新型固化粉土路基道路扩建拼接结构及方法

1.本发明涉及不良土质资源化利用及道路工程领域，具体地说是一种新型固化粉土路基道路扩建拼接结构及方法。


背景技术：

2.随着经济社会的快速发展和交通量的增长，很多道路的实际交通量已经远超设计交通量，服务水平下降，安全事故增多。原有公路通行能力已不能满足社会需要，道路改扩建工程已是迫在眉睫。道路的改扩建需要对老路进行拼宽，而且新路的填筑需要消耗大量的土石方，造成土地资源的浪费。随着我国工程建设速度和数量的高速增长，能够直接满足于路用性能的优质土、石材料已十分紧缺，过度开采会进一步破环生态环境。如何就地取材，充分开发工程性质不良土制备新型道路材料已得到社会普遍关注。
3.粉质土广泛分布于黄河、淮河等主要河流的中下游冲积地区，具有黏粒含量低、颗粒级配较差、渗透性高、水敏感性显著等特点。若直接用于道路路基填筑，在自然降水和毛细水上升等因素影响下，会导致强度严重衰减、耐久性不足，发生沉陷变形、翻浆、坍塌、冻融、纵裂等严重病害。由此可知，粉质土是一种工程性质不良的自然材料，无法直接应用于道路工程。因此，如何对粉质土路用性能改良，实现对道路扩建拼宽是目前亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的技术任务是提供一种新型固化粉土路基道路扩建拼接结构及方法，来解决如何对粉质土路用性能改良，实现对道路扩建拼宽的问题。
5.本发明的技术任务是按以下方式实现的，一种新型固化粉土路基道路扩建拼接结构，包括原有道路结构和结构层拼接台阶，原有道路结构包括由上至下依次设置的旧路面层、旧路基层、旧路路床和旧路路基，结构层拼接台阶处分层设置有交替排布的传统材料路基和固化粉土路基，固化粉土路基呈z字形分层铺筑，固化粉土路基采用半柔性粉土路基材料。
6.作为优选，所述固化粉土路基是由上延伸部、重叠部以及下延伸部组成的z字形固化粉土路基，重叠部的长度为1～2m；上延伸部位于结构层拼接台阶上且上延伸部的长度为上延伸部厚度的2～5倍，优选3倍，下延伸部和上延伸部的厚度为30～50cm。
7.更优地，所述半柔性粉土路基材料以粉质土为原材料，掺配柔性固化剂，经拌和、压实和养生制备而成；半柔性粉土路基材料各组份的重量配比为：
8.粉质土88～95份；
9.柔性固化剂5～12份。
10.更优地，所述半柔性粉土路基材料各组份的重量配比为：
11.粉质土91～94份；
12.柔性固化剂6～9份。
13.更优地，所述柔性固化剂由灰渣及磺化沥青粉研磨混合而成，柔性固化剂成品细度小于120目且含水量小于3％；柔性固化剂的各组份的重量配比为：
14.灰渣55～65份；
15.磺化沥青粉35～45份。
16.更优地，所述柔性固化剂柔性固化剂的各组份的重量配比为：
17.灰渣58～63份；
18.磺化沥青粉37～42份。
19.作为优选，所述半柔性粉土路基材料的粘聚力大于350kpa，优选350～458kpa，抗压强度大于1.5mpa，优选1.5～1.62mpa。
20.作为优选，所述传统材料路基和固化粉土路基的沉降差不大于
±
3cm；固化粉土路基的厚度为30～50cm；固化粉土路基顶部的当量回弹模量大于50mpa。
21.一种新型固化粉土路基道路扩建拼接方法，该方法具体如下：
22.原有道路结构按旧路面层、旧路基层、旧路路床及旧路路基开挖后设置结构层拼接台阶；
23.采用半柔性粉土路基材料铺筑固化粉土路基；
24.施工时，分层交替铺筑传统材料路基和固化粉土路基；
25.z字形固化粉土路基填筑至设计高度，每层填注的厚度为30～50cm；
26.每层填筑完毕，养生3d后进行下一层填筑。
27.作为优选，所述半柔性粉土路基材料的制备具体如下：
28.以粉质土为原材料，掺配柔性固化剂，拌合后得到干粉；其中，干粉各组份的质量比例为：粉质土：柔性固化剂＝90：10；
29.将干粉与水拌和、压实和养生制备半柔性粉土路基材料；其中，干粉与水的质量比例为1:0.11；
30.经过养护后的半柔性粉土路基材料的粘聚力大于350kpa，优选350～458kpa，抗压强度大于1.5mpa，优选1.5～1.62mpa。
31.本发明的新型固化粉土路基道路扩建拼接结构及方法具有以下优点：
32.(一)本发明采用新型固化粉土道路材料以z字型分层铺筑，新型固化粉土路基采用半柔性粉土路基材料，具有微损伤自愈、路用性能良好、成本低、就地取材等优点；
33.(二)本发明与传统道路扩建拼宽技术相比，本发明的拼接结构消耗大量的工程不良材料粉土及一定量的灰渣，有效降低扩建道路拼接结构的差异沉降和纵向开裂，具有资源节约、绿色环保和经济耐久的技术优势，具有广泛的推广应用价值；
34.(三)本发明通过老路功能台阶和新型固化粉土路基之间的技术互补与协同作用，共同形成资源节约、绿色环保和变形协调的道路扩建拼接整体结构；
35.(四)本发明的z字形固化粉土路基能够有效减小新老道路的不均匀沉降，避免后期纵向开裂；半柔性粉土路基材料的渗透性和压缩性均远低于未固化粉质土，z字型设置既能阻断拼接路基内的毛细水上升，同时补偿拼接路基的自然沉降，最终与老路基在附加荷载作用下的新增沉降量形成变形协调；
36.(五)本发明遵循道路结构力学及变形协调原理，通过结构性台阶和防水抗裂型固化粉土路基之间的相互作用，使新老道路形成整体结构，解决了扩建工程中不均匀沉降、纵
向开裂、长期稳定性等问题；
37.(六)本发明使用的半柔性粉质土路基材料通过添加灰渣和磺化沥青粉，具有半柔性工程特性，提高抗压、抗剪强度承受循环荷载的作用，同时材料的水稳定性和抗冻性能良好，出现早期微损伤可以实现自愈补强；
38.(七)本发明具有施工流程简单，工艺参数易于控制的优点，同事一定程度利用工业废弃材料，实现粉质土就地取材，节约资源，降低工程造价，规模化替代传统土、石填筑材料，具有很高的推广应用价值和发展前景。
附图说明
39.下面结合附图对本发明进一步说明。
40.附图1为新型固化粉土路基道路扩建拼接结构的示意图。
具体实施方式
41.参照说明书附图和具体实施例对本发明的新型固化粉土路基道路扩建拼接结构及方法作以下详细地说明。
42.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述。而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.实施例1：
45.如附图1所示，本发明的新型固化粉土路基道路扩建拼接结构，包括原有道路结构和结构层拼接台阶，原有道路结构包括由上至下依次设置的旧路面层、旧路基层、旧路路床和旧路路基，结构层拼接台阶处分层设置有交替排布的传统材料路基和固化粉土路基，固化粉土路基呈z字形分层铺筑，固化粉土路基采用半柔性粉土路基材料。z字形固化粉土路基设置有两层，两z字形固化粉土路基间隔设置。固化粉土路基是由上延伸部、重叠部以及下延伸部组成的z字形固化粉土路基，重叠部的长度为1.5m；上延伸部位于结构层拼接台阶上且上延伸部的长度为上延伸部厚度的3倍，下延伸部和上延伸部的厚度为30cm。
46.【制备柔性固化剂】
47.柔性固化剂由灰渣及磺化沥青粉研磨混合而成，柔性固化剂成品细度小于120目且含水量小于3％；柔性固化剂的各组份的百分比为：
[0048][0049]
【制备半柔性粉土路基材料】
[0050]
半柔性粉土路基材料以粉质土为原材料，掺配柔性固化剂，经拌和、压实和养生制备而成；半柔性粉土路基材料各组份的百分比如下表：
[0051][0052]
实施例2：
[0053]
本发明的新型固化粉土路基道路扩建拼接方法，该方法具体如下：
[0054]
(1)老路道路结构：老路面层结构为上面层(4cmsma
‑
13，即旧路面层)、中面层(5cmac
‑
20，即旧路基层)、下面层(6cmac
‑
25，即旧路路床)；基层结构(旧路路基)为上基层(18cm水泥稳定碎石)、下基层(18cm水泥稳定碎石)；上路床结构为30cm石灰稳定土，以下路基部位为2.4m素填土；
[0055]
(2)、设置结构台阶：结构层拼接台阶高度为90cm，固化粉土路基呈z字形分层铺筑，分层高度为30cm；其他部分采用常规基层材料填筑；
[0056]
(3)、固化粉土路基：为有效克服粉质土黏粒含量低、颗粒级配较差、渗透性高、水敏感性显著等不良工程特性，提高强度和水稳定性，提高施工工作性能，对其进行技术改良处理；经配比调试，半柔性粉土路基材料的制备具体如下：以粉质土为原材料，掺配柔性固化剂，拌合后得到干粉；其中，干粉各组份的质量比例为：粉质土：柔性固化剂＝90：10；将干粉与水拌和、压实和养生制备半柔性粉土路基材料；其中，干粉与水的质量比例为1:0.11；经过养护后的半固化粉土路基的粘聚力为458kpa，抗压强度为1.62mpa；
[0057]
(4)、半柔性粉土路基材料施工应用：施工时将半柔性粉土路基材料分层填筑至设计高度，每层填注的厚度为30cm；每层填筑完毕，养生3d后进行下一层填筑。
[0058]
【对比实施例】
[0059]
对比实施例包括对比例1和对比例2，对比例1和对比例2的路面结构、台阶开挖均与实施例相同，不同之处在于实施例2的新路拼接路基全部采用半柔性粉土路基材料填筑，对比例1和对比例2的新路拼接路基全部采用常规未固化的粉质土填筑，正常施工后进行沉
降观测与检测。
[0060]
按下表层结构铺筑实验路：
[0061][0062]
【结构整体检验】
[0063]
对实施例2、对比例1和对比例2的实验路进行沉降观测，得出以下结果：
[0064][0065]
在路基施工至设计高度并在最后一层养生结束后，在其顶面进行当量回弹模量测试。实施例2的路基顶面当量回弹模量为92mpa，新老道路的沉降差为1.25cm；对比例1的路基顶面当量回弹模量为118mpa，新老道路的沉降差为
‑
3.73cm；对比例2的路基顶面当量回弹模量为42mpa，新老道路的沉降差为5.26cm。结果表明采用新型固化粉土路基道路扩建拼接结构整体具备良好的刚度、稳定性，并且z字型分层铺装结构能够与旧路路基形成同步协调变形一致性，有效避免差异沉降引起的纵向开裂。
[0066]
注意：当量回弹模量作为土基抗压强度的指标。
[0067]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。