栅或土工格室是多层时，多层土工格栅或土工格室相互并行；所述碎石的最大粒径不大于100mm；所述碎石中的含泥量不大于5％；所述加筋碎石垫层的厚度范围是0.3m～1.0m。

作为优选，本发明所采用的土工格栅的抗拉强度不小于100kN/m；所述土工格栅的断裂延伸率不大于3％；所述土工格栅为多层时，相邻两层土工格栅之间的间距是0.2m～0.4m。

作为优选，本发明所采用的加筋碎石桩包括土工格栅套筒以及填充在土工格栅套筒内部的套筒内碎石；所述加筋碎石桩是多根；多根加筋碎石桩成梅花形排列，相邻两根加筋碎石桩的桩间距是3m～5m；所述加筋碎石桩的桩径是0.5m～1.0m；所述土工格栅套筒内碎石的最大粒径不大于80mm；所述套筒内碎石的含泥量不大于5％；所述土工格栅套筒是由抗拉强度不低于30kN/m的土工格栅制成。

作为优选，本发明所采用的土工格室加筋碎石层包括土工格室以及填充在土工格室中的碎石；所述土工格室的抗拉强度不小于150kN/m；所述土工格室的断裂延伸率不大于10％；所述土工格室中的碎石的最大粒径不大于100mm；所述土工格室中的碎石的含泥量不大于5％；所述土工格室加筋碎石层的厚度是20cm～50cm。

作为优选，本发明所采用的联合注浆时采用的注浆液是水泥浆；所述水泥浆中掺入水玻璃以及UEA膨胀剂；所述水玻璃与水泥浆的重量比是1％～3％；所述UEA膨胀剂与水泥浆的重量比是8％～10％；所述水泥浆中的水灰比范围是0.8：1～1：1；所述联合注浆时的注浆压力为0.1～0.3Mpa。

一种基于如上所述的加筋碎石框架结构路基加固体系的加固方法，其特征在于：所述加固方法包括以下步骤：

1)采用压路机将加固段地基的基底碾压密实，满足设计压实度要求；

2)填筑第一层厚度为20cm的碎石层，并采用光轮压路机静压一遍，碾压应满足地基系数K30不小于140MPa/m，静压完成后铺设第一层土工格栅；

3)重复步骤2)，在第一层土工格栅的上表面依次完成后续两层碎石和两层土工格栅的铺设，相邻两层土工格栅采取纵横交错铺设，幅与幅之间对齐，搭接长度不小于30cm；

4)路堤填土进行分层填筑，逐层压实，每层松铺厚度不超过30cm，填土含水量控制在含水量上下2％以内，各层压实度应满足设计和规范要求；

5)待路堤填土填筑完成后，采用振冲器在设计桩位处钻孔，钻孔至加筋碎石垫层的上表面并进行清孔；

6)沿孔壁内侧安放土工格栅套筒，预埋注浆管，所述注浆管插入加筋碎石垫层中5～10cm；

7)向孔内分批填筑套筒内碎石并振捣直至孔内碎石填筑完成；

8)紧贴路路堤填土的上表面铺设土工格室，待土工格室铺设完成后及时填筑土工格室中的碎石，形成土工格室加筋碎石层；

9)待土工格室加筋碎石层施工完毕后，通过已预埋的注浆管，自下而上进行注浆，注浆过程中，根据注浆压力提升注浆管，依次完成加筋碎石垫层、加筋碎石桩以及土工格室加筋碎石层的注浆工作；当注浆压力达到设计注浆压力后，稳压3～5分钟；当发现浆液反至地表时，降低注浆速度，防止注浆压力过大导致地表出现冒浆；必要时采用间歇注浆法，进行二次注浆或多次注浆，间歇注浆时间为0.5～1.5h，直至浆液填充满土工格室加筋碎石层，结束注浆工作；

10)待注浆液凝固并达到预期强度后，铺设沥青或混凝土所形成的面层。

本发明的优点：

本发明提供了一种加筋碎石框架结构路基加固体系及其加固方法，该体系包括加筋碎石垫层、加筋碎石桩、土工格室加筋碎石层以及面层。其中，加筋碎石垫层、加筋碎石桩、土工格室加筋碎石层以及面层自下而上依次布设；加筋碎石垫层、加筋碎石桩和土工格室加筋碎石层通过预埋注浆管进行联合注浆，形成一个整体的加筋碎石框架结构加固体系。本发明对路基承载力低且易在车辆荷载作用下产生不均匀沉降，导致路面开裂等一系列病害问题，显著提高了路基的整体性稳定性，增强了路基的承载特性以及抗渗性能。该路基加固体系有效地解决了路基运营过程中在车辆荷载长期作用下不均匀沉降和路面开裂严重的问题，同时具有较好的经济型和可实施性。

附图说明

图1是本发明所提供的路基加固体系的剖视结构示意图；

图2是本发明所采用的加筋碎石垫层的剖视结构示意图；

图3是本发明所采用的加筋碎石桩的平面结构示意图；

图4是本发明所采用的土工格室加筋碎石层的剖视结构示意图；

图5是本发明所采用的加筋碎石垫层、加筋碎石桩和土工格室加筋碎石层联合注浆示意图；

其中：

1-加筋碎石垫层；2-路堤填土；3-加筋碎石桩；4-土工格室加筋碎石层；5-面层；6-碎石；7-土工格栅；8-土工格栅套筒；9-土工格室；10-注浆管；11-注浆泵。

具体实施方式

参见图1，本发明提供了一种加筋碎石框架结构路基加固体系，包括加筋碎石垫层1、路堤填土2、加筋碎石桩3、土工格室加筋碎石层4以及面层5；土工格室加筋碎石层4与加筋碎石垫层1相互平行；加筋碎石桩3纵向设置在土工格室加筋碎石层4以及加筋碎石垫层1之间并分别与土工格室加筋碎石层4以及加筋碎石垫层1相连；土工格室加筋碎石层4与加筋碎石桩3和加筋碎石垫层1之间填充有路堤填土2；面层5铺设在土工格室加筋碎石层4的上表面；加筋碎石垫层1、加筋碎石桩3以及土工格室加筋碎石层4通过预埋注浆管进行联合注浆形成整体的加筋碎石框架结构加固体系。

其中：加筋碎石垫层1包括土工格栅7或土工格室以及填充在土工格栅7或土工格室中的碎石6，其结构示意图参见图2；土工格栅7或土工格室是一层或多层；土工格栅7或土工格室是多层时，多层土工格栅7或土工格室相互并行；碎石6的最大粒径不大于100mm；碎石6中的含泥量不大于5％；加筋碎石垫层1的厚度范围是0.3m～1.0m。

土工格栅7的抗拉强度不小于100kN/m；土工格栅7的断裂延伸率不大于3％；土工格栅7为多层时，相邻两层土工格栅7之间的间距是0.2m～0.4m。

参见图3，加筋碎石桩3包括土工格栅套筒8以及填充在土工格栅套筒8内部的套筒内碎石；加筋碎石桩3是多根；多根加筋碎石桩3成梅花形排列，相邻两根加筋碎石桩3的桩间距是3m～5m；加筋碎石桩3的桩径是0.5m～1.0m；土工格栅套筒8内碎石的最大粒径不大于80mm；套筒内碎石的含泥量不大于5％；土工格栅套筒8是由抗拉强度不低于30kN/m的土工格栅制成；在土工格栅制作土工格栅套筒8时，若土工格栅的长度不够，可采用相邻两个土工格栅搭接的方式进行，搭接时的搭接长度不小于30cm。

参见图4，土工格室加筋碎石层4包括土工格室9以及填充在土工格室9中的碎石；土工格室9的抗拉强度不小于150kN/m；土工格室9的断裂延伸率不大于10％；土工格室9中的碎石的最大粒径不大于100mm；土工格室9中的碎石的含泥量不大于5％；土工格室加筋碎石层4的厚度是20cm～50cm。

联合注浆时采用的注浆液是水泥浆；水泥浆中掺入水玻璃以及UEA膨胀剂；水玻璃与水泥浆的重量比是1％～3％；UEA膨胀剂与水泥浆的重量比是8％～10％；水泥浆中的水灰比范围是0.8：1～1：1；联合注浆时的注浆压力为0.1～0.3Mpa。

本发明在提供加筋碎石框架结构路基加固体系的同时，还提供了基于加筋碎石框架结构路基加固体系对路基进行加固的方法，该加固方法包括以下步骤：

1)采用压路机将加固段地基的基底碾压密实，满足设计压实度要求；

2)填筑第一层厚度为20cm的碎石六层，并采用光轮压路机静压一遍，碾压应满足地基系数K30不小于140MPa/m，静压完成后铺设第一层土工格栅7；

3)重复步骤2)，在第一层土工格栅7的上表面依次完成后续两层碎石6和两层土工格栅7的铺设，相邻两层土工格栅7采取纵横交错铺设，幅与幅之间对齐，搭接长度不小于30cm；

4)路堤填土2进行分层填筑，逐层压实，每层松铺厚度不超过30cm，填土含水量控制在含水量上下2％以内，各层压实度应满足设计和规范要求；

5)待路堤填土2填筑完成后，采用振冲器在设计桩位处钻孔，钻孔至加筋碎石垫层1的上表面并进行清孔；

6)沿孔壁内侧安放土工格栅套筒8，预埋注浆管10，注浆管10插入加筋碎石垫层1中5～10cm；

7)向孔内分批填筑套筒内碎石并振捣直至孔内碎石填筑完成；

8)紧贴路路堤填土2的上表面铺设土工格室9，待土工格室9铺设完成后及时填筑土工格室9中的碎石，形成土工格室加筋碎石层4；

9)待土工格室加筋碎石层4施工完毕后，通过注浆泵11以及已预埋的注浆管10，自下而上进行注浆，注浆过程中，根据注浆压力提升注浆管10，依次完成加筋碎石垫层1、加筋碎石桩3以及土工格室加筋碎石层4的注浆工作；当注浆压力达到设计注浆压力后，稳压3～5分钟；当发现浆液反至地表时，降低注浆速度，防止注浆压力过大导致地表出现冒浆；必要时采用间歇注浆法，进行二次注浆或多次注浆，间歇注浆时间为0.5～1.5h，直至浆液填充满土工格室加筋碎石层4，结束注浆工作；

10)待注浆液凝固并达到预期强度后，铺设沥青或混凝土所形成的面层5。

下面结合具体的实施例对本发明所述的加筋碎石框架结构路基加固体系及其加固方法做进一步说明。

实施例1

参见图1，一种加筋碎石框架结构路基加固体系，该加固体系包括加筋碎石垫层1、路堤填土2、加筋碎石桩3、土工格室加筋碎石层4以及面层5。

其中，路堤填土高度4m，路面宽度16m，路基边坡坡比1：1.5。

加筋碎石垫层1的厚度为60cm，采用分层填筑法施工，每层填筑厚度20cm；加筋材料选用土工格栅7，土工格栅7满足高强度。低应变的要求，在1％延伸率时的抗拉强度不小于300kN/m。每填筑一层碎石6铺设一层土工格栅7，共铺设三层。加筋碎石垫层1和土工格室加筋碎石层4所用碎石的最大粒径不大于100mm，加筋碎石桩3所用碎石最大粒径不大于60cm，含泥量均不大于5％。

加筋碎石桩3的直径为0.6m，横向间距为4m；土工格栅套筒8的抗拉强度为50kN/m，幅宽4m。

土工格室加筋碎石层4的厚度为30cm，土工格室9抗拉强度为300kN/m，最大延伸率为5％。

注浆液为32.5级矿渣水泥浆，并掺入3％的水玻璃，掺入9％的UEA膨胀剂，水灰比为1：1，注浆压力为0.3Mpa。

本发明提供的加筋碎石框架结构路基加固体系，其施工步骤如下：

A、采用压路机将加固段地基的基底碾压密实，满足设计压实度要求。

B、填筑第一层厚度为20cm的碎石六层，并采用光轮压路机静压一遍，碾压应满足地基系数K30不小于140MPa/m，静压完成后铺设第一层土工格栅7。

C、重复步骤B完成后续二层碎石6和土工格栅7的铺设，上下层土工格栅采取纵横交错铺设，幅与幅之间要对齐，搭接长度不小于30cm。

D、路堤填土2进行分层填筑，逐层压实，每层松铺厚度不超过30cm，填土含水量控制在最佳含水量上下2％以内，各层压实度应满足设计和规范要求。

E、路堤填土2填筑完成后，采用振冲器在设计桩位处钻孔，钻孔至加筋碎石垫层1上表面并进行清孔。

F、沿孔壁内侧安放土工格栅套筒8，预埋注浆管10，其中注浆管插入加筋碎石垫层1中5cm左右。

G、向孔内分批填筑碎石6并振捣直至孔内碎石填筑完成。

H、紧贴路堤填土2铺设土工格室9，土工格室9铺设完成后及时填筑碎石6。

I、土工格室加筋碎石层4施工完毕后，通过已预埋的注浆管，按图5所示自下而上进行注浆，注浆过程中，根据注浆压力提升注浆管10，依次完成加筋碎石垫层1、加筋碎石桩3以及土工格室加筋碎石层4的注浆工作。其中下部注浆工作应连续进行，当注浆压力达到设计注浆压力后，稳压3～5分钟；当发现浆液反至地表时，降低注浆速度，防止注浆压力过大导致地表出现冒浆。必要时采用间歇注浆法，进行二次注浆或多次注浆，间歇注浆时间为0.5～1.5h，直至浆液填充满土工格室加筋碎石层4，结束注浆工作。

J、待浆液凝固并达到一定强度后，铺设沥青或混凝土面层5。

本发明提供了一种加筋碎石框架结构路基加固体系及其加固方法，其中，加筋碎石垫层1、加筋碎石桩3以及土工格室加筋碎石层4通过整体注浆而形成的加筋碎石框架结构加固体系，该加固体系具有结构力学性能合理、整体性和防渗性好以及承载力高等有点，显著提高了路基的整体性稳定性，增强了路基的承载特性以及抗渗性能。该路基加固体系有效地解决了路基运营过程中在车辆荷载长期作用下不均匀沉降和路面开裂严重的问题，同时具有较好的经济型和可实施性。

最后说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，凡对本发明技术方案进行等效修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围的，皆应属于本发明专利涵盖的范围内。