一种冻融循环路基处置方法及结构

1.本发明涉及道路施工技术领域，特别涉及，一种冻融循环路基处置方法及结构。


背景技术：

2.冻融地区的路基处理是一个世界难题，由于路基在低温冻结后，路基中的水变成冰体积会膨胀，高温融化后，冰变成水体积收缩。这种冻融循环会导致路基的循环涨缩变形，对道路产生不利影响，致使道路开裂，变形等。
3.现有处置方案包括冻结法、保温法、跨越法等。冻结法就是利用液氮进行冻结，使路基一直出于冻结状态，从而保证其不出现融化。保温法是对路基进行保温处理，使其维持在冻结状态，通常与冻结法同时使用。跨越法就是利用架桥的方式跨越冻融路基地区。以上方法最大的不足是造价太高或者耗能太高，成本大，不利于大范围推广和长期使用。


技术实现要素：

4.针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种冻融循环路基处置方法及结构，以解决现在技术所存在的造价太高或者耗能太高，成本大，不利于大范围推广和长期使用；路基处理效果不佳的问题。
5.本发明提供了一种冻融循环路基处置方法，包括：
6.在路面基层周围设置阻水隔水设施，阻断地表水进入路面基层，隔离路面基层以外地下水与路面基层的联系通道；
7.将路面基层范围内地层中的地下水汇集并排出路面基层；
8.将路面基层与垫层结合设置，利用与路面基层相反的变形特性的垫层抵消路面基层的变形对路面的影响。
9.优选地，所述利用垫层抵消路面基层的变形对路面影响的具体步骤包括：
10.路面基层冻结膨胀时，垫层受环境影响整体结构收缩，路面基层冻结的膨胀作用力与垫层结构收缩的作用力相互抵消；
11.路面基层融化收缩时，垫层受环境影响整体结构膨胀，路面基层融化的收缩作用力与垫层结构膨胀的作用力相互抵消。
12.优选地，所述将路面基层范围内地层中的地下水汇集并排出路面基层的具体步骤包括：
13.在路面基层与冻融路基之间设置排水系统，冻融路基所在平面即为冻融线，排水系统布置于冻融线以上；路面基层周围设置阻水隔水设施伸入冻融路基的距离为冻融线以下45cm-75cm。
14.本发明还提供一种冻融循环路基结构，该结构应用上述任一项所述的一种冻融循环路基处置方法设置，包括：
15.路面基层；
16.隔水组件，同时与所述路面基层和冻融路基连接，所述隔水组件设有两组、且分别
设置于所述路面基层的两侧，所述隔水组件用于阻隔周围的水进入所述路面基层；
17.补偿垫层，同时与所述路面基层和所述隔水组件连接，所述补偿垫层设置于所述路面基层的底部、且设置于两组所述隔水组件之间；
18.排水组件，同时与所述补偿垫层、所述隔水组件和所述冻融路基连接，所述排水组件设置于所述补偿垫层与所述冻融路基之间、且设置于两组所述隔水组件之间。
19.优选地，所述排水组件包括：
20.毛细排水组，沿水平方向并排设有若干个，所述毛细排水组包括若干并排设置的毛细排水板，所述毛细排水板沿竖直方向设置，用于收集所述路面基层范围内地层中的地下水；
21.横向集水管，与所述毛细排水组一一对应、且与对应所述毛细排水组连通；
22.纵向排水管，与全部所述横向集水管连通。
23.优选地，所述隔水组件包括：
24.隔水侧墙，设置于所述路面基层的一侧、且伸入所述冻融路基内，用于阻断地表水进入所述路面基层；
25.截水沟，与所述隔水侧墙连接、且设置于所述隔水侧墙远离所述路面基层的一侧，所述截水沟为l形结构。
26.优选地，所述补偿垫层包括：
27.弹性透水层，一侧与所述路面基层连接，另一侧与所述毛细排水组连接，所述弹性透水层上设有固定孔；
28.胀缩组件，与所述弹性透水层连接、且设置于所述固定孔内，所述胀缩组件包括胀缩单元，所述胀缩单元上设有容纳孔、且包括若干连接板，相邻所述连接板之间铰接；
29.胀缩填充基质，与所述胀缩单元连接、且设置于所述容纳孔内，所述胀缩填充基质控制所述胀缩单元的变形。
30.优选地，所述隔水侧墙伸入所述冻融路基的冻融线以下45cm-75cm。
31.优选地，所述胀缩单元设有若干个，相邻所述胀缩单元之间设有连杆。
32.优选地，所述固定孔沿水平方向延伸设置，所述固定孔沿另一与延伸方向垂直的水平方向设有若干个。
33.由上述方案可知，本发明提供的一种冻融循环路基处置方法，通过控制水与变形补偿相结合的思路进行处理，只要控制住大部分水就会使冻融的影响降低，同时对少量的冻融变形采取补偿的方法进行纠正，最终实现经济高效的控制。本发明还提供了一种冻融循环路基结构，其中隔水组件可以阻隔路面基层与外部地层水的联系，减少路面基层内水的补给，解决增量问题；排水组件可以降低路面基层内部地下水的含量，解决存量问题；补偿垫层可以对剩余地下水的影响进行纠正，起到抵消路面基层变形作用力的作用。本发明解决现在技术所存在的造价太高或者耗能太高，成本大，不利于大范围推广和长期使用；路基处理效果不佳的问题，作用效果显著，适于广泛推广。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
35.图1为本发明提供的一种冻融循环路基结构的结构示意图；
36.图2为本发明提供的一种冻融循环路基结构的排水组件的结构示意图；
37.图3为本发明提供的一种冻融循环路基结构的补偿垫层的结构示意图；
38.图4为本发明提供的一种冻融循环路基结构的胀缩组件的结构示意图；
39.图5为本发明提供的一种冻融循环路基结构的胀缩单元的结构示意图。
40.图1-5中：
41.1、路面基层；2、隔水组件；3、补偿垫层；4、排水组件；5、冻融路基；21、隔水侧墙；22、截水沟；31、弹性透水层；32、胀缩组件；33、胀缩填充基质；41、毛细排水组；42、横向集水管；43、纵向排水管；51、冻融线；321、胀缩单元；322、连杆；411、毛细排水板。
具体实施方式
42.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
43.请一并参阅图1至图5，现对本发明提供的一种冻融循环路基处置方法的一种具体实施方式进行说明。该种冻融循环路基处置方法的具体步骤包括：
44.在路面基层1周围设置阻水隔水设施，阻断地表水进入路面基层1，隔离路面基层1以外地下水与路面基层1的联系通道；
45.通过排水设施，将路面基层1范围内地层中的地下水汇集并排出路面基层1；
46.将路面基层1与垫层结合设置，利用与路面基层1相反的变形特性的垫层抵消路面基层1的变形对路面的影响。
47.在本实施例中，利用垫层抵消路面基层1的变形对路面影响的具体步骤包括：
48.路面基层1冻结膨胀时，垫层受环境影响整体结构收缩，路面基层1冻结的膨胀作用力与垫层结构收缩的作用力相互抵消；
49.路面基层1融化收缩时，垫层受环境影响整体结构膨胀，路面基层1融化的收缩作用力与垫层结构膨胀的作用力相互抵消。
50.在本实施例中，将路面基层1范围内地层中的地下水汇集并排出路面基层1的具体步骤包括：
51.在路面基层1与冻融路基5之间设置排水系统，冻融路基5所在平面即为冻融线51，排水系统布置于冻融线51以上；路面基层1周围设置阻水隔水设施伸入冻融路基5的距离为冻融线51以下45cm-75cm。
52.与现有技术相比，该种冻融循环路基处置方法主要应用于冻融循环路基的处理，路基冻融问题的核心是水，其变形主要是水在固态和液态之间状态转换过程的体积变形。因此只要控制水，尽可能减少路基中的水含量，就能有效限制冻融变形。此外，当发生少量冻融变形时，再通过补偿垫层3进行纠正，从而实现路基冻融变形问题的解决。阻水隔水设施可以阻隔路基与外部地层水的联系，减少路基内水的补给，解决增量问题；排水设施可以
降低路基内部地下水的含量，解决存量问题；与路面基层1相反的变形特性的垫层可以对剩余地下水的影响进行纠正，起到抵消路面基层1变形作用力的作用。通过这三个步骤的结合，可以有效对冻融循环路基的变形进行有效处置。
53.本发明所涉及到的一种冻融循环路基处置方法，通过控制水与变形补偿相结合的思路进行处理，只要控制住大部分水就会使冻融的影响降低，同时对少量的冻融变形采取补偿的方法进行纠正，最终实现经济高效的控制。
54.请一并参阅图1至图5现对本发明提供的一种冻融循环路基结构的一种具体实施方式进行说明。该种冻融循环路基结构应用上述任一项中一种冻融循环路基处置方法进行设置，包括路面基层1、隔水组件2、补偿垫层3和排水组件4，其中路面基层1即路基；隔水组件2同时与路面基层1和冻融路基5连接，隔水组件2设有两组、且分别设置于路面基层1的两侧，隔水组件2用于阻隔周围的水进入路面基层1；补偿垫层3同时与路面基层1和隔水组件2连接，补偿垫层3设置于路面基层1的底部、且设置于两组隔水组件2之间；排水组件4同时与补偿垫层3、隔水组件2和冻融路基5连接，排水组件4设置于补偿垫层3与冻融路基5之间、且设置于两组隔水组件2之间。
55.为方便说明，请参阅图1，以空间任一点为原点，以路面基层1相对于补偿垫层3的方向为上，z轴与指示向上的向量平行，以图中路面基层1的长度方向为x轴，x轴指示的方向为前后，以与x轴、z轴同时垂直的直线方向为y轴，y轴指示的方向为左右，建立直角坐标系，其中，xy平面为水平面，水平面上指示的方向为水平方向，z轴指示方向为竖直方向。
56.更具体的是，从冻融线51往上依次设置排水组件4、补偿垫层3、路面基层1，隔水组件2设置于排水组件4、补偿垫层3、路面基层1的两侧，在水平方向上将排水组件4、补偿垫层3、路面基层1与冻融路基5分隔；冻融线51以下及隔水组件2的外侧为冻融路基5，隔水组件2伸入冻融路基5进行隔水与固定，提高隔水效果及结构的稳定性。
57.与现有技术相比，该种冻融循环路基结构通过隔水组件2可以阻隔路面基层1与外部地层水的联系，减少路面基层1内水的补给，解决增量问题；排水组件4可以降低路面基层1内部地下水的含量，解决存量问题；补偿垫层3可以对剩余地下水的影响进行纠正，起到抵消路面基层1变形作用力的作用。本发明可以对冻融循环路基进行有效处置，防止路基因冻融变形出现开裂和变形等，提高路基的稳定性和道路的安全性；且该结构简单，造价低廉，无需持续耗能维持，适用范围广泛。本发明解决现在技术所存在的造价太高或者耗能太高，成本大，不利于大范围推广和长期使用；路基处理效果不佳的问题，作用效果显著。
58.作为本发明实施例的另一种具体实施方式，本实施例提供的一种冻融循环路基结构的结构与上述实施例中的结构基本相同，其不同之处在于，排水组件4包括毛细排水组41、横向集水管42和纵向排水管43，其中毛细排水组41沿水平方向即x轴方向并排设有若干个，毛细排水组41包括若干沿y轴并排设置的若干毛细排水板411，毛细排水板411沿竖直方向设置即毛细排水板411的排水方向与z轴平行，毛细排水板411用于收集路面基层1范围内地层中的地下水；横向集水管42与毛细排水组41一一对应、且与对应毛细排水组41连通，用于收集毛细排水组41汇集的地下水；纵向排水管43与全部横向集水管42连通，用于将汇集的地下水排出，纵向排水管43设有两个、且分别设置于横向集水管42的两侧，该结构有利于提高排水效率；横向集水管42与y轴平行设置，纵向排水管43与横向集水管42垂直设置；纵向排水管43与冻融线51所在冻融路基5的表面连接。
59.作为本发明实施例的另一种具体实施方式，本实施例提供的一种冻融循环路基结构的结构与上述实施例中的结构基本相同，其不同之处在于，隔水组件2包括隔水侧墙21和截水沟22，其中隔水侧墙21设置于路面基层1的一侧、且伸入冻融路基5内，用于阻断地表水进入路面基层1；截水沟22与隔水侧墙21连接、且设置于隔水侧墙21远离路面基层1的一侧，截水沟22为沿x轴方向延伸、且横截面为l的结构，l形结构中与隔水侧墙21垂直的边所在平面与隔水侧墙21连接，另一条边与隔水侧墙21平行。隔水侧墙21可以为防水矩形板，隔水侧墙21与截水沟22之间形成开口朝上的沟槽，该沟槽用于排水。
60.在本实施例中，隔水侧墙21伸入冻融路基5的冻融线51以下45cm-75cm，示例性的隔水侧墙21伸入冻融路基5的冻融线51以下50cm，即隔水侧墙21的长度比冻融线51距路基表面的距离大50cm，该种设置方式隔水效果更好。
61.作为本发明实施例的另一种具体实施方式，本实施例提供的一种冻融循环路基结构的结构与上述实施例中的结构基本相同，其不同之处在于，补偿垫层3包括弹性透水层31、胀缩组件32和胀缩填充基质33，其中弹性透水层31的一侧与路面基层1连接，另一侧与毛细排水组41连接，弹性透水层31上设有固定孔；胀缩组件32与弹性透水层31连接、且设置于固定孔内，胀缩组件32包括胀缩单元321，胀缩单元321上设有容纳孔、且包括若干连接板，相邻连接板之间铰接；胀缩填充基质33与胀缩单元321连接、且设置于容纳孔内，胀缩填充基质33为与路面基层1相反的变形特性的材质，用于控制胀缩单元321的变形。在此，只要能够实现上述胀缩填充基质33相关性能作用的均在本技术文件保护的范围之内。
62.在本实施例中，胀缩单元321沿水平方向设有若干个，相邻胀缩单元321之间设有连杆322，连杆322用于对相邻的胀缩单元321进行固定，减小其相对的形变量，整体结构稳定性更好。固定孔沿水平方向延伸设置，固定孔沿另一与延伸方向垂直的水平方向设有若干个。示例性的，固定孔沿y轴方向延伸，沿x轴方向设有若干个，胀缩单元321与固定孔一一对应，胀缩单元321包括沿y轴设置的若干个胀缩单体，胀缩单体包括四个连接板，连接板两两铰接，相邻连接板之间通过转轴连接，四个连接板组成菱形结构，菱形结构变形更灵活，支撑性更好。
63.在本实施例中，弹性透水层31为弹性材料，胀缩单元321镶嵌在该弹性材料里面。冻结膨胀时，胀缩单元321宽度变大，高度降低，向两侧压缩弹性材料，垫层高度降低；融化时，胀缩填充基质33体积收缩，弹性材料回弹，菱形结构高度升高，宽度降低，垫层高度升高。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“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，因此不能理解为对本发明的限制。
64.与现有技术相比，该种冻融循环路基结构实现三部分功能，分别是阻水隔水、排水和变形补偿，其中阻水隔水是利用路基两边的排水沟即截水沟22与隔水侧墙21之间形成的沟槽，阻断地表水进入路基；利用路基两侧的隔水侧墙21，隔离路基以外地下水与路基的联系通道。排水是利用毛细排水板411，结合横向集水管42和纵向排水管43，将路基范围内地层中的地下水汇集并排出路基，排水组件4布置于冻融线51以上，防止横向集水管42和纵向排水管43冻结而无法工作。变形补偿是利用冻融变形补偿垫层3，补偿垫层3具有与路基相反的变形特性，路基冻结膨胀时，补偿垫层3结构收缩；反之，路基融化收缩时，补偿垫层3膨
胀，从而抵消路基的变形对路面的影响。
65.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
66.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。